125-mW-Widerstand, der in einem professionellen Sicherheitssystem einer Verlustleistung von 600 mW ausgesetzt ist

Das folgende Schema zeigt die Eingangsschaltung einer Signalisierungsplatine, die wir von einem unserer Lieferanten von Brandmeldesystemen kaufen. Diese PCB muss in eine sogenannte geografische Evakuierungstafel eingebaut werden, die es Feuerwehrleuten ermöglicht zu sehen, in welcher Zone eines Gebäudes ein Feuer ausgebrochen ist, und die als solche Teil eines Sicherheitssystems ist.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Die gezeigte LED ist eigentlich die IR-LED eines Optokopplers (wird aus Gründen der Gleichtaktunterdrückung benötigt). Jede Brandmeldezone hat einen solchen Eingang. Die Ausgänge des Optokopplers werden in eine Atmel MCU eingespeist, wo sie verarbeitet werden, um bestimmte LEDs auf einem Grundriss des Gebäudes zum Leuchten zu bringen. Wenn keine Eingangssignale vorhanden sind, setzt die MCU alle LEDs auf dem Bedienfeld zurück.

Der 820-Ohm-Widerstand ist ein SMD-Typ, und aufgrund seiner Abmessungen schätze ich, dass er das Paket 0805 ist und als solches für 125 mW ausgelegt ist. Die Dokumentation unseres Lieferanten behauptet, dass der Eingangsspannungsbereich von 2,2 bis 24 V reicht. Dies ist beabsichtigt, um viele Marken von Brandmeldecomputern zu unterstützen. Nicht alle, aber eine Reihe von Systemen geben tatsächlich 24 V aus. Nach meinen eigenen Berechnungen verbraucht der Widerstand etwa 600 mW bei 24 V Eingang, wobei eine Gesamtdurchlassspannung von 1,9 V für Diode und LED angenommen wird. Das Anlegen von 24 V am Eingang für nur 5 Sekunden führt dazu, dass sich der Widerstand so stark erwärmt, dass Sie ihn nicht berühren können. An diesem Punkt beträgt der Eingangsstrom etwa 26 mA. Da ich mit SMD-Komponenten nicht sehr erfahren bin und seit vielen Jahren keine Elektronik mehr habe, muss ich wissen, ob die Gefahr besteht, dass der Widerstand durchbrennt.

Der Moment, in dem die Feuerwehr das Panel in Augenschein nehmen kann, ist im Durchschnitt die erste Erkennung + 15 Minuten. Dies bedeutet, dass die Widerstände in den aktivierten Eingängen in dicht besiedelten Gebieten für mindestens 15 Minuten diesen Bedingungen ausgesetzt werden. In ländlichen Gebieten mit weniger Feuerwehrpersonal kann dies sogar noch länger dauern.

Autorisierte Antworten oder Links zu ihnen werden sehr geschätzt.

Bild eines geografischen Panels:

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Bild Platine mit Eingangsschaltung:

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Es gibt acht identische Eingangskreise. Ich habe den Text "820 Ohm" unter einem der Widerstände hinzugefügt. Links von diesem Widerstand befindet sich die Diode, darüber und links der Optokoppler. Es ist ein 4-poliges Gerät mit SMD-Code 824.

Sehr nahe Ansicht des fraglichen Widerstands:

