高壓電阻器設計的 10 個技巧 - 技術文章 （eepower.）com)
優化的策略在設計週期的早期優先定義和測試關鍵元件。 高壓電阻器就是這樣一種元件。 以下是使用高壓電阻器進行設計的 10 個技巧。
優化的策略在設計週期的早期優先定義和測試關鍵元件。 “高電壓”是乙個可以有多種含義的術語，但在這裡我們考慮的是電壓範圍為 1 至 100 kV 的電路。
該量表低端的乙個例子是自動體外除顫器，其中電容器充電至 5 kV，然後通過精確校準的浪湧輸送給患者，從而挽救生命。 堅持醫療保健主題，但在天平的另一端，我們有醫療 X 射線，它是通過在大約 70 kV 下加速電子然後用金屬靶突然停止它們而產生的。 仔細控制這種電壓變化可以對系統進行調整，以捕獲軟組織或不同骨骼厚度的影象。 這些只是高壓應用的兩個例子，在這些應用中，電阻器（通常是最簡單的市售元件）的重要性被提公升，以在要求苛刻的應用中提供關鍵保護和精確控制。 基於多年來對需要高壓電阻器的設計人員的支援，本文提出了十個技巧，不僅在醫療領域，而且在工業、交通和科學領域。
1.了解額定電壓
電阻器的初級額定電壓是其限幅元件電壓 （lev），有時也稱為工作電壓。 這是可以施加在歐姆值大於或等於臨界電阻的電阻器上的最大連續電壓。 低於此值時，最大電壓受額定功率（（p）至，sqrt[2，p cdot r）的限制。 通常，它是 DC 或 AC RMS，但高壓裝置的資料表可能將其定義為 DC 或 AC 峰值。 與此相關的是過載電壓額定值，通常為 2 到 25 秒 lev 2 或 5 次。 通常，較高的峰值電壓可以在短時間內承受，如資料表的脈衝效能部分所示。 最終額定值是隔離電壓，它是電阻器和與其絕緣體接觸的導體之間可以施加的最大連續電壓。
2.分立電阻的分壓
分壓器需要將高阻值電阻r1與低阻值電阻r2串聯，如圖1所示。
電壓比由公式給出。
需要注意的是，電壓比與電阻比r1、12不同，而是偏移了1。 例如，要獲得 1000 的電壓比，您需要定義 999 的電阻比。 對於分立電阻器設計，最好選擇標準值，表1給出了一些十進位電壓比的示例。
選擇標稱值後，下乙個考慮因素是所需的公差。 電阻比的容差只是各個電阻器的容差之和。 這些不一定相同; 通常，在低壓部件上選擇更嚴格的公差是最經濟的。 例如，高壓 R1 為 1%，低壓 R2 為 0在 1% 時，電阻比容差為 11%。對於超過50：1的電壓比，電壓比的容差實際上與電阻比的容差相同。
3.指定整合分壓器
帶有整合 R 的高壓分壓器 1 和 R2 可以整合到三端子元件中，如 TT Electronics 的 HVD 系列所示（圖 2）。 這種方法具有許多精度優勢。 例如，可以精確定義目標電壓比，而不受選擇標準的約束。
為積分分頻器指定的值通常是低值 R2 和總值 R1+ R2此外，電壓比的公差可以通過微調過程直接控制，因此可以比電阻值的絕對公差嚴格得多。 例如，R1 和 R2 可以定義為 2% 的絕對容差，但電壓比可以調整為 05%的公差。 類似的優點也適用於電阻溫度係數 （TCR），其中跟蹤 TCR 可確定電壓比的溫度穩定性，該電壓比可能低於電阻元件的絕對 TCR。 此外，還可以設計將該匹配元件擴充套件到壽命漂移和電壓電阻率 （VCR） 區域的分壓器，儘管這通常需要定製設計。
4.評估分頻器中的 TCR 和 VCR 錯誤
R1 值足夠高，電壓足夠低，因此分壓器內的自發熱水平較低。 如果是這種情況，則分別測量 TCR 和 VCR 效果相對容易。 使用環境室計算 TCR 效應，並將得到的品質因數定義為以 ppm °C 為單位的電壓比溫度係數 （= FRAC}），其中 VRHT 和 VRLT 是高溫和低溫下的電壓比，HT 和 LT 是高溫和低溫。
VCR效應的相應品質因數同樣定義為電壓比電壓係數（= frac}），單位為ppm °V，其中VRHV和VRLV是高壓和低壓下的電壓比，HV和LV是高壓和低壓。
如果自發熱不可忽略，則在TCR測試中，應調整腔室溫度以給出正確的HT值，並應分配時間使溫度穩定。 VCR測試應持續時間較短，以儘量減少溫公升。 或者，環境暗箱可用於測量較高溫度下的低電壓，反之亦然，從而抵消電阻隨溫度變化的變化。
5.計算洩放電阻的值
