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无需热电偶,教你两种硬件工程师需要掌握的电阻温升计算方法,附带实例分析

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电阻在电路中承担着很多不同的功能,电阻器承担着限流、分压、匹配电阻等功能,由于电阻是耗能器件,当流过电阻的电流较大时,电阻器在工作过程中会会因电流通过而产生热量,导致温度上升,温度的上升会影响电阻性能和寿命。那么如何评估电阻的温升呢?两条路径,理论计算和试验测试,理论计算是电路设计的依据,而试验测试完成了电路设计的闭环验证,因此,合格的硬件工程师需要掌握如何准确计算电阻器的温升。
1.电阻温升的理论计算方式1
针对电阻的温升评估方式,电阻厂家一般在规格书中提供了电阻的温升计算所需的相关信息,以KOA的贴片电阻为例,规格书中给出了电阻温升和实际功率/额定功率占比之间的一个关系曲线,我们可以很方便地根据曲线来直接确定相应的电阻温升。


举个例子,如果我们选定的电阻系列是1J,阻值是10Ω,对应的电阻额定功率是0.2W,流经电阻的电流是0.1A,那么电阻是实际工作功率:P=0.1A*0.1A*10Ω=0.1W。
0.1W/0.2W=50%。
对应温升曲线的横坐标就是50%,通过读图可以确定纵坐标温升是20℃左右,如果产品的最大环境温度是70℃,那么电阻的最终温度就是90℃,这样就能简单通过理论计算评估电阻的温度是否超过了电阻规格书规定的温度范围。
2.电阻温升的理论计算方式2
有些电阻厂家没有在规格书中提供电阻温升和实际功率/额定功率占比曲线,但是会提供电阻的热阻值,这种情况应该怎么计算呢?以下图中某厂家的电阻规格书为例,规格书中给出了热阻(K/W)参数,通过这个参数就可以计算电阻的温升,温升=功率*热阻;
举个例子,如果我们选定的电阻阻值是100Ω,热阻是15K/W,流经电阻的电流是0.1A,那么电阻是实际工作功率:P=0.1A*0.1A*100Ω=1W。那么电阻的温升为:
温升=1W*15K/W=15℃。
如果产品的最大环境温度是70℃,那么电阻的最终温度就是85℃。


3.总结
通过上面的介绍我们掌握了两种电阻温升的计算方法,需要注意的是,不管是哪种方法,都是厂家在特定的PCBA环境下给出的曲线或热阻值,所以和我们自己设计的PCBA肯定会有差异,换句话说就是通过计算算出的温升值只能参考,当然我们可以通过温升测试来校验我们的理论计算,进而通过结果对比优化计算参数,这样可以提高理论计算的精度。



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