Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Wyszukiwarki naszych partnerów

Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
Europejski lider sprzedaży techniki i elektroniki.
Proszę, dodaj wyjątek elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Wpływ samoogrzewania się opornika na parametry jego pracy

ghost666 15 Mar 2014 15:47 4050 0
  • Obliczenia związane z samoogrzewaniem się oporników podczas pracy są niezwykle istotne podczas projektowania precyzyjnych układów analogowych. Kwestia ta, jakkolwiek dosyć fundamentalna, jest często pomijana przez projektantów układów elektronicznych.

    Autor niniejszego artykułu, Collin Wells pracujący jako inżynier do spraw precyzyjnych aplikacji analogowych w firmie Texas Instruments, przypomniał sobie o istotności analizy samonagrzewania się oporników podczas pracy podczas tłumaczenia teorii stojącej za działaniem precyzyjnego oporowego miernika temperatury w którego projekt był zaangażowany. Opis tego projektu znaleźć można http://www.ti.com/tool/tipd153?DCMP=hpa-pa-op...QS=hpa-pa-opamp-thehub-20140314-tipd153-pf-en tutaj. Na poniższym rysunku widoczny jest uproszczony schemat budowy układu. W niniejszym artykule rozważymy wpływ zmiany wartości rezystancji oporników w tym układzie na skutek samonagrzewania się ich na pracę układu. Należy uwzględnić ten efekt podczas projektowania układu gdyż inaczej nieuwzględniona zmiana oporu spowoduje zwiększenie błędu pomiarowego projektowanego urządzenia.

    Wpływ samoogrzewania się opornika na parametry jego pracy


    Prezentowany układ skupia się na ratiometrycznym pomiarze wartości analogowej, co oznacza iż finalny pomiar dokonany przez przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC) jest bezpośrednio zależny od absolutnej wartości oporu rezystora referencyjnego RREF. Jako że prąd wzbudzający płynie przez RREF powoduje on pewne straty mocy na tum elemencie. Wytracana moc zamieniania jest na ciepło co powoduje w konsekwencji ogrzewanie sięelementu. Zmiana temperatury opornika pociąga za sobą zmianę wartości rezystancji, która wpływa na dokładność systemu pomiarowego. Efekty samoogrzewania się oporników na skutek płynącego przez nie prądu są także istotne w szeregu innych aplikacji, takich jak pomiar prądu na przykład w układach monitorowania zużycia energii elektrycznej i innych systemach w których wartość i dokładność pomiaru zależna jest od bezwzględnej wartości rezystancji opornika pomiarowego. W tych przypadkach należy dokładnie rozważyć wpływ zmiany temperatury opornika na wartość rezystancji.

    Temperaturowy współczynnik rezystancji (TWR) opornika to parametr informujący o tym o ile zmieni się opór elektryczny tego elementu wraz ze zmianą jego temperatury. Zazwyczaj wartość ta podawana jest w ppm (częściach na milion) na stopień Celsjusza - ppm/°C. Typowy opornik o tolerancji 1% charakteryzuje się temperaturowym współczynnikiem rezystancji wynoszącym około ± 100 ppm/°C, z kolei precyzyjne metalizowane oporniki są w stanie zaoferować TWR nie większy niż 0,1 ppm/°C.





    Równanie 1 oraz 2 pokazuje w jaki sposób wykorzystać można znajomość temperaturowego współczynnika rezystancji do obliczenia zmiany rezystancji opornika - ΔRTC. W prezentowanym przykładzie wyznaczamy zmianę dla opornika o nominalnym oporze 1 kΩ w zakresie temperatur od 25 °C do 125 °C. TWR opornika wynosi 100 ppm/°C.

    Wpływ samoogrzewania się opornika na parametry jego pracy


    Generalnie przyjmuje się, iż niewielkie oporniki do montażu powierzchniowego (w obudowach 0201, 0402, 0603 itp.) są mniej efektywne w rozpraszaniu traconej na tym elemencie mocy. Rezultatem tego są wysokie współczynniki samonagrzewania θSH dochodzące aż do 1000 °C/W! Oczywiście większość tych oporników jest przeznaczona do pracy z mocą poniżej 0,1 W, jednakże pamiętać trzeba, iż ich opór będzie zmieniał się bardzo dynamicznie wraz wytracaną na nich mocą.

    Równanie 3 prezentuje w jaki sposób można dokonać pomiaru wzrostu temperatury opornika - ΔTSH - na skutek rozpraszania mocy na elemencie. Kolejne równanie, oznaczone numerem czwartym, pokazuje jak wykorzystać wyznaczoną zmianę temperatury do wyznaczenia zmiany oporu na skutek samoogrzewania opornika. Do wyliczeń wykorzystano przykładowy opornik o współczynniku samoogrzewania równym 100 °C/W na którym rozpraszane jest 0,5 W.

    Wpływ samoogrzewania się opornika na parametry jego pracy


    Jakkolwiek rzadko kiedy współczynniki samoogrzewania opornika jet podany w jego specyfikacji technicznej, można wyznaczyć go na podstawie krzywej obrazującej spadek maksymalnej mocy strat w funkcji temperatury opornika.

    Krzywa ta mówi jak zmienia się maksymalna rozpraszana na oporniku moc w funkcji temperatury otoczenia tak aby nie została przekroczona maksymalna dopuszczalna temperatura tego elementu. Poniższy wykres pokazuje przykładową krzywą tego typu dla opornika o maksymalnej mocy strat równej 0,5 W.

    Wpływ samoogrzewania się opornika na parametry jego pracy


    Z łatwością zdeterminować możemy maksymalną temperaturę pracy opornika - TMAX - na podstawie powyższej krzywej. Temperatura maksymalna odpowiada punktowi na osi x dla którym maksymalna rozpraszana moc wynosi 0%mocy nominalnej. W przypadku prezentowanego elementu jest to 150 °C.

    Im wyższa temperatura tym opornik pracować musi z mniejszą mocą rozpraszania, powyżej temperatury TMAX_PWR100%. W przypadku pokazanego powyżej wykresu jest 85 °C. Wykorzystując te dwie temperatury wyznaczyć możemy współczynnik samoogrzewania θSH. Sposób wyznaczania zaprezentowano na równaniu 5 znajdującym się poniżej.

    Wpływ samoogrzewania się opornika na parametry jego pracy


    Znając współczynnik samoogrzewania można zdeterminować wzrost temperatury i idącą za tym zmianę oporu rezystora spowodowaną rozpraszaniem energii elektrycznej na oporniku. Wykorzystać do tego można równania 3 i 4. Na podstawie tych zależności, znając wszystkie współczynniki, wyznaczyć można wpływ samoogrzewania opornika na temperaturę, opór etc. co w konsekwencji pozwala skompensować zmianę oporu tak aby nie miała ona negatywnego wpływu na dokładność układu.

    Zatem - następnym razem gdy będziecie projektować jakiś układ analogowy, pamiętajcie że w układach w których potrzebne są precyzyjnie dobrane wartości rezystancji oporników ich samoogrzewanie płynącym przez nie prądem nie jest bez znaczenia.
    Źródła:
    http://e2e.ti.com/blogs_/b/precisiondesignshu...ate-the-effects-of-resistor-self-heating.aspx


    Fajne!
 Szukaj w ofercie
Zamknij 
Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME