【導(dǎo)讀】電阻的自發(fā)熱,基礎(chǔ)的不能再基礎(chǔ),但是很多工程師卻不知道甚至是忽略的。本篇文章當(dāng)中就將對電阻自發(fā)熱的影響進(jìn)行介紹,看過之后大家就會明白,這項不起眼的小知識在電源設(shè)計當(dāng)中是多么重要。
接觸的電源知識越多,就發(fā)現(xiàn)有時越是基礎(chǔ)的簡單知識,知道的人卻寥寥無幾。就像電阻的自發(fā)熱,基礎(chǔ)的不能再基礎(chǔ),但是很多工程師卻不知道甚至是忽略的。本篇文章當(dāng)中就將對電阻自發(fā)熱的影響進(jìn)行介紹,看過之后大家就會明白,這項不起眼的小知識在電源設(shè)計當(dāng)中是多么重要。
圖1簡化的比率計RTD系統(tǒng)
對于圖1中的簡化設(shè)計,需要考慮信號路徑中電阻器自發(fā)熱引起的誤差,才能防止它們所導(dǎo)致的不希望出現(xiàn)的誤差級。
該設(shè)計針對比率計測量設(shè)計,因此模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的最終轉(zhuǎn)換結(jié)果直接取決于參考電阻器RREF的絕對值。由于RREF上有激勵電流經(jīng)過,因此它會消耗電源并發(fā)熱,從而可引起電阻變化,影響系統(tǒng)精確度。此外,電阻器自發(fā)熱影響在電流感應(yīng)或功率測量等眾多其它應(yīng)用中也很重要,其取決于電阻器絕對值,因為在電阻器消耗電源時它可能會改變阻值。
電阻器的溫度系數(shù)(或TC)規(guī)定了電阻器溫度變化時電阻的變化范圍。電阻器TC的單位一般是每攝氏度百萬分之一(ppm/°C)。一個1%電阻器具有大約+/-100ppm/°C的TC,而高精度金屬箔電阻器則提供不足0.1ppm/°C的TC。
公式1和公式2是溫度從25°C到125°C變化時,如何使用電阻器TC規(guī)范計算1kΩ、±100ppm/°C電阻器阻值ΔRTC變化的實例。
一般來說,較小表面安裝組件(0201、0402、0603等)在功率耗散方面效率較低,因此具有極高的自發(fā)熱系數(shù)θSH,有時高達(dá)1000°C/W以上!這些較小電阻器的額定功率級通常小于0.1W,但其溫度會隨功率耗散極其快速地變化。
公式3可計算功率耗散所引起的電阻器溫度增加量ΔTSH。公式4將ΔTSH插入公式1替代ΔT,以確定100°C/W適度自發(fā)熱和0.5W功率耗散情況下自發(fā)熱所引起的電阻變化。
盡管電阻器產(chǎn)品說明書中通常不提供自發(fā)熱系數(shù),但通常都包含功率額定值下降曲線,您可通過該曲線反向計算出自發(fā)熱系數(shù)。
功率額定值下降曲線可在不超過最大指定溫度情況下,針對環(huán)境溫度規(guī)定電阻器的最大功耗。圖2是0.5W電阻器的電阻器功率額定值下降曲線實例。
圖2 0.5W電阻器的功率額定值下降曲線
可以從圖2的曲線中輕松確定最大工作溫度TMAX,也就是在額定耗散等于0%時x軸上的值。在所示實例中,最大工作溫度是150°C。
另外,電阻器也不可能在100%額定耗散(TMAX_PWR100%)、85°C下工作。您可通過該溫度、最大工作溫度以及電阻器的功率額定值計算出針對θSH的值,如公式5所示。
經(jīng)過上面一系列的分析和計算,得出自發(fā)熱系數(shù)之后就能非常方便的來確定熱增加量。利用公式3、公式4,就可以計算出功率耗散時的電阻變化,最終根據(jù)電阻的變化來估算對最終系統(tǒng)精度程度有多少??梢钥闯觯娮杵鞯淖园l(fā)熱因素是會影響到系統(tǒng)精度的,所以要進(jìn)行提前的計算確認(rèn)。