Resistor de 125 mW sujeito a dissipação de 600 mW em sistema de segurança profissional

O esquema abaixo é o circuito de entrada de uma placa de circuito impresso, que compramos de um de nossos fornecedores de sistemas de detecção de incêndio. O referido PCB deve ser incorporado no chamado painel de evacuação geográfica, que permite aos bombeiros ver em que zona de um edifício o incêndio começou e, como tal, faz parte de um sistema de segurança.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

O LED mostrado é realmente o LED IR de um acoplador óptico (necessário por razões de rejeição no modo comum). Cada zona de detecção de incêndio possui essa entrada. As saídas do acoplador óptico são alimentadas em um Atmel MCU, onde são processadas para acender certos LEDs na planta baixa do edifício. Na ausência de quaisquer sinais de entrada, o MCU redefinirá todos os LEDs no painel.

O resistor de 820 ohm é do tipo SMD e, a partir de suas dimensões, calculo que seja o pacote 0805 e, como tal, é classificado para 125mW. A documentação de nosso fornecedor afirma que a faixa de tensão de entrada é de 2,2 a 24V. Isso ocorre por design, a fim de suportar muitas marcas de computadores de detecção de incêndio. Nem todos, mas vários sistemas realmente produzem 24V. Pelos meus próprios cálculos, o resistor dissipa cerca de 600mW na entrada de 24V, assumindo uma tensão direta total de 1,9V para diodo e LED. A aplicação de 24V na entrada por apenas 5 segundos faz com que o resistor aqueça tanto que você não pode tocá-lo. Neste ponto, a corrente de entrada é de cerca de 26 mA. Como não tenho muita experiência com componentes SMD, por estar sem eletrônica por muitos anos, preciso saber se existe algum risco de que o resistor se queime,

No momento em que o corpo de bombeiros pode observar o painel, é em média a primeira detecção + 15 minutos. Isso significa que os resistores nas entradas ativadas estarão sujeitos a essas condições por pelo menos 15 minutos, em áreas densamente povoadas. Nas áreas rurais com menos pessoal de combate a incêndios, isso pode ser ainda mais longo.

Respostas autorizadas, ou links para elas, são muito apreciadas.

Imagem de um painel geográfico:

Imagem da placa com circuito de entrada:

Existem oito circuitos de entrada idênticos. Eu adicionei o texto "820 ohm" abaixo de um dos resistores. À esquerda deste resistor está o diodo, acima e à esquerda está o opto-isolador. É um dispositivo de 4 pinos com o código SMD 824.

Vista muito em close do resistor em questão:

A partir dos dados que você fornece, isso realmente parece um projeto ruim. Eu também recebo uma dissipação de cerca de 600 mW em R1 no circuito que você mostra.

O fato de o resistor estar realmente quente é uma evidência direta de que ele está dissipando uma energia significativa por seu tamanho, mas não necessariamente muito. Os resistores podem funcionar indefinidamente sem danos a temperaturas que queimavam seu dedo. Um teste de dedo não indica se está se dissipando dentro do limite ou acima dele.

Uma possibilidade é que o circuito não seja o que você mostra. Talvez haja algo acontecendo que não seja facilmente visível do lado de fora do quadro. Um bom teste seria medir a tensão real no resistor. Isso, junto com a etiqueta no resistor, fornecerá uma resposta definitiva para quanta energia está dissipando.

Observe que os resistores 0805 são rotulados com 3 ou 4 dígitos. Este é um formato de ponto flutuante, com o último dígito sendo o expoente de 10 e os dígitos anteriores a mantissa. Um resistor de 5% 820 will será identificado como "821", o que significa 82 x 10 ¹ = 820.

A potência dissipada por um resistor é o quadrado da tensão através dele dividido pela resistência. Em unidades comuns,

Portanto, a tensão que causa uma dissipação específica é

A 125 mW, um resistor de 820 have terá

Em frente.

Se o resistor é realmente de 820 Ω, é realmente bom apenas para 125 mW e tem mais de 10 V nele, então sim, esse é um projeto defeituoso. A partir dos dados que você nos forneceu, essas premissas parecem verdadeiras.

Se o resistor estiver realmente sobrecarregado, provavelmente o que aconteceu foi que a unidade foi originalmente projetada para uma tensão mais baixa. Alguém percebeu que estavam perdendo muito do mercado por não suportar tensão mais alta. Quem deveria checar isso na engenharia também não era, geralmente era incompetente ou simplesmente sentia falta dessa.

Claro que é assim que isso não importa para você. Você absolutamente precisa rejeitar este sistema. Atualmente, é apenas outra empresa colocando um produto ruim em campo. Se você incorporar isso ao seu sistema, estará colocando um produto ruim em campo e será o proprietário da responsabilidade resultante, e sua reputação será danificada.

