Výkon SMD rezistoru – jak ho zjistit?

Stejně jako vývodové rezistory jsou SMD rezistory pro povrchovou montáž navrženy pro konkrétní ztrátový výkon. Ale jak to poznáte?

Ve skutečnosti není určení výkonu SMD rezistoru tak obtížné. Výkon běžných čipových rezistorů, kterých je v moderní elektronice obrovské množství, lze určit na základě jejich velikosti.

Následuje tabulka č. 1, která ukazuje shodu mezi velikostí SMD rezistoru a jeho ztrátovým výkonem. Podotýkám, že tabulka uvádí standardní velikost v palcovém kódovacím systému a skutečné rozměry jsou uvedeny v milimetrech (délka a šířka). To bylo provedeno na základě pohodlí.

Faktem je, že kódovací systém pro standardní velikost čipových rezistorů v palcích je stále nejpoužívanější. Používají ho všichni: výrobci, dodavatelé i obchody. A abychom mohli určit standardní velikost a následně i výkon, musíme změřit délku a šířku rezistoru běžným pravítkem nebo jiným přesnějším přístrojem, jehož měřítko je odstupňované v milimetrech.

Pokud máte po ruce rezistor SMD, jehož výkon chcete znát, pak měřením pomocí běžného pravítka můžete rychle určit jeho standardní velikost a odpovídající ztrátový výkon.

Tabulka č. 1. Soulad mezi výkonem SMD rezistoru a jeho standardní velikostí.

Standardní velikost (palce, palce)	Výkon (Jmenovitý výkon při 70 °C)	Výkon, W.	Délka (L) / šířka (W), mm.
0075	1 / 50W	0,02 W	0,3/0,15
01005	1 / 32W	0,03 W	0,4/0,2
0201	1 / 20W	0,05 W	0,6/0,3
0402	1/16W, 1/8W	0,063 W; 0,125 W	1,0/0,5
0603	1/10W, 1/5W	0,1 W; 0,2 W	1,6/0,8
0805	1/8W, 1/4W	0,125 W; 0,25 W	2,0/1,25
1206	1/4W, 1/2W	0,25 W; 0,5 W	3,2/1,6
1210	1 / 2W	0,5 W	3,2/2,5
1218	1W; 1,5W	1 W; 1,5 W	3,2/4,8
1812	1/2W, 3/4W	0,5 W; 0,75 W	4,5/3,2
2010	3 / 4W	0,75 W	5,0/2,5
2512	1W; 1,5 W; 2W	1 W; 1,5 W; 2 W	6,4/3,2
Výkon SMD rezistorů se širokými elektrodami (zakončovací rezistory na dlouhé straně)
0406	0,25. 0,3 W.	0,25. 0,3 W	1,0/1,6
0612	0,75. 1 W.	0,75. 1 W	1,6/3,2
1020	1W	1 W	2,5/5,0
1218	1W	1 W	3,2/4,6
1225	2W	2 W	3,2/6,4

V tabulce č. 1 jsou dále uvedeny typické výkony pro SMD rezistory s širokými bočními elektrodami (vývody). V dokumentaci se takové rezistory nazývají Long Side Termination Chip Resistors nebo Wide Terminal Chip Resistors.

Upozorňuji na skutečnost, že ve sloupci (Výkon, Výkon při 70°C) je u některých standardních velikostí uvedeno několik hodnot výkonu. Faktem je, že výrobci vyrábějí různé řady odporů SMD. V jedné sérii je výkon rezistorů pro velikost 1206 normalizován na 0,5 W a v jiné na 0,25 W.

Například čipové rezistory řady CRM od společnosti Bourns ® jsou určeny pro zvýšený výkon: CRM 0805 (0,25 W), CRM 1206 (0,5 W), CRM 2010 (1 W). Používají se v pulzních napájecích zdrojích jako proudové senzory, omezovače proudu, tlumiče (snubbery).

Tento stav je třeba vzít v úvahu, pokud se chystáte použít odpor, jehož výkon byl určen na základě jeho rozměrů. V tomto případě se musíte zaměřit na nejnižší hodnotu výkonu převzatou z tabulky č. 1.

Pokud to zanedbáte, může se stát, že narazíte na rezistor s nižším výkonem, např. 0,25W místo 0,5W, a tím již hrozí přehřátí a porucha při práci v reálném zapojení.

