Thermische Modellierung eines 0805-Dickschicht-Chip-Widerstands

Ich wurde kürzlich mit der Frage konfrontiert, welche Spitzen-/Pulsleistung ein Standard-0805-Dickschichtwiderstand aushalten kann.

Hintergrund: Wir entwerfen einen bidirektionalen 2-kW-DCDC-Wandler. Die Primärseite wird von einem 3-phasigen Generator/Motor (gleichgerichtet und geglättet) mit 180V DC gespeist, die Sekundärseite ist an eine 28V Batterie angeschlossen. Der Generator/Motor ist an der Antriebswelle eines Verbrennungsmotors befestigt. Es gibt zwei Betriebsmodi:

1. Bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor wird Strom aus der Batterie entnommen und hochgestuft, um den Verbrennungsmotor zu starten, indem der Generator als Motor verwendet wird.
2. Der Verbrennungsmotor läuft und treibt den Generator an à Strom wird vom Generator entnommen und zum Laden der Batterie (und zur Versorgung einiger anderer Dinge) verwendet

Auf der Sekundärseite (28V-Batterie) ist ein LC-Ausgangsfilter mit paralleler RC-Dämpfungsschaltung für die Filterresonanzfrequenz implementiert (siehe Abbildung unten).

Problemstellung: Wenn die Batterie zum ersten Mal an die Sekundärseite angeschlossen wird, muss der Dämpfungswiderstand einen großen Stromimpuls verarbeiten, um den 120-µ-Kondensator aufzuladen. Zuerst verwendeten wir einen Standard-0805-Widerstand, aber während der Überprüfung wurde die Leistungsfähigkeit dieses Widerstands in Frage gestellt. Natürlich gibt es Widerstände, die in ihren Datenblättern angegebene Impulsleistungsfähigkeiten haben, aber ich war neugierig, was ein Standard-Dickfilm bewältigen kann, und schlage ihn nicht nur mit einigen großen Widerständen. Das Design ist auch in Bezug auf physisches Volumen und Gewicht sehr begrenzt, daher möchte ich die beste Lösung für das Problem finden. Deshalb habe ich versucht, ein thermisches Modell eines 0805-Dickschichtwiderstands in LTSpice zu erstellen.

Das Modell: Die Wärmeleistung in einem Dickschichtwiderstand wird auf natürliche Weise im Widerstandselement (dem Widerstandsfilm) erzeugt. Die Folie wird mit einem bestimmten thermischen Widerstand auf dem Substrat befestigt. Die Folie hat ebenso wie das Substrat eine spezifische Wärmekapazität. Ich habe dieses Dokument (Tabelle 1, Seite 6) gefunden, in dem angegeben ist, dass der Wärmewiderstand zwischen Film und Substrat eines 0805-Widerstands ungefähr 38 ° C / W beträgt. Außerdem fand ich in diesem Dokument, dass der Film 10 µm dick ist und z. Silber oder Palladium. Die isobare volumetrische Wärmekapazitätvon Silber beträgt 2,44 J cm-3 K-1. Die Grundfläche eines 0805-Widerstands beträgt 2 mm x 1,25 mm. Das Volumen der Dickschicht beträgt im besten Fall 2mm x 1,25mm x 10µm = 0,000025cm³ à somit beträgt die Wärmekapazität der Folie 0,061mJ/K bzw. die Wärmekapazität des Aluminiumsubstrates ca. 1,5mJ/K.

In Anbetracht des oben Gesagten habe ich mir die LTSpice-Simulation ausgedacht, die Simulation ist hier auf Dropbox

Frage/Ergebnisse: Laut der Spice-Simulation wird der Widerstandsfilm bei ~670°C seinen Höhepunkt erreichen, was hauptsächlich von der Wärmekapazität des Films abhängt, da der Wärmewiderstand zum Substrat zu groß ist. Ich habe auch einen Labortestaufbau gemacht, der zu einem gebrochenen 0805-Chip-Widerstand führte.

Meine Fragen sind:

1. Ist der Ansatz des Modells akzeptabel oder habe ich grundlegende Fehler gemacht?
2. Ich konnte keine Informationen über die maximale Temperatur finden, die der Film erreichen darf (Datenblätter unterscheiden sich nicht zwischen Film-, Substrat- und Anschlusstemperaturen wie z. B. bei ICs, wo Sie Sperrschicht- und Gehäusetemperaturen usw. finden können).
3. Ist das generell eine Überlegung wert oder nimmt man normalerweise einfach ein paar Widerstände mehr und verschwendet keine Zeit wie ich?

Vielen Dank im Voraus