ต้องรู้
- ตัวต้านทานกำลังไฟฟ้าใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อกระจายพลังงานโดยการควบคุมกระแสและแรงดันไฟ
- พิกัดกำลังของตัวต้านทานจะกำหนดจำนวนพลังงานที่ตัวต้านทานสามารถจัดการได้อย่างปลอดภัยก่อนที่จะเริ่มได้รับความเสียหายถาวร
- อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ใช้ตัวต้านทานกำลังต่ำ โดยทั่วไปคือ 1/8 วัตต์หรือน้อยกว่า ตัวต้านทานกำลังสูงมีพิกัดที่ 1 วัตต์หรือดีกว่า รวมถึงช่วงกิโลวัตต์
บทความนี้จะอธิบายวิธีการทำงานของตัวต้านทานเหล่านี้และรวมถึงการดูตัวต้านทานประเภทต่างๆ
พื้นฐานตัวต้านทานกำลัง
พลังงานที่กระจายโดยตัวต้านทานสามารถพบได้โดยใช้กฎข้อแรกของจูล (กำลัง=แรงดัน x กระแส) พลังงานที่กระจายไปจะถูกแปลงเป็นความร้อนและเพิ่มอุณหภูมิของตัวต้านทาน อุณหภูมิของตัวต้านทานจะสูงขึ้นเรื่อยๆ จนถึงจุดที่ความร้อนกระจายไปในอากาศ แผงวงจร และสภาพแวดล้อมโดยรอบสร้างสมดุลความร้อนที่สร้างขึ้น
อุปกรณ์อาจต้องใช้ตัวต้านทานกำลังสูงเพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไป ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับกำลังไฟที่ต้องการ การรักษาอุณหภูมิของตัวต้านทานให้ต่ำนั้นจำเป็นต้องจัดการกับกระแสที่มากขึ้นโดยไม่เสื่อมสภาพหรือเสียหาย
การใช้ตัวต้านทานกำลังที่สูงกว่ากำลังและอุณหภูมิที่กำหนดอาจส่งผลให้เกิดผลกระทบร้ายแรง ซึ่งรวมถึงการเปลี่ยนแปลงของค่าความต้านทาน อายุการใช้งานที่ลดลง วงจรเปิด หรือไฟไหม้ทางไฟฟ้า เพื่อหลีกเลี่ยงความล้มเหลวดังกล่าว ตัวต้านทานกำลังมักจะถูกลดระดับตามสภาวะการทำงานที่คาดไว้
ตัวต้านทานกำลังมักจะใหญ่กว่าส่วนประกอบคู่กันขนาดที่เพิ่มขึ้นช่วยกระจายความร้อนและมักใช้เพื่อเป็นทางเลือกในการติดตั้งฮีทซิงค์ ตัวต้านทานกำลังสูงยังมีอยู่ในแพ็คเกจหน่วงไฟเพื่อลดความเสี่ยงของสภาวะความล้มเหลวที่เป็นอันตราย
บรรทัดล่าง
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ใช้ตัวต้านทานกำลังต่ำ โดยทั่วไปคือ 1/8 วัตต์หรือน้อยกว่า อย่างไรก็ตาม การใช้งานต่างๆ เช่น อุปกรณ์จ่ายไฟ เบรกแบบไดนามิก การแปลงกำลัง แอมพลิฟายเออร์ และเครื่องทำความร้อนมักต้องการตัวต้านทานกำลังสูง โดยทั่วไป ตัวต้านทานกำลังสูงจะอยู่ที่ 1 วัตต์หรือมากกว่า บางตัวมีอยู่ในช่วงกิโลวัตต์
ลดแรงต้านทานกำลัง
