Capacités de traitement des impulsions des résistances bobinées de Vishay Dale

Les résistances de puissance bobinées se caractérisent par des valeurs nominales de puissance et de tension en régime permanent qui indiquent les températures maximales que les unités doivent atteindre. Pour de courtes durées de 5 secondes ou moins, ces valeurs sont satisfaisantes ; toutefois, les résistances sont capables de supporter des niveaux de puissance et de tension beaucoup plus élevés pendant de courtes périodes (inférieures au point de croisement). Par exemple, à température ambiante, le RS005 présente une puissance nominale continue de 5 W. Mais pour une durée de 1 ms, l'unité peut gérer 24 500 W, et cette valeur atteint 24 500 000 W pour une durée de 1 μs. La raison de cette capacité de puissance apparemment élevée tient au fait que l'énergie, qui est le produit de la puissance et du temps, génère de la chaleur, et pas uniquement la puissance seule. Vishay Dale peut apporter des solutions pour une application si on lui fournit les informations détaillées dans la Figure 2.

Figure 1 : Vishay Dale offre une grande variété de résistances bobinées. (Source de l'image : Vishay Dale)

Impulsions courtes (inférieures à la durée du point de croisement)

Pour les impulsions courtes, il est nécessaire de déterminer l'énergie appliquée à la résistance. Pour les impulsions inférieures au point de croisement, les ingénieurs de Vishay Dale supposent que toute l'énergie d'impulsion est dissipée dans l'élément de résistance (fil). Pour que la résistance conserve ses caractéristiques de performances pendant toute la durée de vie du produit, Vishay Dale fonde son analyse et ses recommandations sur la quantité d'énergie nécessaire pour porter l'élément de résistance à +350°C, sans perte de chaleur au niveau du noyau, du revêtement ou des conducteurs. Le point de croisement correspond au moment où une énergie importante commence à se dissiper non seulement dans le fil lui-même, mais aussi dans le noyau, les conducteurs et le matériau d'encapsulation. C'est le moment où l'impulsion n'est plus considérée comme une impulsion courte, mais comme une impulsion longue.

La capacité de traitement des impulsions est différente pour chaque modèle et valeur de résistance, car elle repose sur la masse et la chaleur spécifique de l'élément de résistance. Une fois la puissance et l'énergie définies, Vishay Dale peut déterminer le meilleur choix de résistance pour l'application.

Point de croisement

Exemple d'une résistance RS005 de 500 Ω à température ambiante :

Informations requises :

ER = Valeur énergétique d'un modèle, d'une valeur de la résistance et d'une température ambiante donnés. Fournie par Vishay Dale, ER = 6,33 J.

PO = Capacité de puissance de surcharge du composant à 1 s. Capacité de puissance de surcharge d'un RS005 pendant 1 s, 10 x 5 W x 5 s = 250 Ws/1 s = 250 W

Point de croisement (s) = ER (J)/PO (W)

6,33 J/ 250 W = 0,0253 s

Le point de croisement pour la résistance RS005 de 500 Ω à température ambiante est d'environ 25,3 ms.

Impulsions longues (point de croisement jusqu'à 5 secondes)

Pour les impulsions longues, une grande partie de la chaleur est dissipée dans le noyau, les conducteurs et le matériau d'encapsulation. Par conséquent, les calculs utilisés pour les impulsions courtes sont beaucoup trop prudents. Pour les applications à impulsions longues, on utilise les valeurs de surcharge à court terme figurant dans les fiches techniques. Notez que les impulsions répétées correspondant à l'amplitude de surcharge à court terme sont extrêmement contraignantes et peuvent provoquer la défaillance de certains types de résistance.

• Pour trouver la puissance de surcharge pour une impulsion de 5 s, multipliez la puissance nominale par 5 ou 10, comme indiqué sur la fiche technique
• Pour trouver la capacité de puissance de surcharge pour une durée de 1 s à 5 s, convertissez la puissance de surcharge en énergie en la multipliant par 5 s, puis reconvertissez-la en puissance en la divisant par la largeur d'impulsion en secondes
• Pour les durées d'impulsion comprises entre le point de croisement et 1 s, utilisez la puissance de surcharge calculée pour 1 s

Exemple

1. Quelle est la puissance de surcharge d'une résistance RS005 ?

   D'après la fiche technique, le RS005 présente une puissance nominale de 5 W et absorbe 10 fois la puissance nominale pendant 5 s : 10 x 5 W = 50 W

