ワット数を決定する方法

製品の属性やデータシートにパラメータが実際にリストされていない部品のワット数をすばやく決定する方法はいくつかあります。 多くの部品がこの定格を持っています。なぜなら、設計にとって重要であるため、製品説明では絶対に必要だからです。 いくつかの例には、電源、抵抗器、ほとんどのACまたはDCファン、ほとんどのACまたはDCモータ、および電力を直接扱うその他のものが含まれます。 しかし、定格のない多くの電子部品があり、これは懸念を引き起こす可能性があります。 答えは尋ねられたアイテムの種類によって異なります。 利用すべき電力計算用の2つの基本的な公式があります。

P = I * V=I^{2}*R

ここで、「I」は測定/計算された電流、Vは測定/計算された電圧、Rは電流が流れる経路上の抵抗成分または抵抗器の値です。

電力定格の3つのタイプ

考慮すべき電力定格には3つのタイプがあります。 生成された電力(供給側)、消費された電力(負荷側)、および部品のタイプに応じて負荷側または供給側のいずれかの値であり、部品が焼損する前に処理できる絶対最大値である最大電力定格があります。 たとえば、電力コンバータには、最大電流入力要件と最大電流出力仕様があります。 入力電流が最大入力電流を超えると、電源の負荷が過負荷になり、焼損します。 負荷によって必要な出力電流を超えると、負荷が適切に機能せず、電源装置が長持ちしない可能性があります。

受動部品

信じられないかもしれませんが、コンデンサとインダクタは完璧なデバイスではありません。 ESR相当とDC抵抗相当があるのは、リークと呼ばれる要素があるためです。 リークは、デバイス内のすべての材料が、抵抗値がどのように決定されるかに基づいて、ある種の抵抗損失を持つという事実に基づいています。 デバイスは通常、それと同等のものをデータシートにリストします。

コンデンサ

コンデンサの一覧にはすべて電圧定格がありますが、電流定格や電力定格は記載されていません。 コンデンサは、回路設計で使用される最大電圧に大きく依存します。 電流データが記載されない理由は、コンデンサの基本的な動作に基づいています。 コンデンサが非発振で使用される場合、漏れが非常に少ないため、コンポーネントが消費する電力はほとんどありません。 寄生電力損失は、次の式で決定します。

P_{CLeak}=I^{2}*R_{ESR}

ここで、「I」は配線上で測定/計算された電流であり、RESRは直列等価抵抗です。 オームの法則はV = I x Rであり、代数を使用して処理できることを覚えておいてください(したがって、電力方程式も処理できます)。 抵抗値に基づいて一緒に機能するこれら3つの部品の組み合わせについて、ACアプリケーションまたは発振DCアプリケーションでの電力損失を決定することはより簡単です。 技術的には、電流はコンデンサの層間絶縁に基づいてコンデンサを通過していませんが、電圧が急速に変化して層間に電位差が生じるため、電流を層間に流します。

インダクタ

インダクタには電流定格が記載されていますが、電圧定格や電力定格は記載されていません。 インダクタは、回路設計で使用される最大電流に依存します。 インダクタが焼損する前にどれだけの電力を処理できるかを決定するには、回路で使用される電圧に電流定格を掛けます。 インダクタの抵抗による電力損失を決定するには、DC抵抗(DCR)を取得し、それをP = I ^ 2 * Rの式に使用して、大きな損失があるかどうかを判断します。

ケーブルとワイヤ

ワイヤに関する特別な注意は、最大電流は使用されるワイヤ径によって決まるということです。 シングルコアUL-CSAでテストされたケーブルについて、30℃で4/0〜24 AWGの電流量の表を示します。データは、ワイヤのテスト方法に基づいて変更される可能性があります。

ワイヤ径と電流容量の表
AWGサイズ 電流容量(アンペア)
4/0 325
3/0 275
2/0 225
1/0 200
1 180
2 170
3 154
4 120
6 95
8 75
10 52
12 34
14 24
16 20
18 9.5
20 6.0
22 5.0
24 3.5

