Resistencia de 125 mW sometida a disipación de 600 mW en sistema de seguridad profesional

El siguiente esquema es el circuito de entrada de un PCB de señalización, que compramos a uno de nuestros proveedores de sistemas de detección de incendios. Dicha PCB tiene que estar integrada en un llamado panel de evacuación geográfica que permite a los bomberos ver en qué zona de un edificio se ha iniciado un incendio, y como tal forma parte de un sistema de seguridad.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

El LED que se muestra es en realidad el LED IR de un optoacoplador (necesario por motivos de rechazo del modo común). Cada zona de detección de incendios tiene una entrada de este tipo. Las salidas del optoacoplador se alimentan a una MCU Atmel donde se procesan para encender ciertos LED en un plano del edificio. En ausencia de cualquier señal de entrada, la MCU restablecerá todos los LED en el panel.

La resistencia de 820 ohmios es de tipo SMD y, por sus dimensiones, calculo que es el paquete 0805 y, como tal, tiene una potencia nominal de 125 mW. La documentación de nuestro proveedor afirma que el rango de voltaje de entrada es de 2,2 a 24 V. Esto es por diseño, para admitir muchas marcas de computadoras de detección de incendios. No todos, pero varios sistemas emiten 24 V. Según mis propios cálculos, la resistencia disipa alrededor de 600 mW a una entrada de 24 V, suponiendo un voltaje directo total de 1,9 V tanto para el diodo como para el LED. En realidad, la aplicación de 24 V en la entrada durante tan solo 5 segundos hace que la resistencia se caliente tanto que no se puede tocar. En este punto, la corriente de entrada es de unos 26 mA. Como no tengo mucha experiencia con los componentes SMD, al estar fuera de la electrónica durante muchos años, necesito saber si existe algún riesgo de que la resistencia se queme,

El momento en que el servicio de bomberos puede observar el panel es, en promedio, la primera detección + 15 minutos. Esto significa que las resistencias de las entradas activadas estarán sujetas a esas condiciones durante al menos 15 minutos, en áreas densamente pobladas. En áreas rurales con menos personal de extinción de incendios, esto puede ser incluso más largo.

Las respuestas autorizadas, o los enlaces a ellas, son muy apreciadas.

Imagen de un panel geográfico:

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Imagen de la placa con circuito de entrada:

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Hay ocho circuitos de entrada idénticos. Agregué el texto "820 ohm" debajo de una de las resistencias. A la izquierda de esta resistencia está el diodo, arriba ya la izquierda está el optoaislador. Es un dispositivo de 4 pines con código SMD 824.

Vista muy cercana de la resistencia en cuestión:

