Rezystor 125 mW poddany rozpraszaniu 600 mW w profesjonalnym systemie bezpieczeństwa

Poniższy schemat przedstawia obwód wejściowy płytki sygnalizacyjnej, którą kupujemy od jednego z naszych dostawców systemów wykrywania pożaru. Wspomniana płytka drukowana musi być wbudowana w tak zwany panel ewakuacji geograficznej, który pozwala strażakom zobaczyć, w której strefie budynku rozpoczął się pożar, i jako taki jest częścią systemu bezpieczeństwa.

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab}

Pokazana dioda LED jest w rzeczywistości diodą IR transoptora (potrzebną z powodu odrzucenia trybu wspólnego). Każda strefa wykrywania pożaru ma takie wejście. Wyjścia transoptora są podawane do MCU Atmel, gdzie są przetwarzane w celu oświetlenia niektórych diod LED na rzucie budynku. W przypadku braku jakichkolwiek sygnałów wejściowych MCU zresetuje wszystkie diody LED na panelu.

Rezystor 820 Ω jest typu SMD, a jego wymiary oceniam na pakiet 0805 i jako taki ma on moc znamionową 125 mW. Dokumentacja od naszego dostawcy twierdzi, że zakres napięcia wejściowego wynosi od 2,2 do 24 V. Ma to na celu wsparcie wielu marek komputerów do wykrywania pożaru. Nie wszystkie, ale wiele systemów faktycznie wytwarza napięcie 24 V. Według moich własnych obliczeń rezystor rozprasza około 600 mW na wejściu 24 V, przyjmując całkowite napięcie przewodzenia 1,9 V zarówno dla diody, jak i LED. Przyłożenie napięcia 24 V na wejściu w ciągu zaledwie 5 sekund powoduje, że rezystor nagrzewa się tak bardzo, że nie można go dotknąć. W tym momencie prąd wejściowy wynosi około 26 mA. Ponieważ nie mam zbyt dużego doświadczenia z komponentami SMD, ponieważ nie mam elektroniki przez wiele lat, muszę wiedzieć, czy istnieje ryzyko, że rezystor przepali się,

Moment, w którym straż pożarna może spojrzeć na panel, jest średnio po pierwszym wykryciu + 15 minut. Oznacza to, że rezystory na aktywowanych wejściach będą poddawane tym warunkom przez co najmniej 15 minut w gęsto zaludnionych obszarach. Na obszarach wiejskich o mniejszej liczbie personelu przeciwpożarowego może to być jeszcze dłuższe.

Autorytatywne odpowiedzi lub linki do nich są bardzo mile widziane.

Obraz panelu geograficznego:

Obraz płytki z obwodem wejściowym:

Istnieje osiem identycznych obwodów wejściowych. Dodałem tekst „820 omów” pod jednym z oporników. Po lewej stronie tego rezystora znajduje się dioda, powyżej, a po lewej - optoizolator. Jest to 4-pinowe urządzenie z kodem SMD 824.

Bardzo zbliżony widok rezystora:

Z danych, które podajesz, rzeczywiście wygląda to na zły projekt. Dostaję także około 600 mW rozproszenia w R1 w pokazanym obwodzie.

Fakt, że rezystor robi się naprawdę gorący, jest bezpośrednim dowodem na to, że rozprasza on znaczną moc jak na swoje rozmiary, ale niekoniecznie za dużo. Rezystory mogą działać w nieskończoność bez szkody dla temperatur, które poparzyłyby palec. Test palcowy tak naprawdę nie pokazuje, czy rozprasza się w granicach limitu, czy go przekracza.

Jedną z możliwości jest to, że obwód nie jest taki, jak pokazano. Być może dzieje się coś jeszcze, co nie jest łatwo widoczne z zewnątrz planszy. Dobrym testem byłoby zmierzenie rzeczywistego napięcia na rezystorze. To wraz z etykietą na rezystorze daje ostateczną odpowiedź na to, ile mocy jest rozpraszane.