電流を測定または表を参照または計算した後、定格電圧にその電流を掛け、ケーブルが処理できる定格電力を計算します。

能動部品

同じ式が能動部品にも適用され、ワット数を求めることができます。 私が言及すべき唯一のことは、ほとんどのアイテムが最大電流と最大電圧定格を提示していることです。 したがって、ワット数がこの方法で計算された場合、それは消費または生成された最大ワット数になります(負荷か供給かによって異なります)。 また、モータやファンなどの一部のコンポーネントは、ファンが動作している状態のために駆動電流と電圧が変化します。通常、メーカーは公称値を提供しており、公称電力を計算できます。 これは、ファン/モータが最適な条件で消費するおおよその電力で、条件が満たされない場合は変更の必要があります。 ヒートシンクを必要とするアイテムも電圧または電流が変化する可能性があるため、適切なヒートシンクを使用することをお勧めします。そうしないと、違いが生じます。

RMS定格

ワット数の最後のトピックは、電圧と電流の二乗平均平方根(RMS)定格を持つアイテムです。 これらは、交流アプリケーションおよび一部の発振DC回路に適用されます。 電力はこれらの値から計算できますが、計算結果もRMS値です。 精巧なACグリッドでは絶対的な電力を見つけるのが複雑になるため、ほとんどのメーカーはRMS値のみを考慮します。








オリジナル・ソース(英語)

デイヴさんの提言:

「電流データが記載されない理由は、コンデンサの基本的な動作に基づいています。 コンデンサが非振動、非電圧変化のDCアプリケーションで使用される場合、コンポーネントによって引き出される電流はほとんどありません。 次の式で寄生電力損失を決定します。」

誤りです。 ESRは漏れ抵抗であり、周波数は関係ありません。 抵抗器(抵抗)は周波数の影響を受けません。

「電流がコンデンサを通過する可能性がそのような状況では大きいため、ACアプリケーションまたはコンデンサの振動/電圧変化DCアプリケーションでの電力損失を決定することはより簡単です。」

誤りです。電流はコンデンサを通過しません。 欠陥がある場合、または漏れている場合を除きます。 電流は通過するように見えますが、通過しません。 誘電体には電流界ではなく電界があります。

「幸いなことに、定格電流がわかるため、インダクタの電力損失を決定するのは簡単です。 設計で使用されている電圧をすべて取り、それをインダクタの定格電流で乗算します。」

誤りです。 定格電圧と電流は電力損失と同じではありません。 電力損失は抵抗性(ワイヤの銅損)であり、電流の二乗とオーム抵抗(DCまたはRMSベース)またはAC / RFでは電流の積の関数です。

設計の電圧 x インダクタ電流は、インダクタではなく、回路の他の部分の電力です。

私たち自身の物理法則を作り上げることはできません。

Kaleb_Kohlhaseさんの返答:

コンデンサは、漏れ抵抗のために純粋なDC動作でも少しは電力を消費します。その量はほとんど無視されるため、設計者はほとんどの場合ESRについて心配する必要はありません。 すべてのアイテムには何らかの寄生損失があります(完全な静電容量、完全な抵抗、完全なインダクタンスなどはありません)。 電力方程式は、任意の電圧、任意の電流、および任意の抵抗値に適用されます(抵抗だけではありません)。

コンデンサを通過しない電流に関する記述は正しいです… ESR定格を無視して純粋なDCアプリケーションを想定すると、さもなくば電流が両側で適切に導通する可能性があります。 電圧を十分に速く変化させるものであれば、電流はコンデンサが直列に接続されていることを気にしません。

image

上の画像は、0 Vから5 Vまでの0.1VステップでのDCスイープのLTSpiceシミュレーションです。 ESRリーク(フェムトアンペアのレベル)に基づいて回路を通過する非常に小さい最小電流がありますが、回路全体が実質的にリークをゼロと見なします。 図のコンデンサのESRは500ミリオームです。 したがって、事実上、回路はワット数を消費しません。 実際には最大0.0125fWを消費します。 ただし、このアプリケーションを検討してください。

image

これは、最大1.1秒の非常に遅い三角波を発生する同じ回路です。 電圧は、ライン上で最大+/- 25マイクロアンペアの非常に高い電流引き込みを引き起こすのに十分な速さで変化しており、消費電力が124マイクロワットに増加します。 これは、フェムトワット数と比較して9.92テラワットの差の乗算係数です。これは、高い周波数での高精度設計におけるはるかに重要な電力損失です。 コンデンサの動作を反映するように用語を修正しました。

実際に電力は、デバイスの定格電流と供給電圧に基づいて計算できます。 次に、計算された電力は、デバイスが故障または完全に焼損する前に処理できる電力になります。 P = IVおよびP = I ^ 2R。 インダクタがその量を消費しないと言われることは正しいです(これは、DC抵抗同等があるかどうかによって異なります)。