EAK洩放電阻器用於在斷電後將電容器放電至安全電壓水平。 洩放電阻器可以在電容器上切換，以實現快速放電而不會產生靜電耗散，也可以永久連線以實現高可靠性和低成本。 在後一種情況下，在達到安全放電所需的時間和靜態功率損耗之間進行權衡。 通過指數放電計算選擇最大合適的歐姆值：
其中 Td 是放電時間，C 是假設最大正容差的電容值，Vt 是安全閾值電壓，VO 是初始電壓。 允許公差的最高標準值低於應使用的Rmax值。
對於所選值 r，初始功率由 p o= vo2 r 給出對於開關式鼓酒器，這是峰值功率。 對於永久連線的洩放器，它是連續耗散的，所選擇的電阻器必須相應地額定。
6.選擇合適的平衡電阻
所有鋁電解電容器在連線到直流電壓時都會產生洩漏電流。 這可以通過與電容器併聯的漏電阻來建模。 該電阻是非線性的，也就是說，它的值是施加電壓的函式。 在這種情況下，該值沒有明確定義，並且從乙個電容器到另乙個電容器差異很大。 在為高壓直流母線構建電容儲液器時，可能需要使用兩個電容器的串聯組合，每個電容器的額定電壓是總線電壓的一半。 如果電容器相同，則總線電壓將在它們之間均勻分布。 然而，在實踐中，漏電阻會發生變化，導致具有較高漏電阻的電容器分布不均勻，並可能出現電壓過載。
解決方案是將平衡電阻（如圖3所示）與每個電容器併聯。 這些是具有合適額定電壓的高電阻電阻器，其值匹配在百分之幾以內。 該值需要盡可能高，以儘量減少功率耗散，但一般選擇不超過電容器額定電壓下漏電阻最小值的10%。 這樣，不平衡內部電容器的漏電阻效應被平衡電阻的作用淹沒，電壓大致相等。
7.可承受高壓浪湧
有時，設計人員在研究高壓電阻器時會這樣做，因為他們的電路必須能夠承受高壓瞬變。 如果連續電壓應力不需要高壓額定值，那麼低壓但抗浪湧的元件可能是最佳解決方案。 例如，EAK 的 5W 繞線高浪湧電阻 WH5S 沒有高額定電壓，但可以承受高達 10% 的 1kV 峰值2 50 s，而浪湧容限 2512 片式電阻HDSC2512具有 500V 的 lev，但可以承受高達 7kV 的峰值電壓。
8.專為滿足安全標準而設計
在設計裝置以滿足IEC 60664等電氣安全標準的要求時，有必要在早期階段考慮相關的爬電距離和電氣間隙要求。 這些不僅影響PCB布局設計，而且在某些情況下還影響元件的選擇。 當電阻器連線到高電壓電平時，重要的是要檢查其端子之間的距離，如果是散熱器安裝部件，則檢查電阻器與金屬熱介面之間的距離。 這可以通過兩種方式定義。 首先，爬電距離是通過絕緣面的最短距離。 這減少了潮濕和汙染條件的可能性，允許表面以足夠高的能量閃爍以進行跟蹤。 其次，間隙是空中最短的距離。 這解決了閃絡的風險。 如果從資料表中看不到這兩個尺寸，則應從製造商處獲取。
可能需要的另一條資訊是形成絕緣表面的材料，因為這決定了比較漏電起痕指數（CTI），該指數對有機材料支援導致漏電的過程的趨勢進行分類。 例如，如果電阻器設計用於橋接隔離柵以提供電流連線以防止過多的靜電荷積聚，則 IEC 60065 安全標準要求電阻器能夠承受指定的高壓浪湧測試。 由於這正在成為傳統標準，電阻器的連續認證不再重要。 儘管如此，遵循 IEC 62368-1 基於危險的安全工程方法的設計人員會意識到有些產品符合 IEC 60065 的要求。
9.灌封和充油部件的設計
高壓設計中的兩個限制因素可能是受汙染的有機表面傾向於支援空氣中的跟蹤和放電的風險，尤其是在小半徑表面周圍。 這兩個限制都可以通過灌封或浸泡在礦物油中來解決，這樣可以防止汙染物進入，並用介電強度更高的物質代替空氣。 這反過來又減小了爬電距離和間隙限制，從而減小了元件的尺寸。 在為此類元件選擇電阻器時，重要的是選擇以避免除氣風險的方式絕緣的元件。 任何與元件結合的空氣都可能形成空隙，其中可能會發生區域性放電，從而導致絕緣材料的長期退化。 這排除了使用帶有絕緣套管或粗糙或多孔塗層飾面的零件。 環氧塗料，無論是印刷的還是粉末浸漬的，通常是理想的，製造商可以就適用性提出建議。
在許多情況下，電阻器可以被認為是電路中最簡單的元件，設計人員除了選擇正確的歐姆值和額定功率外，不需要特別注意它。 然而，高壓電路通常需要製造商提供的專用元件，這些元件可以提供經驗和專業知識。 建議設計人員優先考慮這些作為關鍵元件，以便在專案的早期階段進行定義和測試，並檢查定製或半定製方法是否可以增加顯著價值。