Je třeba poznamenat, že informace v tabulce č. 1 se týkají především standardních SMD rezistorů, tedy těch, které se široce a ve velkém množství používají při výrobě elektroniky.

Obvykle se jedná o čipové rezistory s tlustým filmem, protože jsou nejlevnější a proto nejběžnější. Mezi příklady patří standardní tlusté filmové SMD rezistory řady D/CRCW e3 (Vishay ® ), ERJ (Panasonic) nebo RC (Yageo).

Není žádným tajemstvím, že existuje obrovské množství vysoce specializovaných rezistorů SMD, které mají své vlastní vlastnosti. Patří mezi ně rezistory, které pracují při zvýšených teplotách (až 230°C), v agresivním prostředí (Antisulfur), odpory s miliohmovými čipy, propojovací odpory SMD. Pokud se takové odpory nacházejí na deskách s plošnými spoji ze spotřební elektroniky, pak je jejich počet zpravidla malý, používají se v určitých obvodech elektronických obvodů.

Jejich charakteristiky, včetně ztrátového výkonu, se mohou výrazně lišit od průměrných hodnot, které jsou uvedeny v tabulce č. 1 a jsou typické pro standardní SMD odpory, jejichž počet v elektronickém obvodu může být prostě obrovský.

Typické výkony tenkovrstvých rezistorů (Thin film chip resistors) také odpovídají hodnotám z tabulky č. 1. Rezistory pro některé aplikace, například pro automobilovou elektroniku (automobilový stupeň), mohou mít výkon o něco vyšší, než je uvedeno v tabulce č. 1.

Jak zjistit výkon SMD odporových sestav?

U rezistorových SMD sestav je v technické dokumentaci uveden výkon na prvek (na prvek), někdy také na sestavu jako celek (na balení). Sestava čipu se obvykle skládá ze sady 2, 4 nebo 8 rezistorů standardní velikosti. Například sada velikosti 0408 odpovídá čtyřem odporům SMD velikosti 0402.

Takže typický výkon jednoho odporu v takové sestavě se příliš neliší od standardního výkonu samostatného SMD rezistoru stejné velikosti.

Pro rezistorové SMD sestavy 0202 (0201 × 2) je tedy výkon na prvek obvykle 0,03 W (1/32 W). Pro ty, kteří ještě nevědí, sestava velikosti 0202 jsou dva odpory 0201 v sadě.

U sestav 0404 (0402 × 2), 0408 (0402 × 4) výkon na prvek obvykle nepřesahuje 0,063W (1/16W).

Pro sestavy 0606 (0603 × 2), 0612 (0603 × 4), 0616 (0602 × 8) je výkon na prvek 0,063. 0,125W.

Čipová sestava standardní velikosti 0612 se 4 odpory s vývody konvexního typu (tj. konvexní). Výkon na článek 0,1W.

Další fotografie ukazuje sestavu čipu s odporem 8×1206 ze základní desky starého, ale velmi cool průmyslového počítače. Sady této velikosti jsou na moderních deskách velmi vzácné.

Přibližný výkon takové sestavy je 0,25W na prvek. To vychází z úvahy, že typický výkon pro velikost 1206 je alespoň 0,25W.

Je však vhodné mít na paměti, že v dokumentaci pro standardní moderní sestavy standardní velikosti 4×1206 je minimální výkon obvykle 0,125W (1/8W) na prvek, což je 2krát méně. Zde tedy můžete polemizovat, ale stejně se spokojím s hodnotou 0,25W.

Křivka snížení výkonu SMD rezistoru a rozsah provozních teplot

V anglicky psané technické dokumentaci se disipační výkon nazývá Power Dissipation (někdy Rated disipation) a označuje se jako P.₇₀ . Dolní index (₇₀) odpovídá okolní teplotě, při které je rezistor schopen dlouhodobě odolávat uvedenému výkonu.

Každá řada rezistorů je navržena tak, aby fungovala v určitém teplotním rozsahu. Provozní teplota konvenčních silnovrstvých čipových rezistorů leží z větší části v rozmezí od -55°C do +155°C. Ale pro mikrominiaturní velikosti od 0075 do 0201 je maximální teplota obvykle omezena na +125 °C.

Jak již bylo zmíněno, v technické dokumentaci je výkon SMD rezistorů uváděn pro okolní teplotu +70°C. Pokud je rezistor provozován při teplotách nad +70°C, pak by se měl výkon, který se na něj během provozu uvolňuje, snížit. Jednoduše řečeno, při zvýšených teplotách rezistor prostě nemá čas vychladnout.

