125 mW 电阻器在专业安全系统中承受 600 mW 耗散

电器工程 电阻器 最大收视率 功耗 耗散
2022-01-24 03:36:38

下面的示意图是信号 PCB 的输入电路,我们从我们的火灾探测系统供应商之一购买。所述PCB必须内置到所谓的地理疏散面板中,使消防员能够看到火灾发生在建筑物的哪个区域,因此是安全系统的一部分。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

显示的 LED 实际上是光耦合器的 IR LED(需要用于共模抑制)。每个火灾探测区都有这样的输入。光耦合器的输出被馈送到 Atmel MCU 并在此处进行处理,以便点亮建筑物平面图上的某些 LED。在没有任何输入信号的情况下,MCU 将重置面板上的所有 LED。

820 ohm 电阻器是 SMD 类型,从它的尺寸我估计它是 0805 封装,因此它的额定功率为 125mW。我们供应商的文件声称输入电压范围为 2.2 至 24V。这是设计使然,以支持许多品牌的火灾探测计算机。不是全部,但许多系统确实输出 24V。根据我自己的计算,假设二极管和 LED 的总正向电压为 1.9V,电阻器在 24V 输入时耗散约 600mW。实际上,在输入端施加 24V 电压短至 5 秒会使电阻器发热到您无法触摸它的程度。此时输入电流约为 26 mA。由于我对SMD元件不是很有经验,多年没有电子产品,我需要知道是否存在电阻烧坏的风险,

消防部门可以看到面板的那一刻平均是第一次检测 + 15 分钟。这意味着在人口稠密的地区,激活输入中的电阻器将承受这些条件至少 15 分钟。在消防人员较少的农村地区,这一时间可能更长。

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地理面板的图片:

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带输入电路的板子图片:

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有八个相同的输入电路。我在其中一个电阻下方添加了文本“820 ohm”。这个电阻的左边是二极管,上面和左边是光隔离器。它是 SMD 代码 824 的 4 针器件。

有问题的电阻器的非常特写视图:

在此处输入图像描述

4个回答

从您提供的数据来看,这确实是一个糟糕的设计。在你展示的电路中,我还在 R1 中得到大约 600 mW 的耗散。

电阻器变得非常热的事实直接证明它正在消耗相当大的功率,但不一定太多。在会灼伤手指的温度下,电阻器可以无限期地运行而不会造成伤害。手指测试并不能真正告诉您它是在限制范围内消散,还是在限制范围内消散。

一种可能性是电路不像你展示的那样。也许还有其他一些事情在董事会的外面不容易看到。一个好的测试是测量电阻两端的实际电压。这与电阻器上的标签一起将为您提供关于它消耗多少功率的明确答案。

请注意,0805 电阻器标有 3 位或 4 位数字。这是一种浮点格式,最后一位是 10 的指数,前一位是尾数。一个 5% 的 820 Ω 电阻器将标记为“821”,这意味着 82 x 10 1 = 820。

电阻器消耗的功率是其两端电压的平方除以电阻。在普通单位中,

$$\mathrm{W}={\mathrm{V}^2\over\mathrm{\Omega}}$$

因此,引起特定耗散的电压为

$$\mathrm{V} = \sqrt{\mathrm{W}\cdot\mathrm{\Omega}}$$

在 125 mW 时,一个 820 Ω 电阻器将具有

$$V = \sqrt{125\mathrm{mW}\cdot820\mathrm{\Omega}} = 10.12\mathrm{V}$$

穿过它。

如果电阻真的是 820 Ω,真的只适用于 125 mW,并且上面有超过 10 V 的电压,那么是的,这是一个有缺陷的设计。从您提供给我们的数据来看,这些前提似乎是正确的。

如果事实证明电阻器确实过载,那么可能发生的事情是该单元最初是为较低电压设计的。有人意识到,由于不支持更高的电压,他们错过了太多的市场。应该在工程中检查这一点的人要么没有,要么通常不称职,要么只是错过了这一点。

当然,为什么会这样对你来说并不重要。你绝对需要拒绝这个系统。目前,只是其他一些公司在该领域推出了糟糕的产品。如果您将其整合到您的系统中,那么您就是在将不良产品投入该领域,并承担由此产生的责任,并且您的声誉将受到损害。