Należy pamiętać, że rezystory 0805 są oznaczone 3 lub 4 cyframi. Jest to format zmiennoprzecinkowy, w którym ostatnia cyfra jest wykładnikiem liczby 10, a poprzednie cyfry mantysy. Rezystor 5% 820 Ω będzie oznaczony jako „821”, co oznacza 82 x 10 ¹ = 820.

Moc rozpraszana przez rezystor jest kwadratem napięcia na niej podzielonego przez rezystancję. We wspólnych jednostkach

Dlatego napięcie, które powoduje szczególne rozproszenie, wynosi

Przy 125 mW rezystor 820 Ω będzie miał

W poprzek.

Jeśli rezystor ma naprawdę 820 Ω, jest naprawdę dobry tylko dla 125 mW i ma na nim więcej niż 10 V, to tak, to jest wadliwa konstrukcja. Z danych, które nam przekazałeś, te przesłanki wydają się prawdziwe.

Jeśli okaże się, że rezystor jest naprawdę przeciążony, to prawdopodobnie stało się, że jednostka została pierwotnie zaprojektowana na niższe napięcie. Ktoś zdał sobie sprawę, że brakuje im zbyt dużej części rynku, ponieważ nie obsługuje wyższych napięć. Ktokolwiek miał to sprawdzić w inżynierii, albo tego nie zrobił, był na ogół niekompetentny, albo po prostu tęsknił.

Oczywiście, dlaczego tak jest, nie ma dla ciebie znaczenia. Musisz absolutnie odrzucić ten system. Obecnie jest to jakaś inna firma, która wystawia zły produkt w terenie. Jeśli włączysz to do swojego systemu, wystawiasz zły produkt w terenie i jesteś właścicielem wynikającej z tego odpowiedzialności, a to z powodu twojej reputacji zostanie uszkodzone.

Chociaż zdecydowanie nie chcesz używać tego produktu (ponownie, zakładając, że rzeczy naprawdę są takie, jak mówisz), w rezultacie urządzenie prawdopodobnie nie zapali się. Takie przeciążone rezystory zwykle po prostu przepalają się i otwierają się. W pobliżu nie ma wystarczającej ilości łatwopalnych rzeczy, aby spowodować pożar. Jednak rezystor może wypalić się i otworzyć przed przybyciem strażaków, dając im błędne informacje o miejscu pożaru. To jest prawdziwe niebezpieczeństwo tego systemu. Lub system może zatrzaskiwać informacje do momentu ręcznego zresetowania, więc podczas pierwszego zdarzenia nie występują żadne objawy. Jednak teraz ten kanał jest zepsuty i nie będzie reagował na przyszłe pożary w tej strefie. To oczywiście bardzo złe.

Wykonaj pomiar napięcia i zwróć uwagę producenta na jego obawy. Być może warto usłyszeć, co mają do powiedzenia, ale musiałbym być naprawdę dobry, aby kiedykolwiek zaufać ich produktom. Pamiętaj, że w przypadku inżynierów elektryków, podobnie jak w przypadku każdej dużej grupy ludzi, na górze są naprawdę dobrzy, na przyzwoitej większości pośrodku, a na dole niekompetentni. Na pewno są tam niekompetentnie zaprojektowane produkty. Być może znalazłeś jeden.

Cóż, w pewnym sensie zgadujesz na wiele rzeczy, ale wydajesz się bardzo pewny, że rezystor 0805, który Twoim zdaniem są, ma moc 125 mW.

Rezystory 0805 mają 1 W (70 ° C). Oczywiście będą działać bardzo gorąco, ale są do tego przeznaczone. Przy wartości, którą masz, jest bardziej prawdopodobne, że będzie to maksymalnie 500 mW przy 70 ° C. A może niżej ocenione, ale nie byłoby widocznej różnicy.

I to nie osobiście czuję się komfortowo w tej konkretnej sytuacji działa nawet w pobliżu ich części drukowanej specyfikacji, ale w rzeczywistości do montażu powierzchniowego części są bardzo wrażliwe na szczegóły-PCB z testów niewielka część może rozproszyć dużo energii (podobne do znacznie większy część), jeżeli jest zamontowany na płaszczyźnie uziemienia. Bardzo duża część na jednostronnej płycie z cienkimi śladami może być gorętsza niż część 0603 z grubymi ołowiem, płaszczyzną uziemienia itp.