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Sprechen Sie Ihre Bedenken beim Lieferanten an – sie klingen begründet.
Bitte posten Sie ein Foto der Platine (ihr Bereich, in dem sich dieser Schaltkreis befindet) und stellen Sie sicher, dass die Versorgungsspannung DC oder AC ist. Schaltplan des Gerätes am besten teilen.
Ich habe ein Bild der Platine hinzugefügt. Ich habe keinen vollständigen Schaltplan, da es sich um einen Drittanbieter handelt. Ich habe nur die Eingangsschaltung rückentwickelt. Die Versorgungsspannung beträgt 10-30 V DC, aber dieses Detail ist höchst irrelevant, da es von den Eingängen galvanisch getrennt ist. Meine Frage bezieht sich auf die Verlustleistung im Widerstand. Und die Eingangsspannung von 2,2 - 24 V ist DC. Beachten Sie, dass die serielle Reihenfolge der Komponenten auf der Leiterplatte nicht genau die gleiche ist wie in meinem Schaltplan, auch dies ist nicht wirklich relevant.
@Anonym, ich habe gerade den Grund für Ihre Frage zur Stromversorgung erkannt. Die Stromquelle in meinem Diagramm modelliert tatsächlich den Ausgang des Brandmeldesystems, nicht die Stromversorgung der Platine.
Wahrscheinlich hat die eigentliche DC-Signalquelle einen viel höheren Serienwiderstand.
@luchador: Dies sollte in den Spezifikationen des Geräts erwähnt werden. Es ist nicht. Auch hier muss es verschiedene Hersteller von Ausgabegeräten unterstützen. Einige haben Open-Collector-Ausgänge, andere geben Spannungen mit niedriger Impedanz aus.
@Andy aka: Natürlich werden wir unsere Bedenken äußern, aber wir brauchen ein paar gute Argumente, die sie nicht von Hand abtun können.
Nun, diese Seite kann nur Kommentare zu dem abgeben, was Sie gesagt haben, also würde ich mich mit Rechtsanwälten beraten, wenn Sie immer noch besorgt sind, und vielleicht einen Test durchführen und die wahre Spannung und den wahren Strom über den Widerstand messen.
Ich habe vergessen, dieses Detail aufzunehmen, der mit 24-V-Eingang gemessene Strom betrug 26 mA.
Wenn alles andere fehlschlägt, können Sie immer noch eine schriftliche Bestätigung anfordern, dass die betreffenden Teile (SMD-Widerstand) auch mit 24-V-Eingang innerhalb ihrer Spezifikationen betrieben werden.
Können Sie den Widerstandswert messen oder uns eine unverschwommene Nahaufnahme dieses Bereichs der Platine liefern?
Es ist erwähnenswert, dass, während ein 0805 normalerweise 0,125 W hat, Geräte mit höherer Wattzahl verfügbar sind, bis zu 0,5 W aus meinen Recherchen.
Warum messen Sie nicht die Spannung über dem Widerstand, wie Olin vorschlägt? Dadurch entfällt das Rätselraten über die Verlustleistung. Eine andere Sache, die Sie überprüfen sollten, ist die genaue Marke und der Typ des Widerstands, obwohl dies ohne Hilfe des Herstellers schwierig zu bestimmen sein könnte. Es gibt bestimmte Arten von 0805-Widerständen, die für eine höhere Leistung ausgelegt sind (siehe beispielsweise dieses Datenblatt für die PCAN-Serie von Vishay Dale, das eine Nennleistung von 1 W für die 0805-Typen auflistet), und es ist möglich, wenn auch unwahrscheinlich, dass der Hersteller einige davon angegeben hat diese.
Bist du sicher, dass die Diode in Reihe ist? Es ist üblich, eine Diode antiparallel zur IR-LED zu haben, um sie gegen Sperrspannung von ESD zu schützen.
Bin neugierig, warum die Diode der D1-Serie in dieser Schaltung ist. Sind Sie sicher, dass die Quelle 24 V DC ist? Könnte es 24V AC sein?. Wenn es sich um Wechselstrom handelt, liegt der Widerstand möglicherweise viel näher an seiner Nennverlustleistung.
Was sind die dreipoligen Geräte? Ist es möglich, dass Vcc heruntergeregelt wird?
@ScottSeidman - die 3-poligen Geräte befinden sich auf der anderen Seite der Optos von den fraglichen Widerständen
Wenn Sie nach etwas suchen, das für die Rückmeldung an den Lieferanten maßgeblich sein kann: Betreiben Sie das Teil kontinuierlich bei der maximal angegebenen Versorgungsspannung bei der maximal angegebenen Umgebungstemperatur für mehr als 24 Stunden (oder wie lange es angegeben ist). Notieren Sie, wann/falls es fehlschlägt. Stellen Sie dem Lieferanten diese Informationen (zusammen mit der durchgebrannten Platine) als endgültigen Beweis dafür zur Verfügung, dass sie ausfällt. Beachten Sie, dass dies nur dann endgültig ist, wenn es tatsächlich fehlschlägt.

Antworten (4)

Aus den von Ihnen bereitgestellten Daten scheint dies tatsächlich ein schlechtes Design zu sein. Ich bekomme auch ungefähr 600 mW Verlustleistung in R1 in der Schaltung, die Sie zeigen.

Die Tatsache, dass der Widerstand wirklich heiß wird, ist ein direkter Beweis dafür, dass er für seine Größe eine erhebliche Leistung verbraucht, aber nicht unbedingt zu viel. Widerstände können bei Temperaturen, bei denen Sie sich die Finger verbrennen würden, auf unbestimmte Zeit ohne Schaden betrieben werden. Ein Fingertest sagt Ihnen nicht wirklich, ob es gerade innerhalb der Grenze oder darüber dissipiert.

