专栏名称: 面包板社区

面包板社区——中国第一电子人社交平台面包板社区是Aspencore旗下媒体，整合了电子工程专辑、电子技术设计、国际电子商情丰富资源。社区包括论坛、博客、问答，拥有超过250万注册用户，加入面包板社区，从菜鸟变大神，打造您的电子人脉社交圈！

如何测量电阻器的脉冲功率？

面包板社区 · 公众号 · · 2024-05-24 20:00

正文

电阻器的脉冲功率

电阻器可以承受比额定功率高的脉冲功率。脉冲功率的大小跟脉冲特性、散热条件以及电阻器结构和材料特性有关。

脉冲的形状和持续时间决定其能量大小。流过电阻器的电流会产生热，热作用在电阻材料上使材料温度升高。如果温度过高，材料会损坏，表现为电阻值变化，甚至断开。热的传递需要时间。这个时间通常以热阻-热容的组合来体现，这一点我觉得类似于电路时间常数。

脉冲有幅值（高度）、持续时间（宽度）、波形和周期四个基本要素，逐一说明。

1. 幅值（高度）

一般规定电压幅值，这样做比较容易测量。根据欧姆定律，电压幅值也可以反映电流幅值。

2. 持续时间（宽度）

短脉冲是指宽度比散热时间短的脉冲。这种情况下，可以把电阻器视为绝热的——脉冲所产生的热都在电阻材料之内来不及耗散，而温度变化小到可以忽略。此时电阻器可以承受较高的脉冲能量，能量大小只与材料强度有关，

长脉冲则不同，脉冲宽度比散热时间长，也就说脉冲还没结束，热已经使电阻器升温，一边承受脉冲一边在升温。此时，电阻器可安全承受的脉冲能量，不但受限于电阻材料的强度，也跟电阻器散热条件有关。脉冲持续越久，电阻器能安全承受的脉冲功率就越接近额定功率（P70）。

3. 波形

脉冲波形可以粗略分为矩形、三角形和指数形三大类，三者区别是波形前后边沿的形状。可以根据工程近似的方法，把三角形和指数型的脉冲用矩形来表示。

对于短脉冲，重点关注脉冲的电压幅值，不可超过电阻器允许的范围。IEC 60115-1/GBT 5729 4.27 定义的浪涌脉冲波形为 1.2/50us 和 10/700或1000us 两种。

在2020版的IEC 60115-1标准中，增加了对ESD脉冲（HBM）的要求，经仔细比对，和 ANSI/ESDA/JEDEC JS-001标准是相同的。

4. 周期

周期是脉冲的间隔时间。根据周期和脉冲宽度的比，可以定义所谓单次脉冲和连续脉冲。

单次脉冲是指周期比较长，在下一个脉冲来临之前，上一个脉冲产生的热量已经耗散干净，电阻器的温度已经复原的情况。IEC 60115-1,4.27 定义的测量方法指出：1.2/50us 形状的短脉冲，周期不应小于10s；10/700us 形状的短脉冲，周期不应小于60s；

连续脉冲正相反，下一个脉冲到来时，上一个脉冲的热量并未彻底耗散，电阻器的温度并未复原。这时电阻器会在较高温度达成热平衡，与散热条件（非线性）密切相关。

Ref
IEC 60115-1:2020 Fixed Resistors For Use in Electronic Equipment - Part 1: Generic Specification

电阻器脉冲功率的测量方法

单次脉冲

根据 IEC 60115-1:2020 8.2，单脉冲测试时，对于 1.2/50us 短脉冲，施加电压是极限电压的10~20倍；如果是 10/700us 或 10/1000us 短脉冲，施加电压是额定电压的10~50 倍。

对于EN 140401-802定义的SMD电阻器，合格判定条件：阻值变化不大于 +-1% + 50mOhm。

连续脉冲

根据 IEC 60115-1:2020 8.3，通常的测试条件定义为 100/2500us 脉冲、频率400Hz、施加电压是额定电压 5 倍、施加功率为额定功率，共持续 100h。