2. Quelle est la capacité énergétique du RS005 pendant 5 s ?

   Pour 5 s, la capacité énergétique est la suivante : 50 W x 5 s = 250 W-s ou J

3. Quelle est la capacité de puissance de surcharge du RS005 pendant 1 s ?

   Pour 1 s, la capacité de puissance de surcharge est de 250 W s / 1 s = 250 W

4. Quelle est la capacité énergétique du RS005 pendant 0,5 s ?

   Pour 0,5 s, la capacité énergétique est de 250 W x 0,5 s = 125 W s ou J

Informations nécessaires pour déterminer la capacité d'impulsion

Figure 2 : Les réponses à ces questions relatives à la capacité d'impulsion permettront de déterminer la solution de l'application. (Source de l'image : Vishay Dale)

Les applications d'impulsions entrent souvent dans l'une des trois catégories suivantes : onde carrée, charge/décharge capacitive ou décroissance exponentielle. Dans les sections suivantes, nous allons présenter un exemple de calcul de l'énergie d'impulsion pour chacune d'entre elles.

Onde carrée

Une tension ou un courant constant est appliqué aux bornes d'une résistance pendant une durée d'impulsion donnée.

Figure 3 : Exemple de calcul de l'énergie d'impulsion pour une onde carrée d'une amplitude de 100 V_CC pendant 1 ms à travers une résistance de 10 Ω. (Source de l'image : Vishay Dale)

Charge/décharge capacitive

Un condensateur est chargé à une tension donnée, puis déchargé à travers une résistance bobinée.

Figure 4 : Exemple de calcul de l'énergie d'impulsion pour une application de charge/décharge capacitive. (Source de l'image : Vishay Dale)

Décroissance exponentielle/surtension due à la foudre

L'application atteint un pic de tension et décroît à un rythme proportionnel à sa valeur. Ce phénomène est généralement modélisé par la norme DO-160E WF4 ou CEI 6100-4-5 et représente une surtension due à la foudre.

Figure 5 : Exemple de calcul de l'énergie d'impulsion pour un incident de surtension due à la foudre. (Source de l'image : Vishay Dale)

Impulsions répétitives espacées à intervalles réguliers

Lors du calcul de la capacité de traitement des impulsions répétitives, la puissance moyenne, ainsi que l'énergie de chaque impulsion, doivent être prises en compte. En effet, la puissance moyenne entraîne une augmentation moyenne de la chaleur sur le composant, ce qui utilise un certain pourcentage de la capacité énergétique de ce composant. La partie de l'énergie qui n'est pas utilisée par la puissance moyenne est alors disponible pour gérer l'énergie d'impulsion instantanée. Lorsque les deux pourcentages (puissance moyenne par rapport à la puissance nominale et énergie d'impulsion par rapport à la capacité de traitement des impulsions) sont additionnés, ils ne doivent pas dépasser 100 % de la valeur nominale globale du composant.

Exemple

L'exemple suivant est fourni sur la base d'une impulsion d'onde carrée répétitive, espacée à intervalles réguliers.

Figure 6 : Cet exemple est basé sur une impulsion d'onde carrée répétitive, espacée à intervalles réguliers. (Source de l'image : Vishay Dale)

1. La puissance d'impulsion, P = V²/R ou I²R, est calculée pour une seule impulsion
2. La puissance moyenne est calculée comme suit : P_Avg = Pt/T
3. Calculez l'énergie d'impulsion : E = Pt
4. Calculez le pourcentage de la puissance moyenne par rapport à la puissance nominale (PR) : Pourcentage (puissance) = 100 x P_AVG/P_R
5. Les ingénieurs de Vishay Dale peuvent fournir la capacité de traitement des impulsions (ER) en fonction du modèle de résistance, de la valeur de la résistance et de la température ambiante
6. Calculez le pourcentage de l'énergie d'impulsion par rapport à la capacité de traitement des impulsions : Pourcentage (énergie) = 100 x E/E_R
7. Additionnez les pourcentages de (4) et (6). Si le pourcentage est inférieur à 100 %, la résistance choisie est acceptable. Si le pourcentage est supérieur à 100 %, il convient de choisir une résistance d'une puissance nominale supérieure ou d'une capacité de traitement des impulsions supérieure. Contactez les ingénieurs de Vishay Dale pour déterminer le meilleur choix de résistance pour votre application.