พิกัดกำลังวัตต์ของตัวต้านทานกำลังถูกระบุที่อุณหภูมิ 25C เมื่ออุณหภูมิของตัวต้านทานกำลังสูงกว่า 25C พลังงานที่ตัวต้านทานสามารถจัดการได้อย่างปลอดภัยจะเริ่มลดลง ในการปรับให้เข้ากับสภาพการทำงานที่คาดไว้ ผู้ผลิตจะจัดทำแผนภูมิลดค่าแผนภูมิลดพิกัดนี้แสดงพลังงานที่ตัวต้านทานสามารถจัดการได้เมื่ออุณหภูมิของตัวต้านทานสูงขึ้น
เนื่องจากอุณหภูมิ 25C เป็นอุณหภูมิห้องทั่วไป และพลังงานใดๆ ที่ตัวต้านทานกำลังไฟฟ้ากระจายไปจะสร้างความร้อน การเรียกใช้ตัวต้านทานกำลังที่ระดับพลังงานที่กำหนดมักจะทำได้ยาก เพื่อพิจารณาผลกระทบของอุณหภูมิในการทำงานของตัวต้านทาน ผู้ผลิตได้จัดทำกราฟลดกำลังไฟฟ้าเพื่อช่วยให้นักออกแบบสามารถปรับตัวเข้ากับข้อจำกัดในโลกแห่งความเป็นจริง เป็นการดีที่สุดที่จะใช้เส้นโค้งลดกำลังไฟฟ้าเป็นแนวทางและอยู่ภายในพื้นที่ปฏิบัติการที่แนะนำ ตัวต้านทานแต่ละประเภทมีเส้นโค้ง derating ที่แตกต่างกันและความคลาดเคลื่อนในการทำงานสูงสุดต่างกัน
ปัจจัยภายนอกหลายประการอาจส่งผลต่อเส้นโค้งการลดกำลังของตัวต้านทาน การเพิ่มการระบายความร้อนด้วยอากาศแบบบังคับ ฮีทซิงค์ หรือการติดตั้งส่วนประกอบที่ดีขึ้นเพื่อช่วยกระจายความร้อนที่เกิดจากตัวต้านทานทำให้สามารถจัดการพลังงานได้มากขึ้นและรักษาอุณหภูมิให้ต่ำลง อย่างไรก็ตาม ปัจจัยอื่นๆ ต่อต้านการระบายความร้อน เช่น เปลือกหุ้มที่รักษาความร้อนที่เกิดขึ้นในสภาพแวดล้อม ส่วนประกอบที่สร้างความร้อนในบริเวณใกล้เคียง และปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม เช่น ความชื้นและระดับความสูง
ประเภทตัวต้านทานกำลังสูง
ตัวต้านทานกำลังแต่ละประเภทมีความสามารถที่แตกต่างกันสำหรับการใช้งานตัวต้านทานที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ตัวต้านทานแบบลวดพันมีหลายรูปแบบ รวมถึงการออกแบบแบบยึดบนพื้นผิว แนวรัศมี แนวแกน และแบบยึดกับโครงเพื่อการกระจายความร้อนที่ดีที่สุด ตัวต้านทานแบบลวดพันแบบไม่เหนี่ยวนำยังมีให้ใช้งานสำหรับการใช้งานที่มีพลังงานพัลส์สูง สำหรับการใช้งานที่มีกำลังสูงมาก เช่น การเบรกแบบไดนามิก ตัวต้านทานลวดนิโครมเหมาะอย่างยิ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อคาดว่าโหลดจะอยู่ที่หลายร้อยหรือหลายพันวัตต์ ตัวต้านทานลวด Nichrome สามารถใช้เป็นองค์ประกอบความร้อนได้
ตัวต้านทานชนิดทั่วไป ได้แก่:
- ตัวต้านทานแบบลวดพัน
- ตัวต้านทานซีเมนต์
- ตัวต้านทานฟิล์ม
- ฟิล์มเมทัล
- คาร์บอนคอมโพสิต
- ลวดนิโครม
ตัวต้านทานชนิดต่างๆ อาจมาในรูปแบบต่างๆ เช่น:
- ตัวต้านทาน DPAK
- ตัวต้านทานแบบติดแชสซี
- ตัวต้านทานเรเดียล (ยืน)
- ตัวต้านทานในแนวแกน
- ตัวต้านทานยึดพื้นผิว
- ตัวต้านทานผ่านรู