Explication détaillée et guide d'application de la formule de calcul de l'augmentation de la température de la résistance de puissance

Conception de circuits électroniques et génie électrique, puissancerésistanceL'élévation de température est un paramètre important. Une augmentation excessive de la température affectera non seulement les performances de la résistance, mais peut également entraîner une défaillance de l'équipement et même des risques pour la sécurité. Par conséquent, le calcul précis de l’augmentation de température de la résistance de puissance est d’une grande importance pour garantir le fonctionnement stable du circuit et prolonger la durée de vie des composants. Cet article présentera en détail la formule de calcul de l'augmentation de la température de la résistance de puissance et analysera le contenu de base pertinent étape par étape pour aider les ingénieurs et les techniciens à maîtriser les compétences clés du calcul de l'augmentation de la température.

1. Concept de base de l'augmentation de la température de la résistance de puissance

L'échauffement de la résistance de puissance fait référence à l'augmentation de la température interne de la résistance par rapport à la température ambiante en raison de la chaleur générée par le passage du courant lorsque la résistance fonctionne. La valeur d'augmentation de la température est généralement exprimée par ΔT et l'unité est le degré Celsius (℃). Comprendre l'augmentation de température peut aider à déterminer si la résistance se trouve dans sa plage de température de fonctionnement nominale et à éviter les dommages dus à une surchauffe.

2. Formule de calcul pour l'augmentation de la température de la résistance de puissance

La formule de calcul de l'échauffement de la résistance de puissance est généralement exprimée comme suit :

ΔT = P × RθJA

Parmi eux, ΔT est l'augmentation de la température (℃), P est la puissance de la résistance (W) et RθJA est la résistance thermique de la jonction à l'environnement (℃/W).

Cette formule montre que l'élévation de température est proportionnelle à la puissance et à la résistance thermique. Plus la puissance ou la résistance thermique est élevée, plus l’échauffement sera évident.

3. Calcul de la puissance analytique P

La puissance P est la vitesse à laquelle l'énergie électrique consommée par la résistance est convertie en énergie thermique. Selon la loi d'Ohm, la puissance peut être calculée de la manière suivante :

P = I² × R ou P = V² / R

Parmi eux, I est le courant (A), V est la tension (V) et R est la valeur de résistance (Ω). Un calcul précis de la puissance constitue la base du calcul de l’échauffement.

4. Comprendre et mesurer la résistance thermique RθJA

La résistance thermique RθJA (résistance thermique de jonction à ambiante) représente la valeur de résistance thermique entre le nœud interne de la résistance et l'environnement, et l'unité est ℃/W. Cela reflète la capacité de dissipation thermique de la résistance. Plus la valeur est petite, meilleures sont les performances de dissipation thermique. La résistance thermique est généralement fournie par le fabricant ou peut être mesurée expérimentalement.

5. Effet de la température ambiante sur l'augmentation de la température

La température réelle de l'environnement de travail T_amb affectera la température absolue de la résistance de puissance. La température de jonction T_j de la résistance peut être calculée par la formule suivante :

T_j = T_avec + ΔT

Par conséquent, à des températures ambiantes élevées, même si l’augmentation de température est la même, la température de jonction de la résistance est plus élevée et une attention particulière doit être accordée à la marge de conception.

6. Calcul de l'augmentation de la température dans diverses conditions de dissipation thermique

Les résistances de puissance ont diverses conditions de dissipation thermique, telles que la convection naturelle, le refroidissement par air forcé ou l'installation sur un radiateur. Différentes méthodes de dissipation thermique correspondent à différentes valeurs de résistance thermique, qui à leur tour affectent l’augmentation de la température. Par exemple, la valeur RθJA diminuera lors d'un refroidissement à air forcé et l'augmentation de la température diminuera en conséquence.

7. Marge de sécurité contre l'augmentation de la température dans les applications pratiques

Afin de garantir le fonctionnement fiable de la résistance, une marge de sécurité doit être laissée dans la conception. Habituellement, la température de jonction maximale de la résistance est spécifiée par le fabricant et l'augmentation de la température de conception doit être contrôlée entre 70 et 80 % de cette plage. Une élévation excessive de la température accélérera le vieillissement de la résistance, voire la grillera.

8. Étude de cas du calcul de l'élévation de température

Par exemple : une résistance de 5 Ω, le courant est de 2 A, la température ambiante est de 25 ℃, la résistance thermique est de 40 ℃/W.

Puissance calculée : P = I² × R = 2² × 5 = 20W

Calculer l'augmentation de température : ΔT = P × RθJA = 20 × 40 = 800℃

Température de jonction : T_j = 25 + 800 = 825°C, ce qui est évidemment au-delà de la plage de sécurité et doit être optimisé.

9. Méthodes courantes pour optimiser l'échauffement des résistances de puissance

Choisissez des appareils résistifs avec une résistance thermique plus faible

Augmentez la surface de refroidissement ou utilisez un radiateur

Utiliser le refroidissement par air ou par liquide pour améliorer la dissipation thermique

Réduisez la puissance de la résistance ou utilisez plusieurs résistances pour partager la charge.

Le calcul de l’échauffement des résistances de puissance est un maillon incontournable en conception électronique. En comprenant la formule de calcul de l'élévation de température ΔT = P × RθJA et les paramètres associés, vous pouvez évaluer efficacement les performances thermiques de la résistance pendant le fonctionnement et éviter les dommages causés par une élévation excessive de la température. Une sélection raisonnable de composants et de solutions de dissipation thermique basée sur l'environnement d'application réel et les conditions de dissipation thermique est la clé pour garantir un fonctionnement stable du circuit et prolonger la durée de vie de l'équipement. J'espère que l'explication détaillée de cet article pourra fournir une référence précieuse pour votre conception.