抵抗

抵抗の『負荷軽減曲線』について!周囲温度と印加可能電力の関係!

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この記事では抵抗の負荷軽減曲線について見方などを詳しく説明します。

抵抗の負荷軽減曲線とは

抵抗の負荷軽減曲線とは
抵抗は周囲温度によって印加できる電力が異なります。そのため、周囲温度によって定格電力比(定格電力に対してどれくらい電力を使用できるか)の関係を示す負荷軽減曲線というものがあります。

負荷軽減曲線は上図のようになっています。ほとんどのメーカーの抵抗の負荷軽減曲線は以下の特徴があります。

  • 周囲温度70℃以下の範囲
  • 軽減曲線が100%となっています。すなわち、定格電力に対して100%の電力を使用することができます。

  • 周囲温度70℃以上の範囲
  • 軽減曲線が100%から下がります。すなわち、定格電力に対して使用することができる電力が減っていきます。この軽減曲線は抵抗のサイズ・形状・材質等によって変わります。一般的には、周囲温度125℃で定格電力比0%になるように、または周囲温度155℃で定格電力比0%になるように軽減曲線が引かれます。
    125℃品の場合は周囲温度が70℃から125℃になると、定格電力比が0%になることから、1℃あたり1.82%/℃の減少となります。一方、155℃品の場合は周囲温度が70℃から155℃になると、定格電力比が0%になることから、1℃あたり1.18%/℃の減少となります。

補足

  • 定格電力に対して100%の電力を使用できる周囲温度の最大値を定格周囲温度といいます。上図では70℃が定格周囲温度となります。ほとんどの抵抗は70℃が定格周囲温度となっています。
  • あくまで上図は一例です。周囲温度85℃まで定格電力に対して100%の電力を使用できる抵抗もあります。
  • 負荷軽減曲線の横軸は周囲温度の場合抵抗自体の温度の場合があります。ほとんどの抵抗は周囲温度となっています。抵抗自体の温度の場合には、抵抗自体の発熱があるため、通常は実測して確認を行います。

抵抗の負荷軽減曲線の見方

抵抗の負荷軽減曲線の見方
上図の負荷軽減曲線が0.1Wの抵抗だった場合における抵抗の負荷軽減曲線の見方について説明します。例えば、周囲温度が100℃の場合に使用できる電力は何Wか考えてみましょう。横軸の周囲温度100℃の点から縦軸方向に伸ばしていき、負荷軽減曲線と交わった点が使用可能な電力となります。ここでは、厳密に式を解いて使用可能な電力を計算してみます。

A曲線(青色)では、上図の式のxに100を代入すると、
\begin{eqnarray}
y=-\frac{100}{125-70}100+\left(100+\frac{100}{125-70}×70\right)=45.4
\end{eqnarray}
となり、周囲温度100℃では定格電力の45.4%まで使用できます。すなわち、0.1×0.454=0.0454Wまで使用可能ということなります。

B曲線(赤色)では、上図の式のxに100を代入すると、
\begin{eqnarray}
y=-\frac{100}{155-70}100+\left(100+\frac{100}{155-70}×70\right)=64.7
\end{eqnarray}
となり、周囲温度100℃では定格電力の64.7%まで使用できます。すなわち、0.1×0.647=0.0647Wまで使用可能ということなります。

補足

定格電力とは抵抗が故障または劣化することなく使用できる最大電力ですが、定格電力ギリギリで使用すると抵抗がかなり発熱します。発熱すると、抵抗を搭載している基板が焦げたり、半田が溶けたりすることがあります。そのため、抵抗の種類によって異なりますが、定格電力の30%~50%で使用するようにディレーティングすることをオススメします。

【その他】そもそも『周囲温度』ってなに?

負荷軽減曲線の横軸は周囲温度となっていることが多いですが、そもそも周囲温度とは周囲温度とはどこの周囲の温度なのでしょうか?

いろいろ考え方があります。例えば、抵抗が組み込まれている電子機器内部の周囲温度だったり、抵抗が実装されている基板の周囲の温度だったり、抵抗の周囲の温度だったり・・・。

このように、周囲温度はかなり曖昧な言葉ですが、ロームさんのホームページでは、周囲温度とは「抵抗自体が電力を消費していない状況で、室温や抵抗器周囲の発熱によってきまる抵抗周囲の雰囲気温度」のように書いてあります。

すなわち、周囲温度とは、電子機器内部の周囲の温度ではなく、基板に実装されている抵抗の周囲の温度ということになります。

まとめ

この記事では抵抗の『負荷軽減曲線』について、以下の内容を説明しました。

当記事のまとめ

  • 抵抗の負荷軽減曲線とは
  • 抵抗の負荷軽減曲線の見方

お読み頂きありがとうございました。

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