저항기 전력 감소를 통한 평균 고장 간격 개선

설계상, 저항기는 전류 흐름을 제한하여 전기 에너지를 흡수하고 이를 열 에너지로 변환합니다. 모든 저항기에는 성능 저하나 구성 요소의 고장 없이 변환할 수 있는 최대 에너지를 결정하는 지정된 전력 등급이 있습니다.

저항기의 최대 전력 등급은 구성 요소의 구성 재료, 물리적 치수, 그리고 구성 요소가 안전하게 작동할 수 있는 최대 온도에 따라 달라집니다. 최대 온도는 구성 요소 주변의 주변 온도와 환경으로 배출되는 발산 열에 따라 달라질 것입니다. 후자는 설계자가 구성 요소와 회로의 나머지 부분에 대해 구현한 열 관리 조치에 따라 달라질 것입니다. 이는 PCB 레이아웃, 방열판, 공기 흐름 및 존재할 수 있는 기타 냉각 메커니즘 측면에서입니다.

저항 구성 요소의 필요한 전력 등급을 계산할 때는 저항기를 통해 변화하는 전압의 성질을 고려해야 합니다. 평균 전압이 VL인 펄스 부하는 VL과 같은 크기의 정상 상태 전압이 발생시키는 것과 동일한 열 효과를 일으키지 않습니다. 실제 차이는 저항기의 구성에 따라 달라집니다. 와이어 와운드 저항기는 필름 저항기보다 펄스 부하에 더 내성이 있습니다. 펄스 부하는 펄스 열차의 평균 전력, 반복 빈도, 상승 시간을 포함한 여러 요소에 따라 과부하 상태를 생성합니다. 과부하 상태는 정확한 결과를 생성하기 위해 필요한 전력 등급 계산에 반영되어야 합니다. 가장 간단한 방법은 펄스 열차의 평균 전력을 계산하여 필요한 저항기 유형과 펄스의 특성을 조정함으로써 펄스 에너지를 동등한 정상 상태 에너지로 취급하는 것입니다. 이는 정확한 과부하 조건 계수를 계산하기 위해 사용 가능한 방정식을 사용하거나 최악의 경우를 선택하기 위해 공학적 판단을 사용하여 수행할 수 있습니다.

기억해야 할 한 가지는 모든 구성 요소의 저항이 저항기를 구성하는 데 사용된 재료에 따라 온도에 따라 달라질 수 있다는 것입니다. 이 변화는 구성 요소의 온도 계수(TCR)로 지정됩니다. ppm/°C(백만 분의 일 단위로 표시된 섭씨도 당 부분)로 표현되며, 온도가 변할 때마다 저항의 백분율 변화를 나타냅니다. 저항기는 일반적으로 금속 재료를 사용하여 제조되며, 대체로 양의 온도 계수를 가지고 있어 온도가 상승함에 따라 저항이 증가합니다. 반대로, 반도체 재료를 사용하여 제조된 저항기는 일반적으로 음의 온도 계수를 가지고 있어 온도가 상승함에 따라 저항이 감소합니다. 재료의 신중한 선택을 통해 온도에 따라 저항이 변하지 않는 중성 온도 계수를 가진 저항기를 제조할 수 있습니다. 이는 정밀 저항기를 생산하는 데 이상적이지만, 그 구성을 위해 필요한 금속 합금으로 인해 비용이 많이 들 수 있습니다.

저감 저항은 구성 요소를 최대 정격 전압보다 훨씬 낮은 전압에서 의도적으로 작동시키는 설계 기법입니다. 이는 구성 요소 내에서 발생할 수 있는 최대 온도를 줄입니다. 이로 인해 구성 요소를 구성하는 데 사용된 재료의 열화 속도가 감소합니다. 이는 구성 요소의 신뢰성과 수명이 증가한다는 결과를 가져옵니다. 대부분의 저항 제조업체는 자유 공기 흐름이 있는 환경에서 70°C의 온도에서 그들의 전력 등급을 지정합니다. 구성 요소가 자유 공기 흐름이 없고 다른 냉각 메커니즘이 없는 장치 내에 위치한 경우, 실제로 적용해야 할 최대 전력 등급을 결정하기 위해 열 분석이 필요할 것입니다. 구성 요소가 추가 냉각이 제공되는 장치 내에 위치한 경우, 이론적으로 구성 요소는 자유 공기 흐름 조건보다 더 빠른 속도로 저항 내에서 생성된 열이 발산된다고 가정할 때, 최대 전력 등급을 초과하여 안전하게 작동할 수 있습니다.

저항기 데이터시트는 일반적으로 운영 온도가 표준 70°C를 초과할 때 적용되는 감액 값을 제공합니다. 이러한 값은 구성 요소의 전력 등급에 적용되는 백분율로 제공되어 운영 전력 등급을 계산하는 데 사용됩니다. 이는 또한 제조업체의 정격 전력에 대한 최대 운영 전력 비율로 계산된 저항기의 스트레스 비율로 알려져 있습니다. 일반적인 회로 설계에는 스트레스 비율을 0.8로 채택하는 것이 경험칙입니다. 그러나 제조업체의 데이터 시트는 일반적인 운영 및 설계 조건 범위에 대해 권장되는 스트레스 비율 수치를 제공할 수 있습니다.

저항기의 정격을 낮추는 또 다른 장점은 구성 요소 한계와 설계 과정에서 예상치 못한 실제 적용 스트레스 사이의 안전 여유를 증가시킨다는 것입니다. 이는 전원 공급 레벨의 변동으로 인해 저항기에 예상보다 높은 전압이 걸리는 것을 포함합니다. 또는 외부 환경 조건이나 내부 열 관리 문제로 인해 예상보다 높은 작동 온도가 발생할 수 있습니다. 저항기의 정격을 낮출 수 없는 경우, 대안으로는 저항기를 병렬로 연결하여 전기 에너지 흡수를 공유하거나 장치에 능동 냉각 메커니즘을 도입하는 것이 있습니다. 더 높은 정격의 저항기를 사용해야 한다면, 계획했던 구성 요소보다 물리적으로 더 크다는 점을 고려해야 합니다. 구성 요소의 증가된 질량과 크기는 보드 레이아웃에 영향을 주고, 기계적 진동으로부터 구성 요소의 취약성과 연결의 손상 가능성을 증가시킵니다.

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