Nie widzę żadnej nadmiarowości w tym obwodzie, więc jakakolwiek awaria jednopunktowa - opto, przewody do urządzenia, rezystor, dioda mogą spowodować nie rozpoznanie sygnalizacji, więc nie jest to traktowane jako krytyczne dla bezpieczeństwa konstrukcja urządzenia w najmniejszym stopniu.

(Edycja: Mam jedną sugestię - abyś potwierdził, że wejście ma wartość 24 V DC. Strata mocy przy 24 VAC byłaby o połowę mniejsza niż w przypadku wejścia 24 V DC. - OK, opisałeś to w komentarzu )

Z drugiej strony równania, jeśli dane napięcie pochodzi z rezerwowego zestawu akumulatorów, „24 V DC” może być bardziej zbliżone do 28 V DC, co znacznie zwiększy rozproszenie mocy - do ponad 850 mW. Rezystory są blisko siebie, więc się nagrzewają.

Porozmawiaj o tym z dostawcą.

Typowe rezystory SMD ogólnego przeznaczenia są zwykle typu grubowarstwowego .

Ten typ rezystora nie jest przeznaczony do długotrwałego przeciążenia (w rzeczywistości żaden nie jest), ale efekt termicznego przeciążenia części (przez zbyt dużą moc) polega na obniżeniu rezystancji w fazie początkowej:

( Źródło )

W tego typu obwodzie, w którym napięcie przewodzące diody LED i diody nie zmieni się znacząco w przypadku zmian prądu (w przypadku diody krzemowej wynosi 60 mV na dekadę prądu), co zwiększy prąd w obwodzie zbliżonym do stałego napięcia przez rezystor w tym okresie, co prowadzi do większej ilości ciepła w części. Może to spowodować niekontrolowany wzrost temperatury .

Nie wiadomo, czy nastąpi wypalenie, czy nie (ale jest wysoce prawdopodobne , że będzie ciągle narażony na tego rodzaju przeciążenie), ale z pewnością będzie miał krótszą niż podana żywotność (zwykle podawana w temperaturze 25 ° C, chociaż niektóre oceny wytrzymałości są w temperaturze znamionowej); w rzeczywistości podnoszenie temperatury urządzenia w celu celowego wywoływania awarii jest powszechnym testem dla producentów, ponieważ wskaźnik uszkodzeń rośnie wykładniczo wraz ze wzrostem temperatury.

Proces ten jest wykorzystywany przez producentów do przewidywania żywotności komponentów w wielu przypadkach za pomocą równania Arrheniusa, celowo powodując wczesne awarie w podwyższonych temperaturach. Prowadzi to do przewidywalnej żywotności komponentu w łagodniejszych warunkach.

Całkowicie zgadzam się z Olinem, że powinieneś odrzucić te jednostki, ponieważ niezawodność jednostki jest gwarantowana na niskim poziomie przy ekstremalnych napięciach określonych przez dostawcę, nawet jeśli przetrwają przeciążenie.

Właściwa konstrukcja nigdy nie pozwoli na przeciążenie części, chociaż istnieją części celowo zaprojektowane tak, aby wytrzymywały krótkotrwałe zdarzenia pulsacyjne i często znajdują się w obwodach ESD i odgromowych.

[Aktualizacja] Możliwe jest, jak komentuje Supercat, że jest to PTC, taki jak ta seria

Jedynym sposobem, w jaki obwód ma sens, jest to, że rezystor 820 omów jest rezystorem ograniczającym prąd. Działa razem z opornikiem kolektora z poprzedniego etapu jazdy. Napięcie kolektora sterownika może wynosić 24 V, ale jeśli jego rezystor kolektora wynosi 1 kΩ, wówczas prąd przez rezystor 820 będzie wynosił tylko około 12 mA, a utrata mocy wyniesie około 118 mW.

To pokazuje, że tego obwodu nie wolno używać ze sterownikami wejściowymi z otwartym kolektorem !