AEC-Q200車(chē)用額定功率電阻

繞線(xiàn)電阻額定功率通常為持續(xù)功率，不足以支持電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用。典型應(yīng)用是大電容預(yù)充電和放電，通常稱(chēng)為“軟啟動(dòng)”。這種情況下，電阻的脈沖處理能力也非常重要。結(jié)合理論基礎(chǔ)與熱性能有限元模擬，可以確定較長(zhǎng)脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)的這種能力。所得具體結(jié)果便于快速評(píng)估不斷變化的客戶(hù)需求，提供合適的電阻。

1、繞線(xiàn)電阻容許脈沖負(fù)載

繞線(xiàn)功率電阻一般根據(jù)持續(xù)功率確定額定功率。然而，由于（電阻成分）用量多且熱容量高，電阻成分和繞線(xiàn)僅在中等溫升過(guò)程中即可吸收大量能量。因此，繞線(xiàn)功率電阻是脈沖負(fù)載應(yīng)用的理想選擇。

2、額定脈沖負(fù)載能力很重要

由于頻率和電壓轉(zhuǎn)換器的廣泛使用，額定脈沖負(fù)載能力變得越來(lái)越重要。脈沖負(fù)載能力通常只按一次脈沖的一定功率或能量和持續(xù)時(shí)間象征性來(lái)規(guī)定。列出幾個(gè)脈沖振幅和持續(xù)時(shí)間規(guī)定脈沖負(fù)載能力的情況極為少見(jiàn)。如果電阻所受脈沖沖擊持續(xù)時(shí)間不在數(shù)據(jù)表顯示的范圍內(nèi)，且超出絕熱邊界條件的范圍，則很難計(jì)算最大允許脈沖負(fù)載。而理論基礎(chǔ)結(jié)合有限元模擬，可以計(jì)算出電阻在幾乎無(wú)限脈沖持續(xù)間隔下的功耗，即從非常短的脈沖到持續(xù)脈沖的熱性能。

3、電動(dòng)汽車(chē)需要脈沖負(fù)載能力

電動(dòng)汽車(chē)需要高脈沖負(fù)載高，限制電容器充放電電流是繞線(xiàn)電阻在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域中的典型應(yīng)用。為了保持生產(chǎn)工藝盡可能簡(jiǎn)單，首選方法是將所有電子器件焊接到PCB上，而不使用“外部”電阻。這種情況下，可將若干小的繞線(xiàn)功率電阻直接焊到PCB上，取代單個(gè)大的繞線(xiàn)功率電阻。

4、脈沖負(fù)載產(chǎn)生熱量

根據(jù)電阻散熱便能夠評(píng)估電脈沖負(fù)載的影響。一種有效方法是假定牛頓冷卻定律成立，即溫變率與熱電阻及其冷卻封裝材料的溫差成正比，后者溫度是恒定的。在水泥型繞線(xiàn)電阻的情況下（如AC-AT系列），封裝材料是繞線(xiàn)四周的水泥。不過(guò)，以下論證也可用于漆包或繞線(xiàn)電阻。

5、絕熱邊界條件下的脈沖負(fù)載

假定牛頓冷卻定律成立，因此繞線(xiàn)或電阻成分瞬時(shí)溫變與最大溫度成正比，可得出描述繞線(xiàn)和電阻溫度隨時(shí)間變化的指數(shù)函數(shù)。

圖1：R=47Ω瓷芯AC05-AT（藍(lán)曲線(xiàn)）和電阻線(xiàn)（紅曲線(xiàn)）脈沖負(fù)載限制。兩條曲線(xiàn)通常組合在一起：組合1（黑曲線(xiàn)）低估允許的過(guò)載（藍(lán)點(diǎn)）；組合2（綠線(xiàn)）高估所示扭折處脈沖負(fù)載極限（約0.05秒）

