Тепловое моделирование толстопленочного чип-резистора 0805

Недавно я столкнулся с вопросом, какую пиковую/импульсную мощность может выдержать стандартный толстопленочный резистор 0805.

Справочная информация: Мы разрабатываем двунаправленный преобразователь постоянного тока мощностью 2 кВт. Первичная сторона питается от 3-фазного генератора/двигателя (выпрямленного и сглаженного) с напряжением 180 В постоянного тока, вторичная сторона подключена к батарее 28 В. Генератор/двигатель крепится к приводному валу двигателя внутреннего сгорания. Есть два режима работы:

  1. Двигатель внутреннего сгорания выключен, питание подается от аккумулятора и увеличивается для запуска двигателя внутреннего сгорания с использованием генератора в качестве двигателя.
  2. Двигатель внутреннего сгорания работает и приводит в действие генератор, питание поступает от генератора и используется для зарядки аккумулятора (и питания некоторых других компонентов).

На вторичной стороне (аккумулятор 28 В) реализован выходной LC-фильтр с параллельной RC-цепью демпфирования для резонансной частоты фильтра (см. рисунок ниже).

выходной фильтр

Постановка проблемы: когда батарея впервые подключается к вторичной обмотке, демпфирующий резистор должен выдерживать большой импульс тока для зарядки конденсатора 120 мк. Сначала мы использовали стандартный резистор 0805, но во время проверки мощность этого резистора была поставлена ​​под сомнение. Конечно, есть резисторы, для которых указанная мощность импульса указана в их спецификациях, но мне было любопытно, с чем может справиться стандартная толстая пленка, а не просто ударить по ней какими-то большими резисторами. Также конструкция очень ограничена по физическому объему и весу, поэтому хочется найти оптимальное решение проблемы. Вот почему я попытался построить тепловую модель толстопленочного резистора 0805 в LTSpice.

Модель: тепловая мощность в толстопленочном резисторе естественным образом генерируется в резистивном элементе (резистивная пленка). Пленка крепится к подложке с определенным термическим сопротивлением. Пленка также имеет удельную теплоемкость, как и подложка. Я нашел этот документ (таблица 1, стр. 6), в котором говорится, что тепловое сопротивление между пленкой и подложкой резистора 0805 составляет приблизительно 38°C/Вт. Также я нашел в этом документе, что пленка имеет толщину 10 мкм и может быть изготовлена, например, из. серебро или палладий. Изобарная объемная теплоемкостьсеребра составляет 2,44 Дж см-3 К-1. Площадь основания резистора 0805 составляет 2 мм x 1,25 мм. Объем толстой пленки в лучшем случае составляет 2 мм x 1,25 мм x 10 мкм = 0,000025 см³, поэтому теплоемкость пленки составляет 0,061 мДж/К, а теплоемкость алюминиевой подложки примерно 1,5 мДж/К соответственно.

Учитывая вышесказанное, я придумал симуляцию LTSpice, которая находится здесь, в Dropbox.

Вопрос/Результаты: Согласно моделированию Spice, пленка резистора будет иметь пик ~670°C, что в основном зависит от теплоемкости пленки, поскольку тепловое сопротивление подложки слишком велико. Я также сделал лабораторную тестовую установку, в результате которой треснул чип-резистор 0805.

Мои вопросы:

  1. Приемлем ли подход модели или я допустил какие-то фундаментальные ошибки?
  2. Я не смог найти информацию о максимальной температуре, которую может достигать пленка (в таблицах данных нет различий между температурами пленки, подложки и выводов, как, например, в ИС, где вы можете найти температуры перехода, корпуса и т. д.)
  3. Это вообще стоит учитывать или вы обычно просто берете еще несколько резисторов и не тратите время, как это сделал я?

заранее спасибо

Ответы (1)

Кремний имеет теплоемкость (удельную теплоемкость) 1,6 пикоДжоуля на кубический микрон на градус Цельсия. Предположим, что весь резистор состоит из кремния/керамики/глины. Введите тепловой импульс и вычислите повышение.

В вопросе сказано, что пленка серебристая или аналогичная поверх алюминиевой подложки. Кремний не является вероятным выбором для чип-резистора.
Я больше беспокоюсь о том, что моя цепочка мыслей неверна в целом, чем о том, что я ошибаюсь в материальных характеристиках. Поправьте меня, если я ошибаюсь, но я думаю, что неправильно не обрабатывать пленку и подложку отдельно и не пренебрегать соединяющим их тепловым сопротивлением. Потому что, если я предположу, что весь резистор состоит из твердого алюминия, повышение температуры будет всего ~ 20 ° C, что, я думаю, не может быть правильным, потому что в моем тесте резистор треснул, что маловероятно, если повышение температуры составляет всего 20 ° C.
Материал «глинозем» представляет собой керамическое изоляционное вещество. Часто используется в качестве основы для создания гибридов.