AEC-Q200車用額定功率電阻

繞線電阻額定功率通常為持續功率，不足以支持電動汽車應用。典型應用是大電容預充電和放電，通常稱為“軟啟動”。這種情況下，電阻的脈沖處理能力也非常重要。結合理論基礎與熱性能有限元模擬，可以確定較長脈沖持續時間內的這種能力。所得具體結果便于快速評估不斷變化的客戶需求，提供合適的電阻。

1、繞線電阻容許脈沖負載

繞線功率電阻一般根據持續功率確定額定功率。然而，由于（電阻成分）用量多且熱容量高，電阻成分和繞線僅在中等溫升過程中即可吸收大量能量。因此，繞線功率電阻是脈沖負載應用的理想選擇。

2、額定脈沖負載能力很重要

由于頻率和電壓轉換器的廣泛使用，額定脈沖負載能力變得越來越重要。脈沖負載能力通常只按一次脈沖的一定功率或能量和持續時間象征性來規定。列出幾個脈沖振幅和持續時間規定脈沖負載能力的情況極為少見。如果電阻所受脈沖沖擊持續時間不在數據表顯示的范圍內，且超出絕熱邊界條件的范圍，則很難計算最大允許脈沖負載。而理論基礎結合有限元模擬，可以計算出電阻在幾乎無限脈沖持續間隔下的功耗，即從非常短的脈沖到持續脈沖的熱性能。

3、電動汽車需要脈沖負載能力

電動汽車需要高脈沖負載高，限制電容器充放電電流是繞線電阻在電動汽車領域中的典型應用。為了保持生產工藝盡可能簡單，首選方法是將所有電子器件焊接到PCB上，而不使用“外部”電阻。這種情況下，可將若干小的繞線功率電阻直接焊到PCB上，取代單個大的繞線功率電阻。

4、脈沖負載產生熱量

根據電阻散熱便能夠評估電脈沖負載的影響。一種有效方法是假定牛頓冷卻定律成立，即溫變率與熱電阻及其冷卻封裝材料的溫差成正比，后者溫度是恒定的。在水泥型繞線電阻的情況下（如AC-AT系列），封裝材料是繞線四周的水泥。不過，以下論證也可用于漆包或繞線電阻。

5、絕熱邊界條件下的脈沖負載

假定牛頓冷卻定律成立，因此繞線或電阻成分瞬時溫變與最大溫度成正比，可得出描述繞線和電阻溫度隨時間變化的指數函數。

圖1：R=47Ω瓷芯AC05-AT（藍曲線）和電阻線（紅曲線）脈沖負載限制。兩條曲線通常組合在一起：組合1（黑曲線）低估允許的過載（藍點）；組合2（綠線）高估所示扭折處脈沖負載極限（約0.05秒）

圖1中，藍線和紅線分別顯示瓷芯AC05-AT 47Ω電阻及其繞線各自的脈沖負載極限。整個電阻最大脈沖負載能力通常是兩條曲線的簡單組合。一種方法是牛頓冷卻型指數函數，圖1中組合1，它遠低于5秒標稱功率規定的過載額定值10倍，因此低估了這一脈沖持續時間的脈沖負載能力。另一種方法，圖1中組合2，高估了所示扭折處（約0.05秒處）脈沖負載能力，因為計算繞線溫度極限時未考慮瓷芯的熱量。

6、脈沖負載FE模擬

利用有限元（FE）模擬，通過分析電阻器內的熱流和溫度分布，很容易看出整個AC05-AT電阻在脈動電負載下緩慢變熱。電阻線在脈沖過程中升溫，然后冷卻。電阻其他部分被熱脈沖加熱的速度也延慢了。脈沖負載持續時間在有限元模擬中并不重要，只要邊界條件得當。因此，從繞線（ms范圍）到電阻近乎連續負載（100s范圍）絕熱的角度看，幾乎可以模擬電阻和繞線任何脈沖持續時間內的溫度。從而可根據繞線規定的最大允許溫度來確定允許的最大電脈沖負載。

7、延伸歸納

通過延伸繞線熱擴散特征時間，可以歸納多個脈沖持續時間的有限元模擬結果，從而確定修正系數，結合指數函數，根據牛頓冷卻定律給出溫度。

8、非絕熱邊界條件下的脈沖負載

上述修正系數可從繞線角度計算非絕熱邊界條件下的脈沖負載極限（圖2）。不過，未涵蓋長脈沖持續期間整個電阻的脈沖負載極限。但是，如果把整個電阻熱擴散特征時間延伸較長脈沖持續時間，則非絕熱極限曲線可以涵蓋連續負載極限曲線（圖2）。

圖2：從繞線角度看非絕熱邊界條件下最大允許脈沖負載（藍曲線），根據相應熱擴散特征時間進行校正（紅曲線）。常見極限曲線很大程度上低估脈沖持續時間的脈沖負載能力，圖中所示從0.1 秒到10秒不等，供參考（黑虛線）。

9、用于其他阻值和電阻

通過適當延伸，可以歸納特定電阻（本文為AC05-AT，47Ω）熱狀態的有限元模擬結果。這樣，所得結果不僅可以用于所有阻值（繞線配置）的AC05-AT，而且可以應用于所有其他AC-AT類型的電阻，因為它們的結構相似。

這種方法甚至可以用于所有其他相似類型的電阻，如G200系列，無需額外的FE模擬，因此效率極高。對于客戶的好處是能夠及時準確地解決脈沖負載能力的問題。