虽然您绝对不想使用此产品(再次假设事情确实如您所说),但该设备不太可能因此着火。这种过载的电阻器通常会烧坏并失效。周围没有足够的易燃物引起火灾。但是,电阻器可能会在消防员到达之前烧毁并打开,从而为他们提供关于火灾位置的错误信息。 这就是这个系统的真正危险。或者,系统可以在手动重置之前锁定信息,因此在第一次事件期间没有任何症状。但是,现在该通道已损坏,并且不会对该区域的未来火灾做出响应。这显然也很糟糕。

进行电压测量并向制造商指出您的担忧。也许值得听听他们要说的话,但对我来说,再次信任他们的产品必须是一件非常好的事情。请记住,对于电气工程师,就像任何一大群人一样,顶端确实有优秀的人,中间有足够体面的大多数人,而无能的人则在底部。那里肯定有设计不称职的产品。你可能已经找到了一个。

好吧,您对很多事情都有点猜测,但您似乎非常确定您认为的 0805 电阻器的额定功率为 125mW。

有 1W 额定(在 70°C 时)0805 电阻器。当然,它们会运行得非常热,但它们就是为此而设计的。在您拥有的值中,在 70°C 时最大可能为500mW 。或者也许评级较低,但不会有明显的差异。

在这种特殊情况下,即使在接近印刷规格的情况下运行部件,我个人也不会感到舒服,但实际上表面贴装部件对 PCB 细节非常敏感——从测试来看,非常小的部件会消耗大量功率(类似于更大的部件)部分)如果安装在接地平面上。单面板上带有细迹线的很大一部分可能比带有粗引线、接地层等的 0603 部件运行得更热。

我在这个电路中看不到任何冗余,因此任何类型的单点故障——光电器件、连接单元的电线、电阻器、二极管都可能导致无法识别信号,因此这不被视为安全关键设备设计丝毫不差。


(编辑:我确实有一个建议-您确认输入的实际额定值为 24V DC。24VAC 的功耗大约是 24VDC 输入的一半。-好的,您在评论中提到了这一点


另一方面,如果所讨论的电压来自备用电池组,则“24VDC”可能更像是 28VDC,这将大大增加功耗——超过 850mW。电阻器彼此靠近,因此它们会相互加热。

一定要向供应商提出这个问题。

典型的通用SMD 电阻器通常为厚膜类型。

这种类型的电阻器不是为长期过载而设计的(实际上,没有一个),但是对部件过热(通过过多的功率)的影响是在初始阶段降低电阻:

Delta R vs 过载时间

来源

在这种类型的电路中,LED 和二极管的正向电压不会随着电流的变化而显着变化(对于硅二极管,每十倍电流为 60mV),这将增加电路中接近恒定电压的电流在此期间跨过电阻器会导致部件产生更多热量。这可能会导致热失控

是否会烧坏是未知的(但如果持续承受这种过载则很有可能),但它肯定会比规定的寿命短(通常在25C下,尽管一些耐久性等级是在额定温度下);事实上,提高设备的温度以故意引发故障是制造商的常见测试,因为故障率随着温度的升高呈指数增长。

在许多情况下,制造商使用此过程通过故意在高温下导致早期故障来使用Arrhenius 方程来预测组件的使用寿命。这导致组件在更良性条件下的可预测寿命。

我完全同意 Olin 的观点,即您应该拒绝使用这些装置,因为在供应商指定的极端电压下,装置的可靠性保证很低,即使它们能够承受过载。

正确的设计决不会允许零件承受过大应力,尽管有些零件经过精心设计以承受短期脉冲事件,并且经常出现在 ESD 和雷电保护电路中。

[更新] 正如 Supercat 评论的那样,这可能是 PTC,例如这个系列

电路有意义的唯一方法是 820 欧姆电阻器是限流电阻器。与前一个驱动级的集电极电阻一起工作。驱动器的集电极电压可能是24v,但如果它的集电极电阻是1千欧,那么通过820电阻的电流就只有12ma左右,功率损耗也就118mW左右。

这表明该电路不能集电极开路输入驱动器一起使用!