应用于定制电源的高压贴片电阻

市场上有各种各样的电源,这些设计中电阻器的各种应用极大地扩展了选择范围。因此,出于本文的目的,电源将被称为具有高达几kV的固定DC输出的设备。各种贴片电阻被应用其中,包括应用于定制电源的高压贴片电阻

无论使用哪种应用,电源设计人员都必须了解适用于该地区的有关安全或环境的特定规定以及实际的电气性能。本文将研究在调节电源输出和保护电源免受故障影响时使用电阻器的情况。

电源的命名通常取决于输入是交流还是直流,以及使用哪种类型的调节来提供正确的直流输出-通常是开关模式还是线性。电源电压通常为AC-DC电源供电,而DC-DC电源则可以由电池或任何其他DC电源供电。这些DC-DC转换器使用开关模式技术将输入电压更改为较高(升压)或较低(降压)输出电压。

现成的电源可用于许多市场和一般用途,但在某些情况下需要定制设计。电阻制造商和供应商(例如Riedon)在帮助客户为每种应用选择正确的组件方面拥有多年的经验。

线性稳压器

要了解电源中组件的作用,有必要了解电源如何工作的基础知识。许多工程师会记得设计类似于图1的电路。该电路使用齐纳二极管为负载(R 2)提供恒定电压。R 1用于提供*小电流以保持齐纳二极管恒定击穿,并提供负载电流。

简单的齐纳稳压器电路,这种类型的系统适用于低功率,电源电压和负载相当恒定的电路。如果负载电流减小或电源电压显着增加,则二极管可能会超过其额定功耗。只要额定为齐纳二极管和负载的总功率,这样的电路中的电阻很容易指定。

对于可能会有电源或负载变化的电源,串联设计可以使用传输晶体管,该晶体管将确保负载电流稳定,并将电压输出降低至所需值。此类设计通常使用IC或低压降(LDO)调节器来调节负载电源。由R 1  和R 2 形成的分压器感测并设置相对于参考电压的电压输出。如果电路具有固定输出,则分频器将位于内部;否则,分压器将位于内部。对于其他应用,可以在外部放置一个或两个电阻。

选择电阻值以提供所需的比率,因此重要的考虑因素是精度。如果比较器电路具有高增益和高输入阻抗,则可以使用上式轻松计算出坏情况的值,首先 是*大R 1和 *小R 2,然后 *大R 2和 *小R 1。这些计算显示了与所需输出的*大电位偏差。

应用于定制电源的高压贴片电阻

开关电源

线性电源的效率很低,这是因为在串联调整装置和负载中都消耗了能量。负载上的电压降越高,效率越低。

线性串联稳压器的简化图

为了提高效率,通常使用另一种电源拓扑。开关电源(SMPS)接收未稳压的输入DC电压,并以高频(10kHz至1MHz)对其进行切换。占空比确定整流和平滑后的直流输出电压。

SMPS输出的调节也使用一个分压器,但这一次调节开关频率和占空比。通过避免线性稳压器的电压降带来的损耗,SMPS可以实现高达95%的效率。SMPS还可以比类似额定线性AC-DC电源更紧凑,因为高频变压器和滤波/储能电容器要小得多。

SMPS的主要缺点是它必须具有*小的负载。空载条件可能会损坏电源。为了避免这种情况,设计人员经常使用功率电阻作为虚拟负载。如果分离了主负载,则该电阻旨在吸收*小的指定负载。自然,虚设电阻会耗散功率,这会影响整体电源效率,并且在指定电阻时需要加以考虑。解决该问题的另一种方法是,如果负载开路,则在输出端使用分流电阻。为了安全起见,SMPS设计中也使用了其他电阻。低欧姆,大功率电阻器通常可以防止出现过压情况。限流设计可防止短路。

这种类型的开关技术还用于DC-DC转换器设计中,以将一个DC电压值更改为另一个值。降压转换器的操作与前面描述的SMPS设计非常相似。使用电荷泵技术,升压转换器输出的电压高于输入电压。两种技术都使用类似的方法来调节输出电压和保护电路。

电阻在电源设计中的其他用途

排泄电阻器 主要用于使电路中的电容器放电。它们与负载并联放置,并用于AC-DC和DC-DC转换器中,分别使平滑电容器和储能电容器放电。切断电源后,电容器会保持其电荷,可能会对用户造成危险。选择用于该任务的电阻器时要平衡两个主要点:它们应具有足够高的电阻,以在电路工作时消耗很少的功率,同时应具有足够低的值以使电容器快速放电。

浪涌限制电阻器(抗浪涌贴片电阻) 限制了初接通AC-DC电源并且存储电容器正在充电时可浪涌的电流量。这些电阻通常值很低,并且与交流电源线串联设计。对于更高功率的电源,通常为此目的使用负温度系数(NTC)电阻。这些电阻的电阻会随着自身发热而降低。使用这种电阻器的一个缺点是在操作过程中必须保持温度恒定以确保维持低电阻。第三种解决方案涉及使用耐脉冲电阻,该电阻通常以焦耳为单位进行能量额定。这比瓦特数指定的正常连续功率额定值更好地说明了它们的功能。

当使用多个电源时,平衡电阻会 调节负载电流。通常,与使用单个高电源相比,以并联方式使用多个DC-DC转换器可能会更便宜,同时还具有更高的能源效率和紧凑性。设计这种类型的电路时,不可能仅将输出捆绑在一起。必须有一种方法来确保负载平均分配。图3显示了R  SHARE  电阻占据了转换器输出之间的余量。

平衡电阻在DC-DC转换器之间分担负载

图3平衡电阻在DC-DC转换器之间分担负载

这种负载分担方法还用于其他类型的电源设计中,尤其是那些使用功率晶体管的设计。多个并联的晶体管为负载供电,而负载共享电阻器则串联使用。

图4显示了另一个需要平衡的场合。在这种情况下,储能电容器被设计成与DC电源输出串联。电解电容器的泄漏电流像电阻一样与电容器R L1  和R L2并联 。这些电阻值可能会发生很大变化,并且由于它们充当输出两端的分压器,因此可能导致电容器两端的电压差异,从而有可能超过电容器的额定值。匹配的电阻器R B1  和R B2 抵消了这种影响。

平衡电阻可确保输出电容器两端的电压相等

图4平衡电阻可确保输出电容器两端的电压相等

高压分压器 用于向调节电路提供反馈。这些电阻器通常可以具有辅助用途,例如监视除颤器中的高压电源,为存储电容器充电以及以所需的电荷水平切断电源。

高电流检测 用于测量电源电流。使用并联电流表原理进行测量,在该原理中,串联放置一个低值电阻器,并测量电压降以计算电流。这类电路的设计者必须在低电阻值的电阻和高电阻之间进行选择,以减小产生的热量和功率损耗,该电阻值应易于测量。

电源设计中的电阻器几乎每种应用都有不同的规格优先级和性能要求。这些电阻包括需要能够承受高电压,电流和功率的电阻,以及要求低容差的电阻。通常需要专门的属性,例如电涌能力或负TCR。

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