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Plantee sus inquietudes al proveedor; suenan bien fundadas.
Publique una foto de la placa (su área donde se encuentra este circuito) y asegúrese de que el voltaje de suministro sea CC o CA. En el mejor de los casos, comparta el diagrama de circuito del dispositivo.
Agregué una foto del tablero. No tengo un diagrama de circuito completo, porque es de terceros. Solo hice ingeniería inversa del circuito de entrada. La tensión de alimentación es de 10-30 V CC, pero este detalle es muy irrelevante, ya que está aislada eléctricamente de las entradas. Mi pregunta se refiere a la disipación de potencia en la resistencia. Y el voltaje de entrada de 2.2 - 24V es DC. Tenga en cuenta que el orden en serie de los componentes en la PCB no es exactamente el mismo que en mi diagrama de circuito, nuevamente, esto no es realmente relevante.
@Anónimo, acabo de darme cuenta del motivo de su pregunta sobre la fuente de alimentación. La fuente de alimentación de mi diagrama en realidad está modelando la salida del sistema de detección de incendios, no la fuente de alimentación de la placa.
Probablemente la fuente de señal de CC real tenga una resistencia en serie mucho mayor.
@luchador: Esto debería estar mencionado en las especificaciones del dispositivo. No lo es. Una vez más, tiene que soportar diferentes fabricantes de equipos de salida. Algunos tienen salidas de colector abierto, algunos emiten voltajes de baja impedancia.
@Andy alias: Por supuesto que plantearemos nuestras preocupaciones, pero necesitamos algunos buenos argumentos que no puedan descartar renunciando a mano.
Bueno, este sitio solo puede hacer comentarios sobre lo que dijo, por lo que consultaría con la gente legal si todavía está preocupado y tal vez haga una prueba y mida el voltaje y la corriente reales a través de la resistencia.
Olvidé incluir este detalle, la corriente medida con entrada de 24V fue de 26 mA.
Si todo lo demás falla, aún puede solicitar una confirmación por escrito de que las piezas en cuestión (resistencia SMD) funcionan dentro de sus especificaciones, incluso con una entrada de 24 V.
¿Puedes medir el valor de la resistencia o darnos un primer plano no borroso de esa área de la placa?
Vale la pena señalar que, si bien un 0805 suele ser de 0,125 W, hay dispositivos de mayor potencia disponibles, hasta 0,5 W en mis búsquedas.
¿Por qué no mide el voltaje a través de la resistencia como sugiere Olin? Esto eliminará las conjeturas sobre la disipación de energía. Otra cosa que debe verificar es la marca y el tipo exactos de la resistencia, aunque esto podría ser difícil de determinar sin la ayuda del fabricante. Hay ciertos tipos de resistencias 0805 clasificadas para mayor potencia (consulte, por ejemplo, esta hoja de datos para la serie Vishay Dale PCAN, que enumera una clasificación de potencia de 1 W para los tipos 0805), y es posible, aunque poco probable, que el fabricante haya especificado algunas de estas.
¿Estás seguro de que el diodo está en serie? Es común tener un diodo antiparalelo al LED IR para protegerlo contra el voltaje inverso de ESD.
Tengo curiosidad por qué el diodo de la serie D1 está en este circuito. ¿Estás seguro de que la fuente es de 24v DC? ¿Puede ser 24v AC?. Si es CA, entonces la resistencia puede estar mucho más cerca de su disipación de potencia nominal.
¿Cuáles son los dispositivos de tres pines? ¿Es posible que Vcc esté regulado hacia abajo?
@ScottSeidman: los dispositivos de 3 pines están del otro lado de los optos de las resistencias en cuestión
Si está buscando algo que pueda ser definitivo para enviar comentarios al proveedor: haga funcionar la pieza de forma continua con el voltaje de suministro máximo especificado a la temperatura ambiente máxima especificada durante más de 24 horas (o el tiempo que se especifique). Registre cuándo/si falla. Proporcione esta información al proveedor (junto con la placa quemada) como evidencia definitiva de que falla. Tenga en cuenta que esto solo es definitivo si realmente falla.

Respuestas (4)

A partir de los datos que proporciona, esto parece un mal diseño. También obtengo una disipación de aproximadamente 600 mW en R1 en el circuito que muestra.

El hecho de que la resistencia se esté calentando mucho es una evidencia directa de que está disipando una potencia significativa para su tamaño, pero no necesariamente demasiada. Las resistencias pueden funcionar indefinidamente sin daño a temperaturas que quemarían su dedo. Una prueba con el dedo realmente no le dice si se está disipando justo dentro del límite o por encima de él.

Una posibilidad es que el circuito no sea como lo muestras. Tal vez esté sucediendo algo más que no sea fácilmente visible desde el exterior del tablero. Una buena prueba sería medir el voltaje real a través de la resistencia. Eso, junto con la etiqueta de la resistencia, le dará una respuesta definitiva sobre la cantidad de energía que está disipando.

Tenga en cuenta que las resistencias 0805 están etiquetadas con 3 o 4 dígitos. Este es un formato de coma flotante en el que el último dígito es el exponente de 10 y los dígitos anteriores la mantisa. Una resistencia de 820 Ω al 5 % se etiquetará como "821", lo que significa 82 x 10 1 = 820.

La potencia disipada por una resistencia es el cuadrado del voltaje a través de ella dividido por la resistencia. En unidades comunes,

W = V 2 Ω

Por lo tanto, el voltaje que causa una disipación particular es

V = W ⋅ Ω

A 125 mW, una resistencia de 820 Ω tendrá

V = 125 metro W ⋅ 820 Ω = 10.12 V

a través de él.

Si la resistencia es realmente de 820 Ω, solo es buena para 125 mW y tiene más de 10 V, entonces sí, este es un diseño defectuoso. Por los datos que nos has facilitado, estas premisas parecen ser ciertas.

Si resulta que la resistencia realmente está sobrecargada, probablemente lo que sucedió es que la unidad fue diseñada originalmente para un voltaje más bajo. Alguien se dio cuenta de que se estaban perdiendo demasiado del mercado al no admitir un voltaje más alto. Quien se suponía que debía verificar esto en ingeniería no lo hizo, generalmente era incompetente o simplemente se lo perdió.

Por supuesto, por qué es así no te importa. Es absolutamente necesario rechazar este sistema. Actualmente, es solo otra empresa que pone un mal producto en el campo. Si incorpora eso en su sistema, está poniendo un mal producto en el campo y es dueño de la responsabilidad resultante, y será su reputación la que se dañe.

