分压器上 2 个串联电阻的用途

电器工程 电压 电阻器
2022-01-09 10:32:20

在下面的示意图/图片中,2个串联电阻用于分压器的目的是什么?温度、热失控、库存、价格还是其他?

谢谢你。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

4个回答

通常这样做是为了满足安全的可靠性要求。

在危险高压下运行时,电路需要具有单点故障 (SPOF) 保护,以满足 CE 等安全认证。具体来说,危险电压通常高于 50 Vac 或 120 VDC,但要求在设备必须获得批准的标准中有所规定。它当然适用于您的 400 VDC。

为 SPOF 进行设计意味着,对于每个组件,都需要考虑单个组件故障对电路的影响。对于 SPOF,“故障”意味着组件发生短路或开路故障。组件在现实生活中并非都以这种方式失败,但这就是 SPOF 中的考虑方式。当单个组件以这种方式发生故障时,电路不得造成进一步的危险,例如火灾、人身伤害或其他组件的额定值过高。

考虑到此处的 SPOF,来自 400 V 的单个串联电阻可能会发生短路故障,并通过 1 K 电阻和输出提供 400 V。因此使用了两个串联电阻,用于 SPOF 级保护。如果一个失败短路,另一个必须仍然工作,因为我们正在考虑单点故障。

每个幸存电阻器的额定值必须能够处理它必须处理的全部电压和功率。因此,在这里,您需要额定 400 V 的 1 M 电阻加上电源容差以及安全裕度(500 V 或更高?)。额定功率需要针对单个 1 M 电阻和 1 K 上的最高 400 V 电源电压,降额。因此,让我们看看 160 mW 的功耗并使用至少 320 mW 的电阻器,例如 1/2 W。

接下来,如果 1 K 开路失败,则 400 V 至 2 M 源阻抗将被传送到您的输出。所以这也需要考虑。您可以使用第二个并联电阻并使两个电阻都为 2 K。您现在拥有的四个电阻中的任何一个发生故障都会影响分压器输出电压,因此必须允许这样做。如果它只是检测到 400 V 的存在,合适的电阻值将使输出驱动一个 NPN 晶体管或电压比较器,它可以从三个可能的分压器(通常为 2M:1K,1M:1K)引起的三个输出电压中的任何一个工作, 2M:2K)。如果您尝试测量 400 V,您可以添加第二个和第三个相同的分压器电路,并将它们通过多数表决电路来识别正确的电压(三个电压中的两个几乎相同)。

这可能不是您的电路有两个串联电阻的原始原因,我不知道应用程序或其要求。但这是它应该这样做的一个原因。

在纯功能电路设计中,经常忘记可靠性、安全性和 EMC 设计。在电路的概念中考虑这些要求是一种非常好的设计方法,而不是在以后尝试添加它们。

大多数电阻器,尤其是 SMD(甚至更大的 1210 电阻器)的额定电压不是 400V。

因此,一种可能性是他们使用 2 串联来划分电压要求。

虽然存在更高额定值的电阻器,但还有其他因素需要考虑,例如成本、可用性、采购它们所需的额外时间、放入贴片机的额外组件等(即大多数 PCBA 厂商将有 1M标准电阻,但不太可能是高压电阻)。所以所有的事情都认为只使用 2 个标准的会更便宜。它还提供了更大的灵活性,以防高压设备缺货等。

还要考虑的是,即使您有 1210 个可以承受 400V 的电阻器,PCB 蠕变公差也可能需要比电阻器本身更大的距离,因此您需要更大的电阻器或多个电阻器。

在此处输入图像描述

这个松下数据表。

在此处输入图像描述

来自这个Vishay数据表。

如果您有一个额定功率为 W 的电阻器 R,其两端的电压为 V,则 R 上消耗的功率将为 \$ V^2/R \$。如果它超过电阻器的额定功率,则必须考虑另一种选择。快速的想法是串联使用两个具有相似额定功率 W 的电阻器 R/2。总功耗保持不变,但单独它们仅消耗一半的功率 \$ (V/2)^2/(R/2) = V^2/2R \$

根据给定的值,每个 1 兆欧电阻的最大功耗为 40mW (V^2/R = 200.200/1.10^6)。

因此,出于功耗原因,它们中没有 2 个。

然而,单个电阻器的额定电压不太可能达到 400V。因此 2 串联使用。如果输入必须承受更高的电压,那么将使用更多,例如 3 或 4。

请注意,这些电阻器的尺寸也更大(1210 而不是 1206),这也可能与最大工作电压有关。

即使使用诸如通用 1/4W 电阻器之类的引线组件,尽管该部分大于 SMT,但额定电压通常仍低于 400V,因此需要类似的方法。