Dòng điện cao hay điện áp cao làm hỏng linh kiện?

Câu hỏi rất cơ bản ở đây và tôi chỉ tìm kiếm một cái nhìn chung chung, nhưng nó là dòng điện quá cao hay điện áp quá cao sẽ làm hỏng thiết bị điện tử? Tôi giả sử nó sẽ phụ thuộc vào thành phần trong câu hỏi -

1) Ví dụ: nếu bạn có mạch làm việc với pin 10V, cố định điện trở 5 Ohms và dòng điện 2A. Nếu sau đó bạn đổi pin đó thành 20V, thì đó có phải là dòng điện mới của 4A gây thiệt hại hay thực tế là điện áp bây giờ là 20V? Cả hai giá trị đều cao hơn mức cần thiết, vậy yếu tố nào sẽ gây thiệt hại, cả hai?

2) Ngoài ra, nếu bạn đổi sang pin 20V, bạn cũng tăng điện trở trong mạch lên 10 Ohms, điều này có thể vẫn làm hỏng các thành phần trong mạch không? Dòng điện bây giờ giống như trong bản gốc (2A), nhưng điện áp đã tăng từ 10V đến 20V, điều này có thể làm hỏng?

3) Cuối cùng, bạn có thể lấy mạch ban đầu và hạ điện trở xuống 2,5 Ohms, bây giờ điện áp vẫn như cũ (10V), nhưng dòng điện đã tăng lên 4A, tôi cho rằng điều này có thể gây ra thiệt hại tùy thuộc vào các thành phần trong mạch?

Bất kỳ trợ giúp sẽ được đánh giá cao, cảm ơn trước.

Chỉnh sửa - Tôi đã không nói rõ, tôi không nói cụ thể về việc làm hỏng điện trở, tôi không có ý làm hỏng các thành phần khác nhau có thể có trong mạch điện.

Một câu trả lời chung là các thành phần điện tử / điện bị hỏng khi vượt quá xếp hạng điện của chúng. Quá nhiều hiện tại dẫn đến nhiệt quá mức sẽ phá hủy cả các thành phần thụ động và hoạt động. Một số thành phần thụ động, chẳng hạn như tụ điện có xếp hạng điện áp tối đa, nếu vượt quá có thể dẫn đến sự thất bại của chất điện môi (chất cách điện) dẫn đến dòng điện quá mức, và cuối cùng là khói. Nói chung, vượt quá định mức điện áp của các thành phần thụ động gây ra lỗi cách điện. Với các thành phần hoạt động, điện áp quá mức sẽ gây ra sự cố của các mối nối bên trong của diode, bóng bán dẫn, vv, cũng sẽ cho phép dòng điện quá mức, nhiệt và một số khói. Tuy nhiên, trong những trường hợp này, dòng điện sẽ thấp hơn một chút so với khi các thiết bị thụ động quá nóng. Kinh nghiệm của tôi là ngay cả một tia lửa nhỏ trên các bóng bán dẫn sẽ phá hủy thành phần này. Tình trạng quá điện áp phá vỡ đường giao nhau bán dẫn và nó không lành. Phần bây giờ chỉ là một cục.

Những thứ như điện trở sẽ thất bại do tiêu tán năng lượng quá mức - chúng quá nóng và các vật liệu chúng được tạo ra từ sự xuống cấp không thể đảo ngược. Ví dụ, lớp sơn mài ở bên ngoài điện trở xuyên lỗ có thể bị mất màu hoặc bị cháy, giá trị điện trở thay đổi khi phần tử bị oxy hóa cho đến khi cuối cùng nó thay đổi khỏi thông số kỹ thuật hoặc mở ra và bắt đầu phát điện. Dây điện và dấu vết PCB hoạt động giống như điện trở - quá nhiều dòng điện và lớp cách điện bị cháy, PCB bị loại bỏ hoặc dấu vết mở ra.

Trong các mạch điện áp thấp thường thì định mức điện áp không phải là vấn đề - nhưng nếu bạn lấy (giả sử) một điện trở 0805 20M thông thường và đặt 2kV cho nó, thì công suất sẽ chỉ là 200mW (có thể ở mức spec hoặc hơi bên ngoài nó) nhưng điện trở có thể vòng cung và gây ra thiệt hại không thể phục hồi gần như ngay lập tức. Tương tự như vậy, bạn có thể có vũ trang giữa các dấu vết.