Eine Möglichkeit ist, dass die Schaltung nicht so ist, wie Sie zeigen. Vielleicht gibt es noch etwas anderes, das von der Außenseite des Boards nicht leicht sichtbar ist. Ein guter Test wäre, die tatsächliche Spannung über dem Widerstand zu messen. Zusammen mit dem Etikett auf dem Widerstand erhalten Sie eine endgültige Antwort darauf, wie viel Leistung er abführt.

Beachten Sie, dass 0805-Widerstände mit 3 oder 4 Ziffern gekennzeichnet sind. Dies ist ein Fließkommaformat, bei dem die letzte Ziffer der Exponent von 10 und die vorhergehenden Ziffern die Mantisse sind. Ein 5 % 820 Ω Widerstand wird mit „821“ bezeichnet, was 82 x 10 1 = 820 bedeutet.

Die Verlustleistung eines Widerstands ist das Quadrat der an ihm anliegenden Spannung dividiert durch den Widerstand. In gemeinsamen Einheiten

W = v 2 Ω

Daher ist die Spannung, die eine bestimmte Verlustleistung verursacht

v = W ⋅ Ω

Bei 125 mW hat man einen 820 Ω Widerstand

v = 125 m W ⋅ 820 Ω = 10.12 v

gegenüber von.

Wenn der Widerstand wirklich 820 Ω hat, wirklich nur gut für 125 mW ist und mehr als 10 V hat, dann ist das ja ein fehlerhaftes Design. Nach den Daten, die Sie uns gegeben haben, scheinen diese Prämissen wahr zu sein.

Wenn sich herausstellt, dass der Widerstand wirklich überlastet ist, ist das Gerät wahrscheinlich ursprünglich für eine niedrigere Spannung ausgelegt. Jemand hat erkannt, dass ihm zu viel vom Markt entgeht, weil er keine höhere Spannung unterstützt. Wer das in der Technik überprüfen sollte, hat es entweder nicht getan, war generell inkompetent oder hat es einfach übersehen.

Warum das so ist, ist dir natürlich egal. Sie müssen dieses System unbedingt ablehnen. Derzeit ist es nur ein anderes Unternehmen, das ein schlechtes Produkt auf den Markt bringt. Wenn Sie das in Ihr System einbauen, bringen Sie ein schlechtes Produkt auf den Markt und tragen die daraus resultierende Haftung, und Ihr Ruf wird dadurch beschädigt.

Obwohl Sie dieses Produkt definitiv nicht verwenden möchten (wiederum vorausgesetzt, dass die Dinge wirklich so sind, wie Sie sagen), ist es sehr unwahrscheinlich, dass das Gerät dadurch Feuer fängt. Solche überlasteten Widerstände brennen normalerweise einfach durch und fallen aus. Es gibt nicht genug brennbares Material, um ein Feuer zu verursachen. Der Widerstand könnte jedoch durchbrennen und sich öffnen, bevor die Feuerwehrleute eintreffen, wodurch sie falsche Informationen darüber erhalten, wo das Feuer ist. Das ist die eigentliche Gefahr dieses Systems. Oder das System könnte die Informationen sperren, bis es manuell zurückgesetzt wird, sodass beim ersten Vorfall keine Symptome auftreten. Jetzt ist dieser Kanal jedoch unterbrochen und reagiert nicht auf zukünftige Brände in dieser Zone. Das ist natürlich auch sehr schlimm.

Führen Sie die Spannungsmessung durch und weisen Sie den Hersteller auf Ihr Anliegen hin. Es könnte sich lohnen, zu hören, was sie zu sagen haben, aber es müsste etwas wirklich Gutes für mich sein, um ihren Produkten jemals wieder zu vertrauen. Denken Sie daran, dass es bei Elektroingenieuren, wie bei jeder großen Gruppe von Menschen, wirklich gute am oberen Ende, die anständige Mehrheit in der Mitte und Inkompetente am unteren Ende gibt. Es gibt sicherlich inkompetent gestaltete Produkte da draußen. Vielleicht haben Sie einen gefunden.

