Leistungswiderstände - Elektronikteile und Funktionen

Die meisten elektronischen Anwendungen verwenden Widerstände mit niedriger Leistung, typischerweise 1/8 Watt oder weniger. Anwendungen wie Stromversorgungen, dynamische Bremsen, Leistungswandler, Verstärker und Heizungen erfordern jedoch häufig Hochleistungswiderstände. Im Allgemeinen sind Hochleistungswiderstände Widerstände, die für Lasten von 1 Watt oder mehr ausgelegt sind und im Kilowatt-Bereich verfügbar sind.

Grundlagen zum Leistungswiderstand

Die Nennleistung eines Widerstands bestimmt, wie viel Leistung ein Widerstand sicher verarbeiten kann, bevor der Widerstand dauerhaft beschädigt wird. Die von einem Widerstand abgeführte Leistung kann leicht mit dem ersten Gesetz von Joule ermittelt werden, nämlich Power = Spannung x Strom. Die vom Widerstand abgegebene Leistung wird in Wärme umgewandelt und erhöht die Temperatur des Widerstands. Die Temperatur eines Widerstands steigt weiter an, bis ein Punkt erreicht wird, an dem die Wärme, die durch die Luft, die Leiterplatte und die Umgebung abgegeben wird, die erzeugte Wärme ausgleicht. Wenn Sie die Temperatur eines Widerstands niedrig halten, vermeiden Sie eine Beschädigung des Widerstands und lassen Sie ihn mit größeren Strömen ohne Verschlechterung oder Beschädigung umgehen. Der Betrieb eines Leistungswiderstands über seiner Nennleistung und Temperatur kann schwerwiegende Folgen haben, einschließlich einer Verschiebung des Widerstandswerts, einer Verringerung der Betriebslebensdauer, eines offenen Stromkreises oder so hoher Temperaturen, dass der Widerstand in Brand geraten oder umgebende Materialien in Brand geraten können. Um diese Fehlermodi zu vermeiden, werden Leistungswiderstände häufig aufgrund der erwarteten Betriebsbedingungen herabgesetzt.

Leistungswiderstände sind normalerweise größer als ihre Gegenstücke mit geringerer Leistung. Die vergrößerte Größe trägt zur Wärmeableitung bei und wird häufig verwendet, um Montageoptionen für Kühlkörper bereitzustellen. Hochleistungswiderstände sind häufig auch in flammhemmenden Gehäusen erhältlich, um das Risiko eines gefährlichen Ausfalls zu reduzieren.

Leistungswiderstandsderating

Die Nennleistung der Leistungswiderstände wird bei einer Temperatur von 25 ° C angegeben. Wenn die Temperatur eines Leistungswiderstandes über 25 ° C steigt, sinkt die Leistung, die der Widerstand verarbeiten kann. Zur Anpassung an die erwarteten Betriebsbedingungen stellen die Hersteller ein Derating-Diagramm zur Verfügung, aus dem hervorgeht, wie viel Strom der Widerstand verarbeiten kann, wenn die Temperatur des Widerstands ansteigt. Da 25 ° C eine typische Raumtemperatur ist und jede durch einen Leistungswiderstand abgeführte Leistung Wärme erzeugt, ist es oft sehr schwierig, einen Leistungswiderstand mit seinem Nennleistungspegel zu betreiben. Um die Auswirkungen der Betriebstemperatur des Widerstands zu berücksichtigen, bieten Hersteller eine Leistungsreduzierungskurve an, die Konstrukteuren dabei hilft, sich an reale Beschränkungen anzupassen. Es ist am besten, die Power-Derating-Kurve als Richtlinie zu verwenden und sich innerhalb des empfohlenen Betriebsbereichs zu halten. Jeder Widerstandstyp weist eine unterschiedliche Derating-Kurve und unterschiedliche maximale Betriebstoleranzen auf.

Verschiedene externe Faktoren können die Leistungsreduzierungskurve eines Widerstands beeinflussen. Durch das Hinzufügen einer erzwungenen Luftkühlung, eines Kühlkörpers oder einer besseren Montagehalterung, um die durch den Widerstand erzeugte Wärme abzuführen, kann ein Widerstand mehr Strom aufnehmen und eine niedrigere Temperatur aufrechterhalten. Andere Faktoren wirken sich jedoch gegen die Kühlung aus, wie das Gehäuse, das die in der Umgebung erzeugte Wärme, in der Nähe befindliche Wärmeerzeugungskomponenten und Umgebungsfaktoren wie Feuchtigkeit und Höhe hält.

Arten von Hochleistungswiderständen

Auf dem Markt sind verschiedene Arten von Hochleistungswiderständen erhältlich. Jeder Widerstandstyp bietet unterschiedliche Funktionen für verschiedene Anwendungen. Drahtwiderstände sind üblich und in einer Vielzahl von Formfaktoren erhältlich, von oberflächenmontierter, radialer, axialer und Chassismontage für optimale Wärmeableitung. Nicht-induktive Drahtwicklungswiderstände sind auch für Anwendungen mit hoher Impulsleistung verfügbar. Für Anwendungen mit sehr hoher Leistung, wie z. B. dynamisches Bremsen, sind Nichromdrahtwiderstände, die auch als Heizelemente verwendet werden, gute Optionen, insbesondere wenn erwartet wird, dass die Last Hunderte bis Tausende Watt beträgt.