應(yīng)用于定制電源的高壓貼片電阻

市場(chǎng)上有各種各樣的電源，這些設(shè)計(jì)中電阻器的各種應(yīng)用極大地?cái)U(kuò)展了選擇范圍。因此，出于本文的目的，電源將被稱(chēng)為具有高達(dá)幾kV的固定DC輸出的設(shè)備。各種貼片電阻被應(yīng)用其中，包括應(yīng)用于定制電源的高壓貼片電阻。

無(wú)論使用哪種應(yīng)用，電源設(shè)計(jì)人員都必須了解適用于該地區(qū)的有關(guān)安全或環(huán)境的特定規(guī)定以及實(shí)際的電氣性能。本文將研究在調(diào)節(jié)電源輸出和保護(hù)電源免受故障影響時(shí)使用電阻器的情況。

電源的命名通常取決于輸入是交流還是直流，以及使用哪種類(lèi)型的調(diào)節(jié)來(lái)提供正確的直流輸出-通常是開(kāi)關(guān)模式還是線(xiàn)性。電源電壓通常為AC-DC電源供電，而DC-DC電源則可以由電池或任何其他DC電源供電。這些DC-DC轉(zhuǎn)換器使用開(kāi)關(guān)模式技術(shù)將輸入電壓更改為較高（升壓）或較低（降壓）輸出電壓。

現(xiàn)成的電源可用于許多市場(chǎng)和一般用途，但在某些情況下需要定制設(shè)計(jì)。電阻制造商和供應(yīng)商（例如Riedon）在幫助客戶(hù)為每種應(yīng)用選擇正確的組件方面擁有多年的經(jīng)驗(yàn)。

線(xiàn)性穩(wěn)壓器

要了解電源中組件的作用，有必要了解電源如何工作的基礎(chǔ)知識(shí)。許多工程師會(huì)記得設(shè)計(jì)類(lèi)似于圖1的電路。該電路使用齊納二極管為負(fù)載（R 2）提供恒定電壓。R 1用于提供*小電流以保持齊納二極管恒定擊穿，并提供負(fù)載電流。

簡(jiǎn)單的齊納穩(wěn)壓器電路，這種類(lèi)型的系統(tǒng)適用于低功率，電源電壓和負(fù)載相當(dāng)恒定的電路。如果負(fù)載電流減小或電源電壓顯著增加，則二極管可能會(huì)超過(guò)其額定功耗。只要額定為齊納二極管和負(fù)載的總功率，這樣的電路中的電阻很容易指定。

對(duì)于可能會(huì)有電源或負(fù)載變化的電源，串聯(lián)設(shè)計(jì)可以使用傳輸晶體管，該晶體管將確保負(fù)載電流穩(wěn)定，并將電壓輸出降低至所需值。此類(lèi)設(shè)計(jì)通常使用IC或低壓降（LDO）調(diào)節(jié)器來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載電源。由R 1  和R 2 形成的分壓器感測(cè)并設(shè)置相對(duì)于參考電壓的電壓輸出。如果電路具有固定輸出，則分頻器將位于內(nèi)部；否則，分壓器將位于內(nèi)部。對(duì)于其他應(yīng)用，可以在外部放置一個(gè)或兩個(gè)電阻。

選擇電阻值以提供所需的比率，因此重要的考慮因素是精度。如果比較器電路具有高增益和高輸入阻抗，則可以使用上式輕松計(jì)算出壞情況的值，首先 是*大R 1和 *小R 2，然后 *大R 2和 *小R 1。這些計(jì)算顯示了與所需輸出的*大電位偏差。

開(kāi)關(guān)電源

線(xiàn)性電源的效率很低，這是因?yàn)樵诖?lián)調(diào)整裝置和負(fù)載中都消耗了能量。負(fù)載上的電壓降越高，效率越低。

線(xiàn)性串聯(lián)穩(wěn)壓器的簡(jiǎn)化圖

為了提高效率，通常使用另一種電源拓?fù)?。開(kāi)關(guān)電源（SMPS）接收未穩(wěn)壓的輸入DC電壓，并以高頻（10kHz至1MHz）對(duì)其進(jìn)行切換。占空比確定整流和平滑后的直流輸出電壓。

SMPS輸出的調(diào)節(jié)也使用一個(gè)分壓器，但這一次調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率和占空比。通過(guò)避免線(xiàn)性穩(wěn)壓器的電壓降帶來(lái)的損耗，SMPS可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)95％的效率。SMPS還可以比類(lèi)似額定線(xiàn)性AC-DC電源更緊湊，因?yàn)楦哳l變壓器和濾波/儲(chǔ)能電容器要小得多。

SMPS的主要缺點(diǎn)是它必須具有*小的負(fù)載。空載條件可能會(huì)損壞電源。為了避免這種情況，設(shè)計(jì)人員經(jīng)常使用功率電阻作為虛擬負(fù)載。如果分離了主負(fù)載，則該電阻旨在吸收*小的指定負(fù)載。自然，虛設(shè)電阻會(huì)耗散功率，這會(huì)影響整體電源效率，并且在指定電阻時(shí)需要加以考慮。解決該問(wèn)題的另一種方法是，如果負(fù)載開(kāi)路，則在輸出端使用分流電阻。為了安全起見(jiàn)，SMPS設(shè)計(jì)中也使用了其他電阻。低歐姆，大功率電阻器通常可以防止出現(xiàn)過(guò)壓情況。限流設(shè)計(jì)可防止短路。

