深入了解電阻的“功率”

功率，指物體在單位時間內(nèi)做功多少，是用于描述做功快慢的物理量，用字母P來表示。

P = W/t

電阻器在電路中作為純耗能元件，其將電能轉(zhuǎn)換為熱能，這個熱量被電阻吸收并最終耗散至環(huán)境中。固定阻值的電阻，其實際工作功率取決于兩端的電壓或電流：

P=UI=U2/R=I2R

電阻器作為一個實體物質(zhì)，其所能承受的熱量是有限的；超過其限度，阻值會發(fā)生較大的變化，甚至開路。

電阻器的額定功率：指電阻在正常氣候條件下（如大氣壓、環(huán)境溫度等），長時間連續(xù)安全工作可耗散或可承受的最大功率。一般我們?nèi)?0℃靜止自由空氣中為額定功率的最大工作溫度點，電阻額定功率記為P70。電阻實際使用時，需要留有一定的功率余量，建議為額定功率的一半。

我們注意到電阻的額定功率建立在確定的環(huán)境條件和在長時間連續(xù)安全工作的基礎(chǔ)上。在這個過程中，電阻存在發(fā)熱和散熱兩種變化，最終電阻會達(dá)到一個熱平衡，并在其電阻體上建立起恒定的表面溫度。該表面溫度高于環(huán)境溫度，并在電阻體可接受的范圍內(nèi)（即阻值波動在允許范圍內(nèi)）。額定功率就是這么一個單位時間內(nèi)的熱臨界值；超過額定功率，那么熱平衡時，電阻體上的表面溫度就超出電阻可接受的范圍。

如果我們能影響電阻的發(fā)熱與散熱能力，就能改變電阻的額定功率。電阻的額定功率取決于電阻的幾何尺寸、電阻材料的允許溫度、基板的熱導(dǎo)率、環(huán)境條件等。電阻尺寸越大、電阻材料耐受能力越強、基板的熱導(dǎo)率越高，環(huán)境溫度越低或有空氣流動，那么電阻的功率就越大。另外，可以通過安裝散熱器來改善電阻器的散熱能力。當(dāng)環(huán)境溫度超過70℃額定功率最大工作溫度點，散熱空間被壓縮，那么電阻也必須減少發(fā)熱量，即降額。當(dāng)環(huán)境溫度接近電阻器允許溫度時，此時如果再施加功率，電阻器的熱量將無法正常散出，可能導(dǎo)致電阻燒毀。因此電阻長時間連續(xù)工作時，必須參照降功耗曲線。

短時間內(nèi)，電阻的溫度可以高于其允許溫度；為了測試其耐受能力，我們通常會施加2-10倍的功率，持續(xù)5s，即短時過載測試，考驗電阻的過載能力。

除了額定功率外，電阻在使用過程中，會碰到單個脈沖，或者是周期性脈沖的情形。為了更好描述此過程，我們引入電阻“最大脈沖功率”概念。

電阻最大脈沖功率：電阻工作時所能承受的最大瞬間電壓，記作Ppulse；一般Ppulse要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于P70。

在很多情況下，經(jīng)過電阻的瞬間電壓非常大，持續(xù)時間卻很短，即電阻產(chǎn)生的熱量非常小。對于單個脈沖來說，單次發(fā)熱時間很短，散熱時間卻是無窮長的，即單個脈沖的平均功率非常小，但是峰值功率卻很大。這個瞬間的微小熱量具有足夠大的熱能量密度來損壞電阻，使得阻值發(fā)生劇烈變化。打個比方，用筷子和針去刺破一塊布，相同力量F下，針可以很輕松刺破布，而筷子卻不行。這是因為，針頭面積小，而筷子頭面積大，針頭可以產(chǎn)生足夠大的壓強來刺破布，而筷子卻不行：

Pa=F/S

當(dāng)單個脈沖的脈寬ti逐漸變短時，Pmax會逐漸變大；當(dāng)ti短至一定寬度，Pmax不會繼續(xù)變大，會保持恒定值，此恒定值就是電阻元素的極限耐受能力。當(dāng)單個脈沖的脈寬ti逐漸延長時，電阻的最大脈沖功率Pmax也會逐漸變?。蝗魡蝹€脈沖ti無限延長時，就變成一個連續(xù)脈沖，此時Pmax=P70。因此，電阻的最大脈沖功率Pmax取決于脈沖寬度ti和電阻極限耐受能力。任何時刻，脈沖峰值功率Ppeak都不允許超過電阻最大脈沖功率Pmax。電阻在使用時，需參照單個最大脈沖功率負(fù)載圖。

對于周期性脈沖也是如此，脈沖峰值功率Ppeak不允許超過電阻最大脈沖功率Pmax，與此同時，周期性脈沖的平均功率Pave不允許超過電阻額定功率P70。因為，周期性脈沖屬于間歇性發(fā)熱，最終會在電阻表面建立起熱平衡。

對于電阻在受到周期性脈沖負(fù)載時，若我們想得知電阻最終熱平衡時表面溫度，我們需從兩個角度來獲取相關(guān)參數(shù)（必不可少）進(jìn)行計算：

衡量電阻發(fā)熱能力的參數(shù)：單個脈沖能量Q（U2/R*ti）,脈沖周期Tp，脈沖個數(shù)N，電阻串并聯(lián)總質(zhì)量M，電阻材料比熱容Cr，衡量電阻散熱能力的參數(shù)：電阻熱時間常數(shù)τ，環(huán)境溫度T。