Was man wissen sollte
- Leistungswiderstände werden in der Elektronik verwendet, um Energie abzuleiten, indem sie den Stromfluss und die Spannung steuern.
- Die Nennleistung eines Widerstands definiert, wie viel Leistung ein Widerstand sicher handhaben kann, bevor er dauerhaft beschädigt wird.
- Die meisten Elektronikanwendungen verwenden Widerstände mit geringer Leistung, typischerweise 1/8 Watt oder weniger. Hochleistungswiderstände sind für 1 Watt oder besser ausgelegt, einschließlich Kilowattbereich.
Dieser Artikel erklärt die Funktionsweise dieser Widerstände und enthält einen Blick auf verschiedene Widerstandstypen.
Grundlagen von Leistungswiderständen
Die Verlustleistung eines Widerstands kann mit dem ersten Gesetz von Joule ermittelt werden (Leistung=Spannung x Strom). Die Verlustleistung wird in Wärme umgewandelt und erhöht die Temperatur des Widerstands. Die Temperatur eines Widerstands steigt weiter an, bis sie einen Punkt erreicht, an dem die Wärme, die durch die Luft, die Leiterplatte und die Umgebung abgegeben wird, die erzeugte Wärme ausgleicht.
Abhängig von der erforderlichen Wattzahl benötigt ein Gerät möglicherweise einen Hochleistungswiderstand, um eine Überhitzung zu vermeiden. Es ist notwendig, die Temperatur eines Widerstands niedrig zu h alten, um größere Ströme ohne Verschlechterung oder Beschädigung handhaben zu können.
Der Betrieb eines Leistungswiderstands über seiner Nennleistung und -temperatur kann zu schwerwiegenden Folgen führen, darunter Verschiebungen des Widerstandswerts, verkürzte Lebensdauer, offene Stromkreise oder elektrische Brände. Um solche Ausfälle zu vermeiden, werden Leistungswiderstände häufig basierend auf den erwarteten Betriebsbedingungen herabgesetzt.
Leistungswiderstände sind normalerweise größer als ihre Gegenstücke. Die vergrößerte Größe trägt zur Wärmeableitung bei und wird häufig verwendet, um Befestigungsmöglichkeiten für Kühlkörper bereitzustellen. Hochleistungswiderstände sind auch in flammhemmenden Gehäusen erhältlich, um das Risiko eines gefährlichen Ausfallzustands zu verringern.
Bottom Line
Die meisten Elektronikanwendungen verwenden Widerstände mit geringer Leistung, typischerweise 1/8 Watt oder weniger. Anwendungen wie Netzteile, dynamische Bremsen, Leistungsumwandlung, Verstärker und Heizungen erfordern jedoch häufig Hochleistungswiderstände. Im Allgemeinen werden Hochleistungswiderstände mit 1 Watt oder mehr bewertet. Einige sind im Kilowattbereich erhältlich.
Leistungswiderstand Derating
Die Wattzahl von Leistungswiderständen wird bei einer Temperatur von 25°C angegeben. Wenn die Temperatur eines Leistungswiderstands über 25 °C steigt, beginnt die Leistung, die der Widerstand sicher handhaben kann, zu sinken. Zur Anpassung an die erwarteten Betriebsbedingungen stellen die Hersteller ein Derating-Diagramm bereit. Dieses Derating-Diagramm zeigt, wie viel Leistung der Widerstand verarbeiten kann, wenn die Temperatur des Widerstands ansteigt.
Da 25 °C die typische Raumtemperatur ist und jede von einem Leistungswiderstand abgegebene Leistung Wärme erzeugt, ist es oft schwierig, einen Leistungswiderstand mit seiner Nennleistung zu betreiben. Um den Einfluss der Betriebstemperatur des Widerstands zu berücksichtigen, stellen die Hersteller eine Leistungsminderungskurve bereit, um Entwicklern zu helfen, sich an reale Einschränkungen anzupassen. Es ist am besten, die Leistungsminderungskurve als Richtlinie zu verwenden und innerhalb des empfohlenen Betriebsbereichs zu bleiben. Jeder Widerstandstyp hat eine andere Derating-Kurve und andere maximale Betriebstoleranzen.
Mehrere externe Faktoren können die Leistungsminderungskurve eines Widerstands beeinflussen. Das Hinzufügen von Zwangsluftkühlung, eines Kühlkörpers oder einer besseren Komponentenh alterung zur Unterstützung der Ableitung der vom Widerstand erzeugten Wärme ermöglicht es ihm, mehr Leistung zu verarbeiten und eine niedrigere Temperatur aufrechtzuerh alten. Andere Faktoren wirken jedoch der Kühlung entgegen, wie z. B. das Gehäuse, das die in der Umgebung erzeugte Wärme hält, nahe gelegene wärmeerzeugende Komponenten und Umweltfaktoren wie Feuchtigkeit und Höhe.
Arten von Hochleistungswiderständen
Jeder Leistungswiderstandstyp bietet unterschiedliche Fähigkeiten für verschiedene Widerstandsanwendungen. Drahtwiderstände sind beispielsweise in einer Vielzahl von Formfaktoren erhältlich, darunter oberflächenmontierte, radiale, axiale und Chassis-montierte Designs für eine optimale Wärmeableitung. Für Anwendungen mit hoher Impulsleistung sind auch nicht-induktive Drahtwiderstände erhältlich. Für Anwendungen mit sehr hoher Leistung, wie z. B. dynamisches Bremsen, sind Nickelchrom-Drahtwiderstände ideal, insbesondere wenn die Last Hunderte oder Tausende von Watt betragen soll. Als Heizelemente können auch Nichrom-Drahtwiderstände verwendet werden.
Gebräuchliche Arten von Widerständen sind:
- Drahtwiderstände
- Zementwiderstände
- Schichtwiderstände
- Metallfolie
- Carbon Composite
- Nichromdraht
Verschiedene Widerstandstypen können in verschiedenen Formfaktoren erhältlich sein, wie zum Beispiel:
- DPAK-Widerstände
- Chassis-Mount-Widerstände
- Radiale (stehende) Widerstände
- Axialwiderstände
- Surface-Mount-Widerstände
- Durchgangslochwiderstände
