Capacidades de manejo de pulsos de las resistencias bobinadas de Vishay Dale

Las resistencias bobinadas de potencia tienen valores nominales de potencia y tensión en estado estacionario que indican las temperaturas máximas que deben alcanzar las unidades. Para duraciones cortas de 5 segundos o menos, estos valores nominales son satisfactorios; sin embargo, las resistencias son capaces de manejar niveles mucho más altos de potencia y tensión durante períodos cortos de tiempo (menos del punto de cruce). Por ejemplo, a temperatura ambiente, el RS005 tiene una potencia continua de 5 W, pero para una duración de 1 ms la unidad puede manejar 24,500 W, y para 1 μs la unidad puede manejar 24,500,000 W. La razón de esta capacidad de potencia aparentemente alta es el hecho de que la energía, que es el producto de la potencia y el tiempo, es lo que crea el calor; no sólo la potencia. Vishay Dale puede proporcionar soluciones para una aplicación si se le proporciona la información detallada en la Figura 2.

Figura 1: Vishay Dale ofrece una amplia variedad de resistencias bobinadas. (Fuente de la imagen: Vishay Dale)

Pulsos cortos (menos de la duración del punto de cruce)

Para los pulsos cortos, es necesario determinar la energía aplicada a la resistencia. Para los pulsos inferiores al punto de cruce, la ingeniería de Vishay Dale asume que toda la energía del pulso se disipa en el elemento de resistencia (cable). Para que la resistencia mantenga sus características de rendimiento a lo largo de la vida útil del producto, Vishay Dale basa el análisis y las recomendaciones en la cantidad de energía necesaria para elevar el elemento de la resistencia a +350 °C sin pérdida de calor en el núcleo, el revestimiento o los cables. El punto de cruce es el momento en el que comienza a disiparse una cantidad significativa de energía, no solo en el propio cable, sino también en el núcleo, los conductores y el material de encapsulación. Este es el punto en el que el pulso deja de considerarse un pulso corto y pasa a considerarse un pulso largo.

La capacidad de manejo de impulsos es diferente para cada modelo y valor de resistencia, ya que se basa en la masa y el calor específico del elemento de resistencia. Una vez definidas la potencia y la energía, Vishay Dale puede determinar la mejor elección de resistencia para la aplicación.

Punto de cruce

Un ejemplo de una resistencia RS005 de 500 Ω a temperatura ambiente:

Información necesaria:

ER = Clasificación energética de un modelo determinado, valor de la resistencia y temperatura ambiente. Proporcionado por Vishay Dale, ER = 6.33 J.

PO = La capacidad de potencia de sobrecarga de la pieza a 1 s. La capacidad de sobrecarga de un RS005 durante 1 s, 10 x 5 W x 5 s = 250 Ws/1 s = 250 W

Punto de cruce (s) = ER (J)/PO (W)

6.33 J/ 250 W = 0.0253 s

El punto de cruce de la resistencia RS005 500 Ω a temperatura ambiente es de aproximadamente 25.3 ms.

Pulsos largos (punto de cruce a 5 segundos)

Para los pulsos largos, gran parte del calor se disipa en el núcleo, los cables y el material de encapsulación. En consecuencia, los cálculos utilizados para los pulsos cortos son demasiado conservadores. Para las aplicaciones de impulso largo, se utilizan los valores nominales de sobrecarga de tiempo corto de las hojas de datos. Tenga en cuenta que los pulsos repetidos que consisten en la magnitud de sobrecarga de corto tiempo son extremadamente estresantes y pueden causar que algunos estilos de resistencia fallen.

• Para hallar la potencia de sobrecarga para un impulso de 5 s, multiplique la potencia nominal por 5 o por 10, según se indique en la hoja de datos
• Para encontrar la capacidad de potencia de sobrecarga de 1 s a 5 s, convierta la potencia de sobrecarga en energía multiplicando por 5 s, y luego vuelva a convertirla en potencia dividiendo por la anchura del pulso en segundos
• Para las duraciones de los impulsos entre el punto de cruce y 1 s, utilice la potencia de sobrecarga calculada para 1 s

Ejemplo

1. ¿Cuál es la potencia de sobrecarga de un resistor RS005?

