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通过 RCD 组件了解散热注意事项和温升

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2023年3月6日星期一

电阻器故障通常是由散热不足引起的,因此必须选择能够保持较低温升水平的产品。外部因素会对温度上升产生重大影响,温度上升是由于热量通过传导、对流和辐射从高温区域转移到低温区域。



传导


传导是指通过引线和终端进行的热传递,在表面安装和小型引线电阻器中,传导可占热传递的50%以上,在散热器电阻器中可占高达90%。散热器的选择和安装会显著影响电阻器的温升和功率能力。为了在没有散热器的情况下实现最佳冷却,导线应保持较短,并在具有足够质量的点处终止,以充当散热器。如果可用,还建议使用大规格导线。


对流


对流是让周围的空气或液体介质在没有力的情况下去除热量。当电阻体产生的热量导致空气上升,产生自身的自然流动时,就会发生自然对流。为了利用自然对流,电阻器的安装方式应不妨碍空气流动。安装电阻器时,它们不应接触隔热表面。在涂覆或封装电路时使用高导热性材料也有助于降低电阻器本体的温度。


热 EMF 


热EMF是在不同金属之间的连接处产生的一种小电压,它随温度变化。这种效应也被称为“热电偶”效应,用于热电偶的温度传感。由于电阻引线通常由不同于电阻材料的材料制成,热EMF可能来自外部或内部热源,例如自加热。为了确保体温均匀,应小心放置部件,例如避免将发热部件放置在电阻器的一端或将一根导线绑在凉爽的接地平面上。


热电磁场具有极性,可以是正的也可以是负的。在电阻器两端处于相同温度的理想情况下,热EMF是自抵消的,导致实际的电路内热EMF接近于零。然而,对热EMF敏感的电路需要仔细的布局优化,以在电阻器主体的每一端实现均匀的温度。


温升


温升可能受各种因素影响而不同,例如电阻值、涂层材料、涂层厚度、引线材料和直径。RCD标准电阻器采样的估计温升列于表中,但客户应通过在实际使用条件下评估样品来验证产品。标准电阻器不应用作“加热器”,因为温升可能因原材料来源等而异。RCD为这些应用提供可控设计,几乎没有或根本没有额外成本。所提供的信息基于自由空气/自然对流环境,电阻器水平安装(带径向引线的电阻器除外,其设计为垂直安装)。


上述图表可用于对负载下引线电阻器的自热效应产生的预期引线/焊点温度的粗略估计。例如,如果电阻器的热点温升预计为200ºC(高于环境温度),则引线的温升大约为主体的50%,即100ºC。引线温度因材料成分、直径、电阻器结构、PCB几何形状等而变化。


引线成分:铜焊接(镀铜钢)引线的热导率低于铜。因此,铜焊接引线通常表现出较低的温升(上述曲线的下半部分)。通过指定选项“CW”,铜焊引线可用于大多数产品。铜焊引线具有比铜更高的电阻率,因此将对低值电阻器的电路内电阻和TCR产生更大的影响。


引线直径:当降低焊点温度很重要时,应指定较重规格的引线。较重的规格引线更有效地将热量传导到焊点(充当散热器)。这导致电阻器和焊点的温度较低。


电阻器结构:RCD使用特殊的高导热芯来提高额定功率,从而将更多的热量传递到主体末端,然后再传递到导线中。这些更高功率版本(如RCD选项“B”、200系列等)的导线温度将在上述曲线的上半部分。


PCB几何结构:利用重铜迹线、接地平面等作为散热器的设计,从而降低引线和焊点的温度上升。上图是基于典型的PCB布局开发的,因此通过增加散热器质量,客户通常可以显著降低温度水平(通常低于上图中的低范围)。


RCD 系列 ATS 温升 


温度敏感电阻器的自加热特性不像其他电阻器那样简单。其原因是,随着电阻器因功率耗散而温度升高,电阻值增加,导致功率水平降低。示例:当施加17.3V电压时,RCD 135型100S 3W电阻器的温升约为200EC。注:17.3V等于3W,由欧姆定律确定…W=E2/R=(17.3)2÷100=3W。使用+6000 ppm TCR导线缠绕的同一电阻器,即使施加的电压电平相同,也将仅表现出140EC的温升。由于朝向本体端部的电阻绕组的一部分被帽和引线热沉,因此不能线性地推断出相对于TCR的温度上升,因此不会表现出与中心绕组相同的温度上升。使用以下图表作为ATS系列的指南。


由于涂层厚度、安装布局、PCB材料、电阻器主体尺寸、引线材料等的变化,ATS系列的温升可能会发生显著变化,因此上述信息旨在作为粗略指南,以帮助进行零件的一般选择。用户应在实际使用条件下测试和验证单元,以确定最终适用性。提供定制版本。


(本文内容首次发布在 RCD Components 的博客上)

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