对于EN 140401-802定义的SMD电阻器，合格判定条件：阻值变化不大于 +-1% + 50mOhm。

ESD脉冲（HBM）

测试方法为 JS-001。

对于EN 140401-802定义的SMD电阻器，合格判定条件：阻值变化不大于 +-1% + 50mOhm。

Ref
IEC 60115-1:2020 Fixed Resistors For Use in Electronic Equipment - Part 1: Generic Specification
EN 140401-802:2007 + A3:2017 Detailed specification: Fixed low power film SMD resistors - Rectangular - Stability classes 1;2

如何计算电阻器的脉冲功率是不是超标

先说结论：

膜工艺电阻器，脉冲功率承受能力从差到好的次序是厚膜电阻 < 薄膜电阻 < 碳膜电阻。

结构角度，矩形片式电阻器 < MELF

电阻器在脉冲负载条件可靠工作，要同时满足 3 个条件。

1. 单个脉冲，看峰值电压，不能超过电阻器的极限电压。
2. 连续脉冲，一看平均功率，不能超过电阻器的额定功率 P70；二看峰值电压，不能超过电阻器的极限电压。
3. 承受连续脉冲的阻值较大的电阻器，脉冲电压的幅值不可超过电阻器的额定电压。

本篇仅针对厚膜工艺的SMD、矩形电阻器。电阻器种类繁多，当下以矩形SMD电阻器最为常见，其中厚膜电阻器因为价格较低廉，在消费类产品中被大量采用。下文所称电阻器如果没有特别注明，默认都是指厚膜SMD矩形电阻器。

参数校核的时候，先测量电阻器两端脉冲电压的波形，再将其工程化近似处理成矩形波，然后做判定。

情况1 连续脉冲

连续脉冲的平均功率不可超过额定功率 P70。

下面是一个计算矩形波脉冲的平均功率 Prec 的例子，左边是电阻两端有交流脉冲的情况，右边是直流脉冲情况。

（图来自Ref 1）

其它波形，可以用工程近似的方法转换成矩形波。下面是 4 种常见情况：指数衰减，正弦，三角波和振铃。

（图来自Ref 2）

然后是校核脉冲峰值电压，不应该超过电阻器的极限电压。

情况2 单脉冲

闪电、ESD放电会形成单脉冲。这种脉冲的特点是独来独往，和脉冲宽度相比，两次脉冲间隔的时间很长，比如1:1000，差3个数量级。

这种脉冲有一些比较标准的波形，所以功率测算可以直接根据标准波形积分计算。

Ref
1. Chris Marten Kaatz and Ove Hach. Doc 28810. Pulse Load Handling for Fixed Linear Resistors. Vishay. 2023
2. Surface Mound Resistors Technical Guide, Ver.3. Panasonic. 2019
3. Joachim von der Ohe. Doc 28870. Pulse Load on SMD Resistors: At the Limit. Vishay. 2013
4. 12 Things to know about resistors in pulse load applications. Vishay. 2024

附录：

额定功耗 / Rated Dissipation

根据 IEC 60115-1/GB 5729 的定义，额定功耗是指在 70摄氏度环境温度下进行耐久性试验，试验结束时，阻值变化不超过试验允许偏差范围所允许的最大功耗。有时也称为 P70。

上面这个定义没有给出具体的耐久性试验时间和允许的偏差范围。这两个参数可以引用另外一个标准—— EN 140401-801。对于一般电阻器，耐久性试验时长为 1000 小时（约42天），阻值允许偏差范围与其稳定性等级一致。“一般”在这里是指热稳定性在2级和1级的电阻器。

额定电压 / Rated Voltage

额定电压是一个计算值。根据 IEC 60115-1/GB 5729 的定义，额定电压是用标称电阻值和额定功耗乘积的平方根计算出的直流电压（交流电压的有效值）。

极限电压 / Limiting Element Voltage

根据 IEC 60115-1/GB 5729 的定义，极限电压是可以连续施加在电阻元件两个引线上的最大直流电压（交流电压取有效值）。

极限电压是一个测量值，取决于电阻器的尺寸和制造工艺。对此我是从电介质物理角度定性理解的，当电阻器的材料和结构确定后，因为不同部位介电能力的差异性，当在引线施加电压时，就可能出现介质击穿、导致电阻器参数偏移的情况。

实际电阻器能承受的最大工作电压，是额定电压和元件极限电压之中较小的那个。

END

电路图集

入门基础

元器件

如何测量电阻器的脉冲功率？

正文

请到「今天看啥」查看全文