   Según la hoja de datos, el RS005 tiene una potencia nominal de 5 W y tomará 10 veces la potencia nominal durante 5 s: 10 x 5 W = 50 W

2. ¿Cuál es la capacidad energética del RS005 durante 5 s?

   Para 5 s, la capacidad energética es: 50 W x 5 s = 250 W-s o J

3. ¿Cuál es la capacidad de sobrecarga del RS005 durante 1 s?

   Para 1 s, la capacidad de sobrecarga es de 250 W-s / 1 s = 250 W

4. ¿Cuál es la capacidad energética del RS005 durante 0.5 s?

   Para 0.5 s, la capacidad energética es de 250 W x 0.5 s = 125 W-s o J

Información requerida para determinar la capacidad de pulso

Figura 2: La determinación de las respuestas a estas preguntas relativas a la capacidad de pulso ayudará a determinar la solución de la aplicación. (Fuente de la imagen: Vishay Dale)

Las aplicaciones de pulsos suelen entrar en una de estas tres categorías: onda cuadrada, carga/descarga capacitiva o caída exponencial. En los siguientes apartados se mostrará un ejemplo del cálculo de la energía de los impulsos para cada uno de ellos.

Onda cuadrada

Se aplica una tensión o corriente constante a través de una resistencia durante una duración de impulso determinada.

Figura 3: Ejemplo de cálculo de la energía del pulso para una onda cuadrada con una amplitud de 100 V_CC durante 1 ms a través de una resistencia de 10 Ω. (Fuente de la imagen: Vishay Dale)

Carga/descarga capacitiva

Un condensador se carga hasta una tensión determinada y luego se descarga a través de una resistencia de hilo.

Figura 4: Ejemplo de cálculo de la energía de los impulsos para una aplicación de carga/descarga capacitiva. (Fuente de la imagen: Vishay Dale)

Descarga exponencial/pico por relámpago

La aplicación alcanza un pico de tensión y disminuye a un ritmo proporcional a su valor. Esto se suele modelar mediante la DO-160E WF4 o la IEC 6100-4-5 y representa una sobretensión de rayo.

Figura 5: Ejemplo de cálculo de la energía de los impulsos para un incidente de rayo. (Fuente de la imagen: Vishay Dale)

Pulsos repetitivos igualmente espaciados

Cuando se calcula la capacidad de manejo de pulsos para los pulsos repetitivos, se debe considerar la potencia media, así como la energía de los pulsos individuales. Esto se debe a que la potencia media establece un cierto aumento de calor medio en la pieza, que utiliza un cierto porcentaje de la capacidad energética de la pieza. La parte de la energía no utilizada por la potencia media queda entonces disponible para manejar la energía de los impulsos instantáneos. Cuando se suman los dos porcentajes (potencia media respecto a la potencia nominal y energía de impulso respecto a la capacidad de tratamiento de los impulsos), no deben superar el 100% del valor nominal global de la pieza.

Ejemplo

El siguiente ejemplo se basa en un pulso repetitivo de onda cuadrada igualmente espaciado.

Figura 6: Este ejemplo se basa en un pulso repetitivo de onda cuadrada igualmente espaciado. (Fuente de la imagen: Vishay Dale)

1. La potencia del pulso, P = V²/R o I²R, se calcula para un solo pulso
2. La potencia media se calcula de la siguiente manera P_Avg = Pt/T
3. Calcula la energía del pulso: E = Pt
4. Calcule el porcentaje de la potencia media con respecto a la potencia nominal (PR): Porcentaje (potencia) = 100 xP_AVG/P_R
5. La ingeniería de Vishay Dale puede proporcionar la capacidad de manejo de impulsos (ER) dado un modelo de resistencia, valor de resistencia y temperatura ambiente
6. Calcule el porcentaje de energía de los impulsos con respecto a la capacidad de manejo de los mismos: Porcentaje (energía) = 100 x E/E_R
7. Suma los porcentajes de (4) y (6). Si el porcentaje es inferior al 100 %, la resistencia elegida es aceptable. Si el porcentaje es superior al 100 %, debe seleccionarse una resistencia de mayor potencia o con mayor capacidad de manejo de impulsos. Póngase en contacto con el departamento de ingeniería de Vishay Dale para determinar la mejor opción de resistencia para su aplicación.

