應用于定制電源的高壓貼片電阻

市場上有各種各樣的電源，這些設計中電阻器的各種應用極大地擴展了選擇范圍。因此，出于本文的目的，電源將被稱為具有高達幾kV的固定DC輸出的設備。各種貼片電阻被應用其中，包括應用于定制電源的高壓貼片電阻。

無論使用哪種應用，電源設計人員都必須了解適用于該地區(qū)的有關安全或環(huán)境的特定規(guī)定以及實際的電氣性能。本文將研究在調(diào)節(jié)電源輸出和保護電源免受故障影響時使用電阻器的情況。

電源的命名通常取決于輸入是交流還是直流，以及使用哪種類型的調(diào)節(jié)來提供正確的直流輸出-通常是開關模式還是線性。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)換器使用開關模式技術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和一般用途，但在某些情況下需要定制設計。電阻制造商和供應商（例如Riedon）在幫助客戶為每種應用選擇正確的組件方面擁有多年的經(jīng)驗。

線性穩(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知識。許多工程師會記得設計類似于圖1的電路。該電路使用齊納二極管為負載（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，并提供負載電流。

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

對于可能會有電源或負載變化的電源，串聯(lián)設計可以使用傳輸晶體管，該晶體管將確保負載電流穩(wěn)定，并將電壓輸出降低至所需值。此類設計通常使用IC或低壓降（LDO）調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)負載電源。由R 1  和R 2 形成的分壓器感測并設置相對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。對于其他應用，可以在外部放置一個或兩個電阻。

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。這些計算顯示了與所需輸出的*大電位偏差。

開關電源

線性電源的效率很低，這是因為在串聯(lián)調(diào)整裝置和負載中都消耗了能量。負載上的電壓降越高，效率越低。

線性串聯(lián)穩(wěn)壓器的簡化圖

為了提高效率，通常使用另一種電源拓撲。開關電源（SMPS）接收未穩(wěn)壓的輸入DC電壓，并以高頻（10kHz至1MHz）對其進行切換。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)也使用一個分壓器，但這一次調(diào)節(jié)開關頻率和占空比。通過避免線性穩(wěn)壓器的電壓降帶來的損耗，SMPS可以實現(xiàn)高達95％的效率。SMPS還可以比類似額定線性AC-DC電源更緊湊，因為高頻變壓器和濾波/儲能電容器要小得多。

SMPS的主要缺點是它必須具有*小的負載?？蛰d條件可能會損壞電源。為了避免這種情況，設計人員經(jīng)常使用功率電阻作為虛擬負載。如果分離了主負載，則該電阻旨在吸收*小的指定負載。自然，虛設電阻會耗散功率，這會影響整體電源效率，并且在指定電阻時需要加以考慮。解決該問題的另一種方法是，如果負載開路，則在輸出端使用分流電阻。為了安全起見，SMPS設計中也使用了其他電阻。低歐姆，大功率電阻器通?？梢苑乐钩霈F(xiàn)過壓情況。限流設計可防止短路。

這種類型的開關技術還用于DC-DC轉(zhuǎn)換器設計中，以將一個DC電壓值更改為另一個值。降壓轉(zhuǎn)換器的操作與前面描述的SMPS設計非常相似。使用電荷泵技術，升壓轉(zhuǎn)換器輸出的電壓高于輸入電壓。兩種技術都使用類似的方法來調(diào)節(jié)輸出電壓和保護電路。

電阻在電源設計中的其他用途

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能電容器放電。切斷電源后，電容器會保持其電荷，可能會對用戶造成危險。選擇用于該任務的電阻器時要平衡兩個主要點：它們應具有足夠高的電阻，以在電路工作時消耗很少的功率，同時應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電源并且存儲電容器正在充電時可浪涌的電流量。這些電阻通常值很低，并且與交流電源線串聯(lián)設計。對于更高功率的電源，通常為此目的使用負溫度系數(shù)（NTC）電阻。這些電阻的電阻會隨著自身發(fā)熱而降低。使用這種電阻器的一個缺點是在操作過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行能量額定。這比瓦特數(shù)指定的正常連續(xù)功率額定值更好地說明了它們的功能。

當使用多個電源時，平衡電阻會 調(diào)節(jié)負載電流。通常，與使用單個高電源相比，以并聯(lián)方式使用多個DC-DC轉(zhuǎn)換器可能會更便宜，同時還具有更高的能源效率和緊湊性。設計這種類型的電路時，不可能僅將輸出捆綁在一起。必須有一種方法來確保負載平均分配。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)換器之間分擔負載

圖3平衡電阻在DC-DC轉(zhuǎn)換器之間分擔負載

這種負載分擔方法還用于其他類型的電源設計中，尤其是那些使用功率晶體管的設計。多個并聯(lián)的晶體管為負載供電，而負載共享電阻器則串聯(lián)使用。

圖4顯示了另一個需要平衡的場合。在這種情況下，儲能電容器被設計成與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) 。這些電阻值可能會發(fā)生很大變化，并且由于它們充當輸出兩端的分壓器，因此可能導致電容器兩端的電壓差異，從而有可能超過電容器的額定值。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。這些電阻器通常可以具有輔助用途，例如監(jiān)視除顫器中的高壓電源，為存儲電容器充電以及以所需的電荷水平切斷電源。

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

電源設計中的電阻器幾乎每種應用都有不同的規(guī)格優(yōu)先級和性能要求。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。通常需要專門的屬性，例如電涌能力或負TCR。