圖1中，藍(lán)線(xiàn)和紅線(xiàn)分別顯示瓷芯AC05-AT 47Ω電阻及其繞線(xiàn)各自的脈沖負(fù)載極限。整個(gè)電阻最大脈沖負(fù)載能力通常是兩條曲線(xiàn)的簡(jiǎn)單組合。一種方法是牛頓冷卻型指數(shù)函數(shù)，圖1中組合1，它遠(yuǎn)低于5秒標(biāo)稱(chēng)功率規(guī)定的過(guò)載額定值10倍，因此低估了這一脈沖持續(xù)時(shí)間的脈沖負(fù)載能力。另一種方法，圖1中組合2，高估了所示扭折處（約0.05秒處）脈沖負(fù)載能力，因?yàn)橛?jì)算繞線(xiàn)溫度極限時(shí)未考慮瓷芯的熱量。

6、脈沖負(fù)載FE模擬

利用有限元（FE）模擬，通過(guò)分析電阻器內(nèi)的熱流和溫度分布，很容易看出整個(gè)AC05-AT電阻在脈動(dòng)電負(fù)載下緩慢變熱。電阻線(xiàn)在脈沖過(guò)程中升溫，然后冷卻。電阻其他部分被熱脈沖加熱的速度也延慢了。脈沖負(fù)載持續(xù)時(shí)間在有限元模擬中并不重要，只要邊界條件得當(dāng)。因此，從繞線(xiàn)（ms范圍）到電阻近乎連續(xù)負(fù)載（100s范圍）絕熱的角度看，幾乎可以模擬電阻和繞線(xiàn)任何脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)的溫度。從而可根據(jù)繞線(xiàn)規(guī)定的最大允許溫度來(lái)確定允許的最大電脈沖負(fù)載。

7、延伸歸納

通過(guò)延伸繞線(xiàn)熱擴(kuò)散特征時(shí)間，可以歸納多個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間的有限元模擬結(jié)果，從而確定修正系數(shù)，結(jié)合指數(shù)函數(shù)，根據(jù)牛頓冷卻定律給出溫度。

8、非絕熱邊界條件下的脈沖負(fù)載

上述修正系數(shù)可從繞線(xiàn)角度計(jì)算非絕熱邊界條件下的脈沖負(fù)載極限（圖2）。不過(guò)，未涵蓋長(zhǎng)脈沖持續(xù)期間整個(gè)電阻的脈沖負(fù)載極限。但是，如果把整個(gè)電阻熱擴(kuò)散特征時(shí)間延伸較長(zhǎng)脈沖持續(xù)時(shí)間，則非絕熱極限曲線(xiàn)可以涵蓋連續(xù)負(fù)載極限曲線(xiàn)（圖2）。

圖2：從繞線(xiàn)角度看非絕熱邊界條件下最大允許脈沖負(fù)載（藍(lán)曲線(xiàn)），根據(jù)相應(yīng)熱擴(kuò)散特征時(shí)間進(jìn)行校正（紅曲線(xiàn)）。常見(jiàn)極限曲線(xiàn)很大程度上低估脈沖持續(xù)時(shí)間的脈沖負(fù)載能力，圖中所示從0.1 秒到10秒不等，供參考（黑虛線(xiàn)）。

9、用于其他阻值和電阻

通過(guò)適當(dāng)延伸，可以歸納特定電阻（本文為AC05-AT，47Ω）熱狀態(tài)的有限元模擬結(jié)果。這樣，所得結(jié)果不僅可以用于所有阻值（繞線(xiàn)配置）的AC05-AT，而且可以應(yīng)用于所有其他AC-AT類(lèi)型的電阻，因?yàn)樗鼈兊慕Y(jié)構(gòu)相似。

這種方法甚至可以用于所有其他相似類(lèi)型的電阻，如G200系列，無(wú)需額外的FE模擬，因此效率極高。對(duì)于客戶(hù)的好處是能夠及時(shí)準(zhǔn)確地解決脈沖負(fù)載能力的問(wèn)題。