這種類(lèi)型的開(kāi)關(guān)技術(shù)還用于DC-DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)中，以將一個(gè)DC電壓值更改為另一個(gè)值。降壓轉(zhuǎn)換器的操作與前面描述的SMPS設(shè)計(jì)非常相似。使用電荷泵技術(shù)，升壓轉(zhuǎn)換器輸出的電壓高于輸入電壓。兩種技術(shù)都使用類(lèi)似的方法來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓和保護(hù)電路。

電阻在電源設(shè)計(jì)中的其他用途

排泄電阻器 主要用于使電路中的電容器放電。它們與負(fù)載并聯(lián)放置，并用于AC-DC和DC-DC轉(zhuǎn)換器中，分別使平滑電容器和儲(chǔ)能電容器放電。切斷電源后，電容器會(huì)保持其電荷，可能會(huì)對(duì)用戶(hù)造成危險(xiǎn)。選擇用于該任務(wù)的電阻器時(shí)要平衡兩個(gè)主要點(diǎn)：它們應(yīng)具有足夠高的電阻，以在電路工作時(shí)消耗很少的功率，同時(shí)應(yīng)具有足夠低的值以使電容器快速放電。

浪涌限制電阻器(抗浪涌貼片電阻) 限制了初接通AC-DC電源并且存儲(chǔ)電容器正在充電時(shí)可浪涌的電流量。這些電阻通常值很低，并且與交流電源線(xiàn)串聯(lián)設(shè)計(jì)。對(duì)于更高功率的電源，通常為此目的使用負(fù)溫度系數(shù)（NTC）電阻。這些電阻的電阻會(huì)隨著自身發(fā)熱而降低。使用這種電阻器的一個(gè)缺點(diǎn)是在操作過(guò)程中必須保持溫度恒定以確保維持低電阻。第三種解決方案涉及使用耐脈沖電阻，該電阻通常以焦耳為單位進(jìn)行能量額定。這比瓦特?cái)?shù)指定的正常連續(xù)功率額定值更好地說(shuō)明了它們的功能。

當(dāng)使用多個(gè)電源時(shí)，平衡電阻會(huì) 調(diào)節(jié)負(fù)載電流。通常，與使用單個(gè)高電源相比，以并聯(lián)方式使用多個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器可能會(huì)更便宜，同時(shí)還具有更高的能源效率和緊湊性。設(shè)計(jì)這種類(lèi)型的電路時(shí)，不可能僅將輸出捆綁在一起。必須有一種方法來(lái)確保負(fù)載平均分配。圖3顯示了R  SHARE  電阻占據(jù)了轉(zhuǎn)換器輸出之間的余量。

平衡電阻在DC-DC轉(zhuǎn)換器之間分擔(dān)負(fù)載

圖3平衡電阻在DC-DC轉(zhuǎn)換器之間分擔(dān)負(fù)載

這種負(fù)載分擔(dān)方法還用于其他類(lèi)型的電源設(shè)計(jì)中，尤其是那些使用功率晶體管的設(shè)計(jì)。多個(gè)并聯(lián)的晶體管為負(fù)載供電，而負(fù)載共享電阻器則串聯(lián)使用。

圖4顯示了另一個(gè)需要平衡的場(chǎng)合。在這種情況下，儲(chǔ)能電容器被設(shè)計(jì)成與DC電源輸出串聯(lián)。電解電容器的泄漏電流像電阻一樣與電容器R L1  和R L2并聯(lián) 。這些電阻值可能會(huì)發(fā)生很大變化，并且由于它們充當(dāng)輸出兩端的分壓器，因此可能導(dǎo)致電容器兩端的電壓差異，從而有可能超過(guò)電容器的額定值。匹配的電阻器R B1  和R B2 抵消了這種影響。

平衡電阻可確保輸出電容器兩端的電壓相等

圖4平衡電阻可確保輸出電容器兩端的電壓相等

高壓分壓器 用于向調(diào)節(jié)電路提供反饋。這些電阻器通?？梢跃哂休o助用途，例如監(jiān)視除顫器中的高壓電源，為存儲(chǔ)電容器充電以及以所需的電荷水平切斷電源。

高電流檢測(cè) 用于測(cè)量電源電流。使用并聯(lián)電流表原理進(jìn)行測(cè)量，在該原理中，串聯(lián)放置一個(gè)低值電阻器，并測(cè)量電壓降以計(jì)算電流。這類(lèi)電路的設(shè)計(jì)者必須在低電阻值的電阻和高電阻之間進(jìn)行選擇，以減小產(chǎn)生的熱量和功率損耗，該電阻值應(yīng)易于測(cè)量。

電源設(shè)計(jì)中的電阻器幾乎每種應(yīng)用都有不同的規(guī)格優(yōu)先級(jí)和性能要求。這些電阻包括需要能夠承受高電壓，電流和功率的電阻，以及要求低容差的電阻。通常需要專(zhuān)門(mén)的屬性，例如電涌能力或負(fù)TCR。