Những thứ như tụ điện và oxit cổng MOSFET có thể thất bại khi chúng tiếp xúc với tiềm năng quá mức gây ra thiệt hại không thể khắc phục đối với lớp cách điện. Sẽ có một số hệ thống sưởi rất cục bộ (hoặc nhiều hơn tùy thuộc vào những gì xảy ra sau khi cách điện bị thủng) nhưng đó không phải là nguyên nhân chính.

Những thứ như các điểm nối diode và bóng bán dẫn có điện áp đánh thủng trên đó dòng điện tăng nhanh theo điện áp (đôi khi chúng bật lên với đặc tính kháng tuyết lở / âm). Nếu dòng điện bị giới hạn ở chỗ, hệ thống sưởi được giữ ở mức hợp lý (và không tăng quá nhanh để hệ thống sưởi không bị cục bộ đến các khu vực nhỏ) thì điều này có thể không phá hủy. Mặt khác, các mối nối có thể nóng lên cho đến khi chúng không còn là các mối nối bán dẫn tốt nữa (trong hàng trăm độ C để phá hủy một mối nối silicon).

Quay trở lại câu hỏi cụ thể của bạn về điện trở - không có điện áp nào bạn đề cập có khả năng chạy vào thông số điện áp tối đa trên điện trở (bất cứ điều gì dưới 25V bạn có thể quên đối với điện trở không phải là mối nguy hít phải).

Vì vậy, bạn còn lại với mức tiêu thụ năng lượng tối đa (và có thể là dòng điện tối đa nếu giá trị điện trở thấp một cách ngu ngốc, nhưng hãy bỏ qua điều đó). Dưới đây là bảng dữ liệu cho một loạt các điện trở, giả sử chúng ta có 10$\Omega$điện trở kích thước 0805. Công suất định mức được hiển thị là 0,125W và điện áp làm việc tối đa là 150V. Nếu bạn nhìn vào "Đường cong giảm sức mạnh":

.. bạn có thể thấy rằng công suất định mức giữ cho nhiệt độ môi trường lên tới 70 ° C, nhưng trên đó bạn phải xem xét đánh giá là ít hơn, theo đường cong. Tại sao nó chững lại ở 70 độ? Nhiều khả năng điện trở sẽ tồn tại ổn với công suất> 100% nếu môi trường xung quanh được giữ mát, nhưng nhà sản xuất không muốn chúng tôi thử nghiệm điều đó.

Hãy nhớ lại rằng sự tiêu hao năng lượng của một điện trở là

(vì sức mạnh là

Trong ví dụ đầu tiên của bạn, điện trở được cố định và bạn tăng gấp đôi điện áp - vì vậy công suất sẽ tăng thêm 4: 1. (từ 20W đến 80W) Nếu điện trở của bạn được định mức từ 80W trở lên (theo các điều kiện mà nó nhìn thấy trong hộp của bạn) thì tất cả sẽ ổn. Nếu không, nó có thể không. Thiệt hại là do hệ thống sưởi, là sản phẩm của điện áp và dòng điện (rõ ràng là dòng điện tăng vì điện áp tăng).

Trong ví dụ thứ hai của bạn, bạn đã tăng gấp đôi điện trở và công suất bây giờ là 40W thay vì 20W. Nếu điện trở được định mức cho 40W thì tất cả sẽ ổn.

Ví dụ thứ ba cũng cho kết quả là 40W tản. Vì vậy, nếu điện trở tốt cho 40W, bạn vẫn ổn.

Điện áp quá cao có xu hướng gây ra sự cố thảm khốc của bóng bán dẫn. Một khi bạn áp dụng ứng suất quá điện áp và bóng bán dẫn bị hỏng, chân sẽ hiển thị ngắn mạch (thường là chạm đất). Nếu bạn bắt được nó, hoặc giới hạn dòng điện lỗi một số cách, loại lỗi này sẽ không hiển thị bên ngoài IC. Nó có thể được nhìn thấy bằng kính hiển vi sau khi phơi bày khuôn.

Tất nhiên, sau khi pin không thành công, nếu dòng điện không bị giới hạn, thành phần này có thể sẽ trở nên khá nóng và cháy và có dấu hiệu hủy diệt rõ ràng hơn.

Nếu bạn cho phép quá nhiều dòng điện đi qua IC, bạn thường sẽ thấy khói ở một số điểm. Thành thật mà nói, tôi đã không có vấn đề với điều này rất thường xuyên. Rất nhiều cơ quan quản lý và như vậy được bảo vệ chống lại quá dòng. Nhưng tôi đã thấy điốt Zener loại ESD khói sau khi tiếp xúc lâu dài với dòng điện cao.