Si bien definitivamente no desea usar este producto (nuevamente, suponiendo que las cosas realmente sean como usted dice), es muy poco probable que el dispositivo se incendie como resultado. Estas resistencias sobrecargadas generalmente se quemarán y fallarán al abrirse. No hay suficiente material inflamable alrededor para provocar un incendio. Sin embargo, la resistencia podría quemarse y abrirse antes de que lleguen los bomberos, brindándoles información incorrecta sobre dónde está el fuego. Ese es el verdadero peligro de este sistema. O bien, el sistema podría bloquear la información hasta que se restablezca manualmente, de modo que no haya síntomas durante el primer incidente. Sin embargo, ahora ese canal está roto y no responderá a futuros incendios en esa zona. Obviamente, eso también es muy malo.

Realice la medición de voltaje y señale su inquietud al fabricante. Puede valer la pena escuchar lo que tienen que decir, pero tendría que ser algo realmente bueno para mí para volver a confiar en sus productos. Recuerde que con los ingenieros eléctricos, al igual que con cualquier grupo grande de personas, hay muy buenos en el extremo superior, la mayoría lo suficientemente decente en el medio y los incompetentes en la parte inferior. Ciertamente, hay productos diseñados de manera incompetente por ahí. Puede que hayas encontrado uno.

La resistencia SMD tiene el texto 8200. Al investigar esta información, se obtiene un valor de 820 ohmios. La medición directa con un multímetro lo confirma. Las mediciones de corriente a diferentes voltajes de entrada son consistentes con una resistencia de 820 ohmios en serie con una entrada de optoacoplador y un diodo. Parece que no hay componentes que puedan desviar algo de corriente. El componente mide alrededor de 2x1 mm, lo que sugiere que es un paquete 0805. No pude encontrar información sobre el optoaislador. Tiene el texto 624 en la parte superior, que puede apuntar a ISP624, aunque no estoy seguro de esto.
Este es un producto de una empresa de detección de incendios certificada en los Países Bajos.
Sin duda, medir el voltaje a través de la resistencia es una buena idea. La razón por la que aún no lo hice es que no es fácil obtener una buena conexión en esos pequeños componentes. En la prueba de seguimiento, seguramente lo haré.
La designación 8200 sugiere una resistencia del 1% (mientras que la designación 821 mencionada anteriormente sugeriría una resistencia del 5%). En términos generales, las resistencias del 1% tienen especificaciones de disipación de energía más bajas porque están diseñadas para proporcionar una resistencia precisa en lugar de disipación de energía.

Bueno, estás suponiendo muchas cosas, pero pareces muy seguro de que una resistencia 0805, que crees que son estas, tiene una potencia nominal de 125 mW.

Hay resistencias 0805 de 1 W (a 70 °C). Por supuesto que funcionarán muy calientes, pero están diseñados para hacer eso. En el valor que tiene, es más probable que sea un máximo de 500 mW a 70 ° C. O tal vez con una calificación más baja, pero no habría una diferencia visible.

Personalmente, no me sentiría cómodo en esta situación particular ejecutando partes incluso cerca de su especificación impresa, pero de hecho, las partes de montaje en superficie son muy sensibles a los detalles de la placa de circuito impreso; según las pruebas, una parte muy pequeña puede disipar mucha energía (similar a una mucho más grande). parte) si se monta sobre un plano de tierra. Una pieza muy grande en una placa de un solo lado con trazas delgadas puede calentarse más que una pieza 0603 con conductores gruesos, un plano de tierra, etc.

No veo ninguna redundancia en este circuito, por lo que cualquier tipo de falla de un solo punto: el opto, los cables a la unidad, la resistencia, el diodo podrían causar una falla en el reconocimiento de la señalización, por lo que esto no se trata como una seguridad crítica. diseño del dispositivo en lo más mínimo.

(Editar: tengo una sugerencia: que confirme que la entrada tiene una potencia nominal de 24 V CC. La disipación de energía con 24 V CA sería aproximadamente la mitad de lo que es con una entrada de 24 V CC. Está bien , cubrió esto en un comentario )

En el otro lado de la ecuación, si el voltaje en cuestión proviene de un banco de baterías de respaldo, los "24 V CC" podrían ser más como 28 V CC, lo que aumentaría considerablemente la disipación de energía, a más de 850 mW. Las resistencias están cerca una de la otra, por lo que se calentarán entre sí.

Plantéelo al proveedor.