Exemple

Une série d'impulsions d'ondes carrées espacées à intervalles réguliers avec une amplitude de 200 V_CC, une largeur d'impulsion de 20 ms et un temps de cycle de 20 s, est appliquée à une résistance RS007 de 100 Ω à une température ambiante de 25°C.

1. La puissance d'impulsion est définie comme suit : P = V²/R = (200 V)²/100 Ω = 400 W
2. La puissance moyenne est définie comme suit : P_AVG = Pt/T = (400 W x 0,02 s)/20 s = 0,4 W
3. L'énergie d'impulsion est calculée comme suit : E = Pt = 400 W x 0,02 s = 8,0 W-s ou J
4. La résistance RS007 présente une puissance nominale (P_R) de 7 W. Le pourcentage de la puissance moyenne par rapport à la puissance nominale est calculé comme suit : P_AVG/P_R x100 = ((0,4 W)/(7,0 W)) x 100 = 5,7 %
5. La capacité de traitement des impulsions (E_R) fournie par les ingénieurs de Vishay Dale à une température ambiante de 25°C est de 15,3 J
6. Le pourcentage de l'énergie d'impulsion par rapport à la capacité de traitement des impulsions est calculé comme suit :

   100 x E/E_R = 100 x ((8,0 J)/(15,3 J)) = 52,3 %

7. Les pourcentages calculés en (4) et (6) sont additionnés : 5,7 % + 52,3 % = 58 %

Comme ce pourcentage est inférieur à 100 % de la valeur nominale globale, la résistance de type RS007 est suffisante pour gérer l'impulsion.

Résistances non inductives

Les résistances de puissance non inductives sont composées de deux enroulements, chacun ayant deux fois la valeur de la résistance finale. Pour cette raison, la capacité énergétique est presque toujours supérieure à celle d'un appareil à enroulement standard. Pour calculer la capacité énergétique nécessaire pour les types non inductifs, calculez l'énergie par ohm (J/Ω) en divisant l'énergie par quatre fois la valeur de la résistance.

Exemple

Quelle est l'énergie par ohm nécessaire pour gérer une impulsion de 0,2 J appliquée à une résistance de 500 Ω ?

L'énergie par ohm nécessaire est la suivante : E/4R = (0,2 J)/(4 x 500 Ω) = 100 x10^-6 J/Ω

Ces informations peuvent être fournies aux ingénieurs de Vishay Dale afin de trouver le meilleur produit pour l'application.

Limites de tension

Impulsions courtes - Aucune tension nominale de surcharge n'a jamais été établie pour les résistances bobinées lorsqu'elles sont soumises à des impulsions de courtes durées. Sandia Corporation a réalisé une étude portant sur nos résistances NS et RS en utilisant des impulsions de 20 µs. Cette étude indique que ce type d'unité supporte environ 20 kV par pouce tant que la capacité de traitement des impulsions n'est pas dépassée.

Impulsions longues - Pour les impulsions comprises entre le point de croisement et 5 s, la surcharge maximale recommandée est de √10 fois la tension de fonctionnement maximale pour le modèle de 4 W et plus, et de √5 fois la tension de fonctionnement maximale pour les modèles inférieurs à 4 W.

Résistances-fusibles

Si l'objectif de l'application est que la résistance déclenche un fusible dans une condition spécifique, Vishay Dale propose des résistances-fusibles. Reportez-vous à la Figure 7 pour connaître les types de résistances-fusibles RS courants, ou cliquez sur le lien suivant pour obtenir la fiche technique complète des fusibles RS.

Modèles moulés à action instantanée, conçus sur mesure pour des applications spécifiques

Vishay Dale propose une grande variété de résistances bobinées. La société est également en mesure de fournir des résistances à action instantanée personnalisées, de type moulé, pour des applications spécifiques. DigiKey dispose, certes, d'un certain nombre de ces types de résistances en stock, mais il existe littéralement des centaines de variantes. Reportez-vous à la Figure 7 pour obtenir quelques exemples, ainsi qu'au tableau des références qui peut être utilisé pour personnaliser une résistance appropriée pour une application spécifique.

Figure 7 : Les exemples de résistances présentés ci-dessus ne représentent qu'une poignée des centaines de variantes possibles. Pour trouver une résistance personnalisée conçue pour une application spécifique, il est possible d'utiliser la partie inférieure du tableau des références. (Source de l'image : Vishay Dale)