Embora você definitivamente não queira usar este produto (novamente, assumindo que as coisas realmente são como você diz), é muito improvável que o dispositivo pegue fogo como resultado. Esses resistores sobrecarregados geralmente apenas queimam e falham. Não há material inflamável suficiente para causar um incêndio. No entanto, o resistor pode queimar e abrir antes que os bombeiros cheguem, fornecendo informações erradas sobre onde o fogo está. Esse é o verdadeiro perigo deste sistema. Ou, o sistema pode bloquear as informações até redefinir manualmente, para que não haja sintomas durante o primeiro incidente. No entanto, agora esse canal está quebrado e não responde a futuros incêndios nessa zona. Obviamente, isso também é muito ruim.

Faça a medição da tensão e indique a sua preocupação ao fabricante. Pode valer a pena ouvir o que eles têm a dizer, mas teria que ser algo realmente bom para eu confiar em seus produtos novamente. Lembre-se de que, com os engenheiros elétricos, assim como com qualquer grande grupo de pessoas, existem realmente bons no topo, a maioria decente o suficiente no meio e incompetentes no fundo. Certamente existem produtos com design incompetente por aí. Você pode ter encontrado um.

Bem, você está meio que adivinhando muitas coisas, mas parece muito certo de que um resistor 0805, que você acha que é, está classificado para 125mW.

Existem resistores 0805 com classificação de 1W (a 70 ° C). É claro que eles ficarão muito quentes, mas foram projetados para fazer isso. No valor que você tem, é mais provável que seja 500mW no máximo a 70 ° C. Ou talvez com classificação mais baixa, mas não haveria diferença visível.

Eu seria não pessoalmente se sentir confortável nesta situação particular executar peças, mesmo perto de sua especificação impresso, mas em superfície fato de montar as peças são muito sensíveis à details- PCB a partir de testes uma parte muito pequena pode dissipar muita energia (semelhante a uma muito maior parte) se montado sobre um plano de terra. Uma peça muito grande em uma placa de face única com traços finos pode ficar mais quente que uma peça 0603 com fios de gordura, um plano de terra etc.

Não vejo redundância neste circuito, portanto, qualquer tipo de falha de ponto único - o opto, os fios da unidade, o resistor e o diodo podem causar falha no reconhecimento da sinalização, para que isso não seja tratado como um fator crítico de segurança. design do dispositivo no mínimo.

(Edit: Eu tenho uma sugestão - que você confirme que a entrada é realmente classificada em 24V DC. A dissipação de energia com 24VAC seria cerca da metade do que é com a entrada de 24VDC. - ok, você cobriu isso em um comentário )

Do outro lado da equação, se a tensão em questão for proveniente de um banco de baterias reserva, os '24VDC' podem ser mais como 28VDC, o que aumentaria consideravelmente a dissipação de energia - para mais de 850mW. Os resistores estão próximos um do outro, para que se aqueçam.

Levante isso com o fornecedor.

Os resistores SMD de uso geral típicos são geralmente do tipo de filme espesso .

Este tipo de resistência é não concebidos para a sobrecarga de longa duração (na verdade, nenhum são), mas o efeito de tensões excessivas a parte termicamente (por meio de muita energia) é a alteração da resistência para baixo na fase inicial:

( Fonte )

Nesse tipo de circuito, em que a tensão direta do LED e do diodo não muda significativamente para alterações na corrente (para um diodo de silício é 60mV por década de corrente), isso aumentará a corrente no circuito com tensão próxima à constante através do resistor durante esse período, levando a mais calor na peça. Isso pode causar um descontrole térmico .

Se ele queima ou não é desconhecido (mas é muito provável que seja sujeito a esse tipo de sobrecarga continuamente), mas definitivamente terá uma vida útil mais curta do que a declarada (normalmente indicada a 25 ° C, embora algumas classificações de resistência estejam na temperatura nominal); de fato, aumentar a temperatura de um dispositivo para induzir deliberadamente falhas é um teste comum para os fabricantes, pois a taxa de falha aumenta exponencialmente com o aumento da temperatura.

Esse processo é usado pelos fabricantes para prever a vida útil dos componentes usando a equação de Arrhenius em muitos casos, causando deliberadamente falhas precoces a temperaturas elevadas. Isso leva a uma vida previsível do componente em condições mais benignas.

Concordo plenamente com Olin que você deve rejeitar essas unidades, pois a confiabilidade da unidade é garantida como baixa nos extremos de tensão especificados pelo fornecedor, mesmo que eles sobrevivam à sobrecarga.

Um design adequado nunca permitirá sobrecarga de uma peça, embora existam peças projetadas deliberadamente para resistir a eventos de pulso de curto prazo e geralmente sejam encontradas em circuitos de proteção contra descargas eletromagnéticas e descargas elétricas.

[Atualização] É possível, como comenta a Supercat, que este seja um PTC, como esta série

A única maneira que o circuito faz sentido é que o resistor de 820 ohm é um resistor limitador de corrente. Ele trabalha em conjunto com o resistor coletor da etapa anterior. A tensão do coletor do driver pode ser de 24V, mas se o resistor do coletor for 1 k ohm, a corrente no resistor 820 será de apenas 12ma e a perda de energia será de 118mW.

Isso mostra que esse circuito não deve ser usado com drivers de entrada de coletor aberto !