La designación 8200 sugiere una resistencia de tolerancia del 1% que es muy poco probable que tenga una clasificación de disipación de potencia mejorada.
¿Estos sistemas usan voltaje o ausencia de voltaje para señalar una alarma? En un caso, la falla al menos sería inmediatamente evidente al causar una falsa alarma literal (a menos que la resistencia encendida realmente prenda fuego a algo)...
Je, así es como funciona la multiplexación de alarmas con señalización positiva también: si se detecta un incendio, se envía una corriente al panel, lo que incendia el panel, por lo que solo necesita un detector de incendios cerca del panel que luego provoca la alarma real.

Las típicas resistencias SMD de uso general suelen ser del tipo de película gruesa .

Este tipo de resistencia no está diseñada para una sobrecarga a largo plazo (de hecho, ninguna lo está), pero el efecto de sobrecargar térmicamente la pieza (a través de demasiada energía) es cambiar la resistencia en la fase inicial:

Delta R vs Tiempo en sobrecarga

( Fuente )

En este tipo de circuito, donde el voltaje directo del LED y el diodo no cambiará significativamente por cambios en la corriente (para un diodo de silicio es de 60 mV por década de corriente), aumentará la corriente en el circuito con un voltaje casi constante. a través de la resistencia durante este período, lo que genera más calor en la pieza. Posiblemente, esto podría causar una fuga térmica .

Se desconoce si se quemará o no (pero es muy probable si se somete a este tipo de sobrecarga de forma continua), pero definitivamente tendrá una vida útil más corta que la indicada (normalmente indicada a 25 °C, aunque algunos índices de resistencia son a la temperatura nominal); de hecho, elevar la temperatura de un dispositivo para inducir fallas deliberadamente es una prueba común para los fabricantes, ya que la tasa de fallas aumenta exponencialmente con el aumento de la temperatura.

Los fabricantes utilizan este proceso para predecir la vida útil de los componentes utilizando la ecuación de Arrhenius en muchos casos, provocando deliberadamente fallas tempranas a temperaturas elevadas. Esto conduce a una vida útil predecible del componente en condiciones más benignas.

Estoy totalmente de acuerdo con Olin en que debe rechazar estas unidades, ya que se garantiza que la confiabilidad de la unidad será baja en los extremos de voltaje especificados por el proveedor, incluso si sobreviven a la sobrecarga.

Un diseño adecuado nunca permitirá el sobreesfuerzo de una pieza, aunque hay piezas diseñadas deliberadamente para soportar eventos de impulsos a corto plazo y, a menudo, se encuentran en circuitos de protección contra rayos y ESD.

[Actualización] Es posible, como comenta Supercat, que se trate de una PTC, como esta serie

¿Habría algún tipo de resistencia que pudiera verse similar a lo que se muestra en la imagen pero que tuviera un coeficiente de temperatura positivo moderado (alcanzando una resistencia nominal de 2x-3x a una temperatura inferior a la requerida para causar daño)? Creo que tal resistencia podría ser ideal para este tipo de aplicación.

La única forma en que el circuito tiene sentido es que la resistencia de 820 ohmios es una resistencia limitadora de corriente. Trabaja junto con la resistencia de colector de la etapa de conducción anterior. El voltaje de colector del controlador puede ser de 24 V, pero si su resistencia de colector es de 1 k ohm, entonces la corriente a través de la resistencia de 820 será solo de aproximadamente 12 mA y la pérdida de potencia será de aproximadamente 118 mW.

¡ Esto muestra que este circuito no debe usarse con controladores de entrada de colector abierto !

No existe una "etapa previa de conducción". Son entradas que toman un voltaje desde 2.2 hasta 24V.
@pe ¿Hay entradas con qué impedancia de fuente? ¿Es realmente solo una batería?
@pipe: tiene que haber un controlador "anterior". Incluso si es solo una batería en serie con algún sensor. La impedancia del sensor funcionará igual que la resistencia del colector mencionada.
Sí, pero aún así, este está diseñado para tomar un voltaje , hasta 24 voltios, conectado a sus entradas. Lo que sea que esté del otro lado es irrelevante, y si está diseñado con alguna fuente de resistencia desconocida para bajar el voltaje, ya no es de 24 voltios. La pregunta no es sobre el diseño de controladores para esta unidad, ya los tiene.
Es una "mentira piadosa", la entrada no está diseñada para tomar 24V. Quien alguna vez hizo el reclamo, convenientemente olvidó mencionar sus limitaciones. Probablemente fue diseñado para 12V, pero para usarlo en más aplicaciones, simplemente cambiaron las especificaciones.
Resistencia de 125 mW sometida a disipación de 600 mW en sistema de seguridad profesional
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