Как сильно разогреваются керамические резисторы? Опыты на открытом воздухе и в закрытом корпусе

Во время тестирования макетной платы ДХО-поворотник самой простой конструкции, где ток через светодиоды ограничивается резисторами, выяснилось, что в рабочем режиме резисторы нагреваются очень сильно даже на открытой плате. После этого я провёл эксперимент с нагревом керамических резисторов на 5 Вт на воздухе и в плотно закрытом корпусе, чтобы узнать масштабы бедствия и можно ли вообще применять на такое схемотехническое решение в автосвете. По этим испытаниям я выложил видео, в этой статье приведены результаты и расчёты

Для опытов я использовал два керамических резистора на 12 Ом по 5 Вт каждый, соединённые параллельно. Корпус из 2-й части эксперимента виден на фото, он закрывается крышкой

Методика испытаний:

1. разместить резисторную сборку на столе при комнатной температуре, расположив резисторы рядом друг с другом - на реальной плате они были бы расположены рядом
2. подать напряжение на резисторную сборку такое, чтобы на каждом резисторе рассеивалось по 1.5 Вт (3 Вт на всю сборку, раз резисторы одинаковые)
3. дать резисторам нагреться в течении 20-30 минут
4. измерить полученную температуру
5. повторить пункты 2-4 для мощностей по 2.5 Вт и 5 Вт на резистор (по 5 и 10 Вт на сборку соответственно)
6. сунуть резисторную сборку в небольшой корпус с внутренними размерами около 60х30х20 и закрыть крышку
7. провести измерения снаружи корпуса и внутри сразу после открытия крышки на тех же мощностях для закрытого корпуса - повторить пункты 2-5

К сборке припаяны провода, чтобы её легко размещать в корпусе и закрыть крышку, и чтобы этому не мешали крокодилы от лабораторного блока питания

Расчёт мощности

Напряжение на резисторную сборку подаётся от лабораторного блока питания. Но на нагрузке показаниям его напряжёметра и амперметра верить нельзя - и так есть некоторая погрешность, да ещё и напряжёметр показывает не текущую напругу, а заданную. Просто так не умножишь ток на напряжение для вычисления мощности

Для измерения точного напряжения используется вольтметр, а мощность вычисляется по формуле:

Температура в помещении

Во время проведения испытаний в комнате оказалось +25,4 градуса, то есть практически нормальные условия в физическом смысле. Только вот атмосферное давление в наших широтах куда меньше нормального - у нас тут не 760 мм рт. ст., а плюс/минус 737, в пределах 730-740 мм рт. ст.

Испытания на открытом воздухе

Согласно своему великолепному плану испытаний, надёжному, как швейцарские часы, сначала я настроил рассеивание на каждом резисторе по 1.5 Вт (3 Вт на сборку). Для этого на неё надо подать примерно 4,25 В. Строгий расчёт:

Надо устанавливать напругу по мультиметру, а не по блоку питания

Результат нагрева минут за 20-30 такой, что резисторы в руках уже не подержишь. На фото измеренный максимум

Измерение при 2,5 Вт на резистор (5 Вт на сборку) на воздухе. Для этого надо подавать на сборку напряжение ~5,48 В. Показана максимальная температура

Измерение при 5,0 Вт на резистор (10 Вт на сборку) на воздухе. Напряжение на сборке ~7,77 В. В галерее на 2-й фотке показана максимальная температура

Испытания в закрытом корпусе

После измерения температуры при 5 Вт на резистор, когда сборка нагрелась до +205, я дал резисторам остыть часа пол. После этого я поместил их в корпус и плотно закрыл крышкой

Запчасти для ремонта, необходимый инструмент, бытовая химия, а также тысячи других товаров всегда в наличии на Яндекс.Маркете https://ya.cc/m/67pYcf?erid=5jtCeReNx12oajt6YavMkba. Реклама. ООО «Яндекс Маркет», ИНН 9704254424, erid: 5jtCeReNx12oajt6YavMkba

А дальше всё то же самое, за одним исключением - измерялась и температура корпуса, и температура сборки внутри него. Здесь и далее приведу по 2 фотки в галерее: первая - температура корпуса, вторая - температура резисторов внутри. Результат для 1,5 Вт на резистор:

Температура корпуса, когда на резисторную сборку подано 3 Вт

Как видно, температуры отличаются почти в 2 раза. Эта же зависимость сохраняется и далее, при 2.5 Вт на резистор:

А вот с измерением на 5 Вт на резистор я не помню, что произошло - только при монтаже заметил, что на сборку подано не 7.77 В, а 8.57 В. Хотя я выставлял 7.77 В и при вращении сборки эта напруга скачет то на 7.77, то на 8.57. Это заметно на видео, здесь же приведу стоп-кадры

А результат на 5 Вт на резистор такой:

Видно, что тут корпус нагрелся, как вся сборка внутри корпуса при 1,5 Вт. При такой температуре корпус поплавился вместе с крышкой

Итоги

В результате проведённых испытаний стало ясно, насколько сильно разогреваются резисторы на разной мощности особенно внутри корпуса. Их нельзя использовать в качестве токоограничивающего элемента в платах автосвета ДХО-поворотник

Всё потому, что даже при 1.5 Вт на резистор, то есть при 3 Вт на сборку, они нагреваются почти до +90 градусов, а в маленьком закрытом корпусе столько тепла от компонентов не отвести. В рабочем режиме, когда бортовое напряжение около 14.2-14.5 В, а на лампах падает 8.5 В, в таком случае на резисторах будет падать около 6 В. Это значит, что на каждом будет рассеиваться по 2.5-3.0 Вт, а это 5-6 Вт в маленьком корпусе и нагрев свыше +140 градусов

В условиях, когда плата размещена под капотом возле работающего двигателя, да ещё и в глухой пробке на открытом Солнце в жару +45, я даже боюсь предположить, до какой температуры разогреются эти резисторы. Там и дорожки на плате поплавит

Значит, остаётся делать платы на специальном драйвере светодиодов. Такой макет у меня уже собран и скоро по нему выйдет материал

Ссылки по теме:

Видеоверсия этой статьи

Подписка, палец вверх и комментарий - неоценимая помощь каналу!