Điều này cũng có thể xảy ra với một bóng bán dẫn tiêu tán nhiều năng lượng hơn mức được đánh giá. Nhưng, như tôi đã nói, bằng cách nào đó tôi đã không phải đối phó với điều đó rất thường xuyên.

Cuối cùng, hầu hết mọi thứ đều thất bại do quá nhiều nhiệt. Nếu bạn đang nói về một tải thuần trở, chẳng hạn như bóng đèn, thì điều này là khá rõ ràng. Vượt quá điện áp và xếp hạng hiện tại, và bóng đèn bị cháy rất nhanh. Trong trường hợp này, bạn không thể tách quá nhiều điện áp khỏi quá nhiều dòng điện vì điện trở của bóng đèn ít nhiều không đổi nên việc nhân đôi điện áp sẽ tăng gấp đôi dòng điện và tăng gấp bốn lần công suất.

Những thứ như điốt và bóng bán dẫn cũng thường thất bại từ các vấn đề liên quan đến nhiệt. Lấy một diode và đặt một điện áp vượt quá điện áp đánh thủng ngược của nó. Khi diode đi vào sự cố ngược, nó sẽ cho dòng điện chạy qua. Dòng điện chạy qua thời gian diode giảm điện áp trên diode bằng công suất tiêu tán trong diode. Điốt có thể bị hỏng ở điện áp vài trăm volt, do đó, điều này có thể truyền nhiệt vào diode với tốc độ hàng trăm hoặc hàng nghìn watt, làm nóng mối nối trong diode rất nhanh và khiến nó bị nóng chảy. Nếu nó nóng lên đủ nhanh, nó có thể bốc hơi và bạn có được một 'tiếng nổ' đẹp. Điều tương tự xảy ra với bóng bán dẫn.

Sự cố điện môi có phần tương tự. Dây điện, đầu nối, cổng bóng bán dẫn MOSFET, v.v ... đều có thể bị hỏng do sự cố điện môi. Khi điện áp trên một chất cách điện quá cao, có thể là chất cách điện sẽ ngừng cách điện và thay vào đó sẽ bắt đầu cho một số dòng điện đi qua. Dòng chảy này có thể gây ra thiệt hại. Nếu điện áp đủ cao, sự cố điện môi có thể dẫn đến điện áp, có thể gây nóng, rỗ, v.v.

Trong một số trường hợp, bạn có thể gặp sự cố với điện áp quá THẤP. Nói chung, đây là một vấn đề khi bạn có bộ chuyển đổi chuyển đổi tăng cường được thiết kế kém, chẳng hạn như buck-boost hoặc SEPIC, cố gắng tăng điện áp đầu vào thấp và kết quả là tạo ra nhiều nhiệt bằng cách hoạt động ở mức thấp hiệu quả.

Một điều tôi cần lưu ý: xếp hạng công suất thường liên quan đến xếp hạng nhiệt độ vận hành. Công suất tối đa sau đó sẽ được xác định bởi khả năng của thiết bị tiêu tán năng lượng đó trong khi vẫn ở dưới nhiệt độ hoạt động tối đa. Có thể vượt quá quyền hạn định mức cho các thành phần nhất định trong các điều kiện nhất định. Ví dụ, điện trở 5W thực sự có thể tiêu tan 100W, miễn là nó chỉ làm điều đó ở chu kỳ nhiệm vụ 5% với thời gian đủ ngắn để điện trở không nóng lên đủ để gây ra thiệt hại (tức là 100W trong 10 giây có thể gây ra nó thất bại, nhưng 100W cho 10us có lẽ sẽ ổn). Cũng có thể tiêu tan 100W trong điện trở 5W liên tục nếu bạn có thể xây dựng một hệ thống để kéo nhiệt ra khỏi điện trở đủ nhanh để giữ nhiệt độ bên trong điện trở trong phạm vi hoạt động của nó (nghĩa là

điện trở được đánh giá bằng lượng điện năng mà chúng có thể tiêu tan mà không bị hư hại.

Công suất cho mạch hoàn toàn phục hồi là:

P = V * tôi

1) Công suất tiêu tán ban đầu là 20W (10V * 2A), sau đó thay đổi thành 80W (20V * 4A)

2) Bây giờ công suất tiêu tán là 40W (20V * 2A)

3) Bây giờ công suất tiêu tán là 40W (10V * 4A)

Các thiệt hại được gây ra bởi điện trở tiêu tán nhiều năng lượng hơn so với đánh giá, thông qua nhiệt.