一.   整改背景

通過交流過零檢測電路調制交流風扇電壓導通時間，可以實現(xiàn)交流風扇調速。圖1所示為交流過零檢測電路。一直以來，沒有關注到R1~R4的功耗問題，設備也一直運行正常，直到最近，設備經歷了近三年的客戶洗禮，開始出現(xiàn)了一例客訴：風扇無法啟動。經過排查，發(fā)現(xiàn)是電阻R2和整流橋U1損壞，線路斷開，造成過零檢測電路失效。

圖1 過零檢測電路

1. 過零檢測原理

電路中R1~R4起電壓降幅作用，衰減后的波形經過整流橋后，負半軸波形翻轉到上半軸，如圖2所示。

圖2 負半軸電壓翻轉

利用光耦的二極管導通和光耦隔離特性，經過光耦后，波形調制成脈沖形式的過零檢測信號，方便MCU檢測，如圖3所示。

圖3 過零檢測信號轉化

2. 電阻發(fā)熱分析

電路中R1~R4采用的是0805封裝1/8W的8.2K電阻。

先來近似計算每個電阻的實際功耗。

總功耗計算公式

其中U_I為輸入電壓，有效值220V，R_N為總電阻32.8K，代入公式可得出總功耗Q_N=1.494W，由此可得出每一個電阻功耗為0.373W，已遠遠超出電阻的額定功率1/8W。

圖4所示，左圖是自然對流散熱下檢測到的溫度122℃，右圖是強制對流散熱下檢測的溫度88℃

圖4 原始電阻參數(shù)檢測的電阻溫度

二．整改記錄

1. 更換大封裝電阻

將0805封裝1/8W的8.2K電阻更改為2512封裝1W的8.2K電阻，即單純換成更大封裝的電阻。從上面的計算結果來說，電阻額定功率1W，遠大于0.373W，裕量很大，理論上應該是安全的，但實際測試結果，改善效果很有效。

如圖5所示，自然對流散熱下108℃，強制對流散熱下73℃。相比0805封裝1/8W電阻，溫升下降15℃左右，溫度仍然很高，長期使用，仍有很大風險。

圖5 更換大封裝電阻的溫度檢測結果

2. 增大阻值

將0805封裝1/8W的8.2K電阻更改為0805封裝0.5W的15K電阻。

阻值變化，重新計算功耗，可得出每個電阻功耗為0.201W，選用0.5W額定功率的電阻，理論上也是安全的。

如圖6是更改后檢測的溫度結果，自然對流散熱下80℃，強制對流散熱下60℃。

圖6 增大阻值后的溫度檢測結果

3. 更換大封裝和增大阻值

將0805封裝1/8W的8.2K電阻更改為2512封裝1W的15K電阻。

如圖7所示，自然對流散熱下73℃，強制對流散熱下51℃。相較于0805封裝0.5W的15K電阻，溫升下降7~9℃。

圖7 增大阻值和封裝后的溫度檢測結果

三．遺留問題

降低器件溫度，首選還是降低器件功耗，效果非常顯著。選用大封裝的，通常額定功率也大，也會有明顯的效果，當然也可以通過優(yōu)化器件布局、增加銅皮面積等其他措施加強散熱。

這次本想通過計算，量化各散熱整改方案的影響，奈何水平有限，嘗試著從熱傳導、熱輻射和熱對流角度去推導，但計算結果對不上。PCBA上器件眾多，影響因素也多，有些關鍵數(shù)據(jù)，查詢的結果也未必權威。暫且就留下兩個疑問吧，后續(xù)會繼續(xù)推導分析。

1. 選用0805封裝1/8W的8.2K電阻時，電阻功耗0.373W，遠大于額定功率0.125W，為什么電阻不會很快損壞？

2. 選用2512封裝1W的8.2K電阻時，電阻功耗0.373W，相對于額定功率1W，有62.7%的降額，為什么溫升仍然很高，達到108℃？

四．參考資料

1. https://roll.sohu.com/a/750298037_121124362

2. https://mp.weixin.qq.com/s/nchsrMav5QYif7SbiqP6Bw

3. https://mp.weixin.qq.com/s/wvkU0wjsGnyWB97SAf2GWA