Der SMD-Widerstand hat den Text 8200. Die Recherche dieser Information ergibt einen Wert von 820 Ohm. Eine direkte Messung mit einem Multimeter bestätigt dies. Strommessungen bei unterschiedlichen Eingangsspannungen stimmen mit einem 820-Ohm-Widerstand in Reihe mit einem Optokopplereingang und einer Diode überein. Es scheint keine Komponenten zu geben, die etwas Strom ableiten können. Das Bauteil misst etwa 2 x 1 mm, was darauf hindeutet, dass es sich um ein 0805-Gehäuse handelt. Ich konnte keine Informationen über den Optokoppler finden. Oben steht der Text 624, der auf ISP624 hinweisen könnte, obwohl ich mir da nicht sicher bin.
Dies ist ein Produkt eines zertifizierten Brandmeldeunternehmens in den Niederlanden.
Messen der Spannung über dem Widerstand ist sicherlich eine gute Idee. Der Grund, warum ich das noch nicht getan habe, ist, dass es nicht einfach ist, eine gute Verbindung zu diesen kleinen Komponenten herzustellen. Im Folgetest werde ich das sicher machen lassen.
Die Bezeichnung 8200 deutet auf einen Widerstand von 1 % hin (während die oben erwähnte Bezeichnung 821 auf einen Widerstand von 5 % hindeutet). Im Allgemeinen haben 1-%-Widerstände eine niedrigere Verlustleistungsspezifikation, da sie so ausgelegt sind, dass sie eher einen präzisen Widerstand als eine Verlustleistung liefern.

Nun, Sie raten über viele Dinge, aber Sie scheinen sich sehr sicher zu sein, dass ein 0805-Widerstand, von dem Sie denken, dass er für 125 mW ausgelegt ist.

Es gibt 0805-Widerstände mit einer Nennleistung von 1 W (bei 70 ° C). Natürlich laufen sie sehr heiß, aber dafür sind sie ausgelegt. Bei dem Wert, den Sie haben, sind es eher maximal 500 mW bei 70 ° C. Oder vielleicht niedriger bewertet, aber es würde keinen sichtbaren Unterschied geben.

Ich persönlich würde mich in dieser besonderen Situation nicht wohl fühlen, wenn Teile sogar in der Nähe ihrer gedruckten Spezifikation laufen, aber tatsächlich reagieren oberflächenmontierte Teile sehr empfindlich auf die PCB-Details - aus Tests kann ein sehr kleines Teil viel Strom verbrauchen (ähnlich wie ein viel größeres Teil), wenn es über einer Grundplatte montiert ist. Ein sehr großes Teil auf einer einseitigen Platine mit dünnen Leiterbahnen kann heißer werden als ein 0603-Teil mit dicken Anschlüssen, einer Masseebene usw.

Ich sehe keine Redundanz in dieser Schaltung, daher könnte jede Art von Einzelpunktfehler - das Opto, die Drähte zum Gerät, der Widerstand, die Diode - dazu führen, dass die Signalisierung nicht erkannt wird, sodass dies nicht als sicherheitskritisch behandelt wird Gerätedesign im geringsten.

(Bearbeiten: Ich habe einen Vorschlag - dass Sie bestätigen, dass der Eingang tatsächlich für 24 V DC ausgelegt ist. Die Verlustleistung bei 24 VAC wäre etwa halb so hoch wie bei einem 24 VDC-Eingang. - Okay , Sie haben dies in einem Kommentar behandelt. )

Auf der anderen Seite der Gleichung, wenn die fragliche Spannung von einer Backup-Batteriebank kommt, könnten die „24 VDC“ eher 28 VDC sein, was die Verlustleistung erheblich erhöhen würde – auf mehr als 850 mW. Die Widerstände sind nahe beieinander, so dass sie sich gegenseitig erwärmen.

Besprechen Sie dies mit dem Lieferanten.

Die Bezeichnung 8200 deutet auf einen Widerstand mit einer Toleranz von 1 % hin, der höchstwahrscheinlich keine erhöhte Verlustleistung aufweist.
Verwenden diese Systeme Spannung oder Spannungsfreiheit, um einen Alarm zu signalisieren - in einem Fall wäre ein Ausfall zumindest sofort erkennbar, indem ein buchstäblicher Fehlalarm ausgelöst würde (es sei denn, der brennende Widerstand setzt tatsächlich etwas in Brand) ...
Heh, so funktioniert Alarm Multiplexing auch mit positiver Signalisierung: Wenn ein Feuer erkannt wird, wird ein Strom an die Zentrale gesendet, wodurch die Zentrale in Brand gesetzt wird, sodass Sie nur einen Brandmelder in der Nähe der Zentrale benötigen, der dann den eigentlichen Alarm auslöst.

Typische Allzweck - SMD-Widerstände sind üblicherweise vom Dickschichttyp .