Křivka snížení výkonu na stupnici jmenovitého zatížení (%) udává procento jmenovitého výkonu, které odpor SMD vydrží při odpovídající teplotě okolí (°C).

Při teplotě +120 °C by se tedy měl výkon snížit na 40 % u výrobků navržených pro provoz v teplotním rozsahu -55 °C. +155 °C. Pokud máme rezistor 1W, tak při dané teplotě vydrží dlouhodobě výkon 0,4W. Je dobře vidět, že teplota 155°C odpovídá nulovému výkonu.

Uvedený graf je typický pro standardní tlustovrstvé rezistory. U specializovaných rezistorů SMD se může plán snižování výkonu výrazně lišit. Takto to vypadá například u rezistorů řady PHT (Vishay).

Jedná se o vysoce stabilní tenkovrstvé čipové rezistory pro provoz při zvýšených okolních teplotách (od -55°C do +215°C). I instalace takových rezistorů na desku s plošnými spoji vyžaduje určité požadavky, aby bylo možné účinně odvádět teplo z odporové vrstvy.

Výkonné SMD rezistory

Existuje názor, že maximální ztrátový výkon rezistorů SMD je omezen jejich fyzickými rozměry a parametry odporové vrstvy, například průřezem. A tak to je. Navzdory tomu existují mezi rezistory pro povrchovou montáž i modely s vyšším výkonem.

Patří mezi ně čipové rezistory řady PCAN (Vishay). Zvláštností těchto rezistorů je substrát z nitridu hliníku (AlN), který má zvýšenou tepelnou vodivost. 90 % tepla z odporové vrstvy SMD rezistoru prochází tělem součástky, tedy jejím substrátem. Keramika na bázi nitridu hliníku (nitrid hliníku) má vysokou tepelnou vodivost, což umožňuje rychlejší odvod tepla z odporové vrstvy. Kromě toho je keramika na bázi nitridu hliníku netoxická.

Spodní část kontaktních elektrod těchto čipových rezistorů má navíc zvětšenou plochu, díky čemuž je možné snížit tepelný odpor mezi vodivou vrstvou rezistoru a kontaktními ploškami na desce plošných spojů.

Tato kombinace technických řešení nám umožňuje překonat omezení výkonu pro standardní velikosti SMD rezistorů. Pro srovnání uvedu hodnoty ztrátového výkonu pro čtyři standardní velikosti dostupné v této řadě.

Tenkovrstvé vysoce výkonné přesné čipové rezistory řady PCAN (Vishay)
Standardní velikost, palec	Výkon, W
0603	0,5
0805	1
1206	2
2512	6

Jak vidíte, pro velikost 2512 je výkon 6 W. Standardní SMD rezistor stejné velikosti má obvykle výkon ne více než 1 nebo 2 W.

Existují také čipové rezistory se skromnějšími vlastnostmi, například řada PHP (Vishay). Ta již používá substrát vyrobený z běžného, byť vysoce čistého oxidu hlinitého (alumina, Al₂O₃ ), který je široce používán jako substrátový materiál ve standardních SMD rezistorech.

Mezi vlastnosti: zvětšená plocha spodních elektrod typu Wraparound. Přípustný výkon pro velikost 2512 této řady je 2,5 W. Toto je 0,5. O 1,5 wattu více než standardní rezistory podobné velikosti.

Provoz čipových rezistorů při takových výkonech je možný s jednou výhradou – dodržováním pravidel pro montáž na desku s plošnými spoji. To je přímo uvedeno v technické dokumentaci k sérii.

Bez ohledu na to, jaké technické triky se používají ke zvýšení výkonových charakteristik SMD rezistorů, teplo je stále potřeba někde odvádět. Proto takové odpory podléhají zvláštním požadavkům na jejich montáž na desku.

Hlavními způsoby odvádění přebytečného tepla z odporové vrstvy SMD rezistoru jsou připojovací kontakty měděných vodičů, povrch desky plošných spojů a vnější chlazení.

U desek plošných spojů pro povrchovou montáž prvků je přebytečné teplo z prvků odváděno do tloušťky desky a měděných polygonů, které slouží jako jakýsi radiátor. V některých případech lze použít nucené externí chlazení (například ventilátory).