Ejemplo

Una serie de pulsos de onda cuadrada igualmente espaciados con una amplitud de 200 V_CC, un ancho de pulso de 20 ms y un tiempo de ciclo de 20 s, se aplica a una resistencia RS007 de 100 Ω a una temperatura ambiente de 25°C.

1. La potencia del impulso es P = V²/R = (200 V)²/100 Ω = 400 W
2. La potencia media es:_PAVG = Pt/T = (400 W x 0.02 s)/20 s = 0,4 W
3. Se calcula la energía del impulso: E = Pt = 400 W x 0,02 s = 8,0 W-s, o J
4. La resistencia RS007 tiene una potencia nominal (P_R) de 7 W. Se calcula el porcentaje de potencia media respecto a la potencia nominal: P_AVG/P_R x100 = ((0,4 W)/(7,0 W)) x 100 = 5,7%
5. La capacidad de manejo de impulsos (_ER) proporcionada por la ingeniería de Vishay Dale a una temperatura ambiente de 25°C es de 15.3 J
6. Se calcula el porcentaje de energía de los impulsos con respecto a la capacidad de manejo de los mismos:

   100 x E/E_R = 100 x ((8.0 J)/(15.3 J)) = 52.3%

7. Los porcentajes calculados en (4) y (6) se suman: 5.7% + 52.3% = 58%

Dado que este porcentaje es inferior al 100 % de la capacidad total, la resistencia estilo RS007 manejará suficientemente el impulso.

Resistencias no inductivas

Las resistencias de potencia no inductivas constan de dos bobinas, cada una de las cuales tiene el doble del valor de la resistencia terminada. Por esta razón, la capacidad de energía será casi siempre mayor que la de una unidad herida estándar. Para calcular la capacidad de energía necesaria para los estilos no inductivos, calcule la energía por ohmio (J/Ω) dividiendo la energía por cuatro veces el valor de la resistencia.

Ejemplo

¿Cuál es la capacidad de manejo de pulsos por ohmios necesaria para manejar un pulso de 0.2 J aplicado a una resistencia de 500 Ω?

La energía por ohmio necesaria es: E/4R = (0.2 J)/(4 x 500 Ω) = 100 x10^-6 J/Ω

Esto se puede proporcionar a la ingeniería de Vishay Dale para encontrar el mejor producto para la aplicación.

Limitaciones de tensión

Pulsos cortos - Nunca se ha establecido un valor nominal de tensión de sobrecarga para las resistencias bobinadas cuando se pulsan durante periodos cortos. Sandia Corporation ha realizado un estudio sobre nuestras resistencias NS y RS utilizando pulsos de 20 µs. Este estudio indica que este tipo de unidad tomará unos 20 kV por pulgada siempre que no se supere la capacidad de manejo de pulsos.

Pulsos largos - Para pulsos entre el punto de cruce y 5 s, la sobrecarga máxima recomendada es √10 veces la tensión máxima de trabajo para el tamaño de 4 W y superior, y √5 veces la tensión máxima de trabajo para los tamaños inferiores a 4 W.

Resistencias fusibles

Si el objetivo de la aplicación es que la resistencia se abra bajo una condición específica, Vishay Dale ofrece resistencias fusibles. Consulte la página siete para conocer los tipos de resistencias comunes de los fusibles RS, o haga clic en el siguiente enlace para ver la hoja de datos completa de los fusibles RS.

Estilos moldeados de acción rápida, diseñados a medida para aplicaciones específicas

Vishay Dale dispone de una amplia variedad de resistencias bobinadas. También tienen la capacidad de proporcionar resistencias personalizadas, de estilo moldeado y de acción rápida para aplicaciones específicas. Aunque DigiKey tiene en stock algunos de estos tipos de resistencias, hay literalmente cientos de posibilidades disponibles. Consulte la Figura 7 para ver algunos ejemplos y la tabla de números de pieza que puede utilizarse para personalizar una resistencia adecuada para una aplicación específica.

Figura 7: Las resistencias de ejemplo mostradas en la parte superior representan un puñado de los cientos de variantes posibles. Para una resistencia personalizada diseñada para una aplicación específica, se puede utilizar la tabla de números de pieza de la parte inferior. (Fuente de la imagen: Vishay Dale)