Dieser Widerstandstyp ist nicht für Langzeitüberlastung ausgelegt (in der Tat sind es keine), aber die Wirkung einer thermischen Überbeanspruchung des Teils (durch zu viel Leistung) besteht darin, den Widerstand in der Anfangsphase nach unten zu ändern:

Delta R vs Zeit bei Überlastung

( Quelle )

Bei dieser Art von Schaltung, bei der sich die Durchlassspannung der LED und der Diode bei Stromänderungen nicht wesentlich ändert (bei einer Siliziumdiode sind es 60 mV pro Stromdekade), erhöht dies den Strom in der Schaltung mit nahezu konstanter Spannung über den Widerstand während dieser Zeit, was zu mehr Wärme in dem Teil führt. Dies könnte möglicherweise ein thermisches Durchgehen verursachen .

Ob es durchbrennt oder nicht, ist unbekannt (aber sehr wahrscheinlich, wenn es dieser Art von Überlastung dauerhaft ausgesetzt ist), aber es wird definitiv eine kürzere Lebensdauer als angegeben haben (normalerweise bei 25 ° C angegeben, obwohl einige Lebensdauerwerte bei Nenntemperatur liegen); In der Tat ist das Erhöhen der Temperatur eines Geräts, um absichtlich Ausfälle hervorzurufen, ein gängiger Test für Hersteller, da die Ausfallrate mit steigender Temperatur exponentiell ansteigt.

Dieses Verfahren wird von Herstellern verwendet, um die Lebensdauer von Komponenten mithilfe der Arrhenius-Gleichung in vielen Fällen vorherzusagen, indem sie bei erhöhten Temperaturen absichtlich frühzeitige Ausfälle verursachen. Dies führt zu einer vorhersagbaren Lebensdauer der Komponente unter günstigeren Bedingungen.

Ich stimme Olin voll und ganz zu, dass Sie diese Einheiten ablehnen sollten, da die Zuverlässigkeit der Einheit bei den vom Lieferanten angegebenen Extremspannungen garantiert gering ist, selbst wenn sie die Überlastung überstehen.

Ein korrektes Design lässt niemals eine Überbeanspruchung eines Teils zu, obwohl es Teile gibt, die bewusst so konstruiert sind, dass sie kurzzeitigen Impulsereignissen standhalten und häufig in ESD- und Blitzschutzschaltungen zu finden sind.

[Update] Es ist möglich, wie Supercat kommentiert, dass es sich um einen PTC wie diese Serie handelt

Würde es irgendwelche Arten von Widerständen geben, die der Abbildung ähneln könnten, aber einen moderaten positiven Temperaturkoeffizienten hätten (der den 2x-3x-Nennwiderstand bei einer Temperatur erreicht, die unter der Temperatur liegt, die erforderlich ist, um Schäden zu verursachen)? Ich denke, ein solcher Widerstand könnte für diese Art von Anwendung ideal sein.

Die Schaltung macht nur Sinn, wenn der 820-Ohm-Widerstand ein Strombegrenzungswiderstand ist . Er arbeitet mit dem Kollektorwiderstand der vorherigen Treiberstufe zusammen. Die Kollektorspannung des Treibers kann 24 V betragen, aber wenn sein Kollektorwiderstand 1 kOhm beträgt, beträgt der Strom durch den 820-Widerstand nur etwa 12 mA und die Verlustleistung etwa 118 mW.

Dies zeigt, dass diese Schaltung nicht mit Open-Collector -Eingangstreibern verwendet werden darf!

Es gibt keine "vorherige Fahrstufe". Dies sind Eingänge , die eine Spannung von 2,2 bis 24 V annehmen.
@pe Gibt es Eingänge mit welcher Quellimpedanz? Ist es wirklich nur eine Batterie?
@pipe: Es muss einen "vorherigen" Treiber geben. Auch wenn es nur eine Batterie in Reihe mit einem Sensor ist. Die Impedanz des Sensors funktioniert genauso wie der erwähnte Kollektorwiderstand.
Ja, aber dennoch ist dies so ausgelegt, dass es eine Spannung von bis zu 24 Volt aufnehmen kann, die an seine Eingänge angeschlossen ist. Was auch immer auf der anderen Seite ist, ist irrelevant, und wenn es mit einem unbekannten Quellenwiderstand ausgelegt ist, um die Spannung zu senken, sind es nicht mehr 24 Volt. Die Frage bezieht sich nicht auf das Entwerfen von Treibern für dieses Gerät - die hat er bereits.
Es ist eine "Notlüge", der Eingang ist nicht für 24 V ausgelegt. Wer jemals die Behauptung aufgestellt hat, hat bequemerweise vergessen, die Einschränkungen zu erwähnen. Es wurde wahrscheinlich für 12 V entwickelt, aber um es für mehr Anwendungen zu verwenden, haben sie nur die Spezifikation geändert.
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