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教大家如何計(jì)算電阻器自發(fā)熱影響

電子設(shè)計(jì) ? 來(lái)源:網(wǎng)友電子設(shè)計(jì)發(fā)布 ? 作者:網(wǎng)友電子設(shè)計(jì)發(fā)布 ? 2021-11-23 11:22 ? 次閱讀

作者:Collin Wells

電阻器自發(fā)熱的計(jì)算是一個(gè)非?;镜母拍?,但很多工程師對(duì)它并不熟悉,或經(jīng)常被他們忽略。

在我闡述最近設(shè)計(jì)的高精度電阻式溫度檢測(cè)器 (RTD) 采集系統(tǒng)的原理時(shí),我意識(shí)到了它的重要性。該設(shè)計(jì)在 TI 設(shè)計(jì) — 高精度參考設(shè)計(jì) TIPD152 中提供。對(duì)于圖 1 中的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì),需要考慮信號(hào)路徑中電阻器自發(fā)熱引起的誤差,才能防止它們所導(dǎo)致的不希望出現(xiàn)的誤差級(jí)。

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圖1:簡(jiǎn)化的比率計(jì) RTD 系統(tǒng)

該設(shè)計(jì)針對(duì)比率計(jì)測(cè)量設(shè)計(jì),因此模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 的最終轉(zhuǎn)換結(jié)果直接取決于參考電阻器 RREF- 的絕對(duì)值。由于 RREF 上有激勵(lì)電流經(jīng)過,因此它會(huì)消耗電源并發(fā)熱,從而可引起電阻變化,影響系統(tǒng)精確度。此外,電阻器自發(fā)熱影響在電流感應(yīng)或功率測(cè)量等眾多其它應(yīng)用中也很重要,其取決于電阻器絕對(duì)值,因?yàn)樵陔娮杵飨碾娫磿r(shí)它可能會(huì)改變阻值。

電阻器的溫度系數(shù)(或 TC)規(guī)定了電阻器溫度變化時(shí)電阻的變化范圍。電阻器 TC 的單位一般是每攝氏度百萬(wàn)分之一(ppm/°C)。一個(gè) 1% 電阻器具有大約 +/-100ppm/°C 的 TC,而高精度金屬箔電阻器則提供不足 0.1ppm/°C 的 TC。

公式 1 和 公式 2 是溫度從 25°C 到 125°C 變化時(shí),如何使用電阻器 TC 規(guī)范計(jì)算 1kΩ、±100ppm/°C 電阻器阻值 ΔRTC 變化的實(shí)例。

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一般來(lái)說(shuō),較小表面安裝組件(0201、0402、0603 等)在功率耗散方面效率較低,因此具有極高的自發(fā)熱系數(shù) θSH,有時(shí)高達(dá) 1000°C/W 以上!這些較小電阻器的額定功率級(jí)通常小于 0.1W,但其溫度會(huì)隨功率耗散極其快速地變化。

公式 3 可計(jì)算功率耗散所引起的電阻器溫度增加量 ΔTSH。公式 4 將 ΔTSH 插入公式 1 替代 ΔT,以確定 100°C/W 適度自發(fā)熱和 0.5W 功率耗散情況下自發(fā)熱所引起的電阻變化。

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盡管電阻器產(chǎn)品說(shuō)明書中通常不提供自發(fā)熱系數(shù),但通常都包含功率額定值下降曲線,您可通過該曲線反向計(jì)算出自發(fā)熱系數(shù)。

功率額定值下降曲線可在不超過最大指定溫度情況下,針對(duì)環(huán)境溫度規(guī)定電阻器的最大功耗。 0.5W 電阻器的電阻器功率額定值下降曲線實(shí)例。

您可以從圖 2 的曲線中輕松確定最大工作溫度 TMAX,也就是在額定耗散等于 0% 時(shí) x 軸上的值。在所示實(shí)例中,最大工作溫度是 150°C。

另外,電阻器也不可能在 100% 額定耗散 (TMAX_PWR100%)、85°C 下工作。您可通過該溫度、最大工作溫度以及電阻器的功率額定值計(jì)算出針對(duì) θSH 的值,如圖 5 所示。

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您現(xiàn)在可憑借計(jì)算得出的自發(fā)熱系數(shù)確定熱增加量,從而可使用公式 3 和公式 4 計(jì)算功率耗散所引起的電阻變化。因此,您可根據(jù)電阻變化確定對(duì)最終系統(tǒng)精度的影響。

因此下次再設(shè)計(jì)需要高精度電阻器值的系統(tǒng)時(shí),一定要考慮電阻器自發(fā)熱因素!

原文請(qǐng)參見: http://e2e.ti.com/blogs_/b/precisiondesignshub/archive/2014/03/14/how-to-calculate-the-effects-of-resistor-self-heating.aspx

編輯:jq
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