【开关各个电阻计算】:放电电阻、热敏电阻、压敏电阻、启动电阻、吸收电阻、VCC电阻、驱动电阻、反馈电阻....

电源研发精英圈 2019-03-27

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引言

开关电源里面用量很大的一个元器件,电阻。

根据个人的经验,大致的聊下电阻的相关内容,也希望同行提供些资料,一起学习,探讨一下,顺便给新人提供点参考。

放电电阻

R1,R2,R3,R4的放电电阻取值。

IEC60950,IEC60065都有规定放电时间对应放电电压的。

X电容超过0.1uF的话基本要加上这4个电阻了。

IEC60950规定1s内电压需下降至37%,IEC60065规定2S内电压需降至35V。

一般情况都是通过测试去判定,1S内plug端的电压(240VrmsX1.4.1=340Vpeak)下降到初始电压的37%(125.8Vpeak)就pass了。

至于采用4个组成2串2并,好像是有要求放电电阻有一个失效,也要能把X电容的电放掉。

附参考图:X电容为334/340V R1=R2=R3=R4=1.5M。

放电时间与放电电压波形如图。

R1,R2,R3,R4一般采用0805的封装精度采用5%。如果输入是277的话,就要采用2并3串的方法了。(0805的耐压问题)

由于与待机功耗和PCB尺寸有关,所以很多公司都推出替代方案,取消X电容的泄放电阻,采用IC去放掉X电容的电。

也有小功率的干脆不用X电容,也可以省掉几个电阻,减小待机功耗,或者IC从这个位置取电,降低待机功耗。

电阻的国际标准

国标电阻数值E数列认读 

为了使工厂生产的电阻符合标准化的要求,同时也为了使电阻的规格不致太多,国家有关部门规定了一系列的阻值作为产品的标准,这一系列的阻值就叫做电阻的标称阻值。 

电阻的标称阻值分为E6、E12、E24、E48、E96、E192六大系列,分别适用于允许偏差为±20%、±10%、±5%、±2%、±1%和±0.5%的电阻器。其中

E24系列为常用系列,E24、E12和E6系列也适用于电位器和电容器,E48、E96、E192系列为高精密电阻系列。  

对各系列的电阻规定几个基本系数,这些系数再乘以10n(其中n为整数),即为某一具体电阻器阻值。

《实用开关电源设计》第三章 元器件的实用选择 第二节 电阻

之前只是有了解,这些是有国际标准的,实际应用的时候就是看自己公司的仓库里面常用哪些电阻了。

然后通过不同的电路设计时考虑下仓库的电阻阻值来设计。非仓库的常规阻值另外申请。

所以看别人做的板子,如有的控制板中就会看到同样的5.1k电阻有N个,其实也就是方便生产与所有非设计阶段的管控。


放电测试

放电测试,电源的状态是否一定得处于空载?



NTC的选型

NTC1,常用的是10D-9,5D-9,5D11,2.5D15等几种型号。

对应输入特性里面的INRUSH CURRENT (Typ.)  COLD START 45A(30A、60A等)

功率型NTC热敏电阻器在电路中抑制浪涌电流示意图:

NTC有个B值,简单的话就是看下NTC在不同温度下对应的阻值。对于常用的 NTC 热敏电阻, B 值范围一般在 2000K ~ 6000K 之间。

复杂点的就是按照里面的公式,计算温度,一般按5%的误差计算(温度检测用)。功率型的NTC精度应该是20%左右的,B值很大,如5D-9,25℃的时候5Ω左右,高温的时候估计就不到1Ω了。所以碰到过情况,客户反馈说老化后一段时间后,冲击电流变大了,超标了,又要解释一番。

相同阻值,不同B值的NTC热敏电阻R-T特性曲线示意图

NTC还有另外一个作用,雷击的时候,可以吸收部分的能量。保险丝的I2T会小些,保险丝不至于挂掉,桥堆相应的应力小点。

输入电容小也可以不要NTC的,或者NTC的阻值可以取小些。只要保险丝和桥堆能抗住冷启动瞬间的电流也没大问题。

NTC在选择时有个工作电流和工作温度范围,工作温度范围一般是-55-200℃。还有个参数是带多大的输出电容,有时候也要注意一下的。

NTC还对应了低温的问题,有的LED电源-40℃的时候90Vac起机闪灯。闪几下就好了,有部分原因是NTC的值太大,还有部分情况是电解电容在低温时的容值变小,ESR变化等原因。

大功率的电路(高输入电压、高输入电流)里面也会有NTC,或者是抑制冲击电流的功率电阻,直流应用中继电器有时候也可以用可控硅或者IGBT什么的,如图。



压敏电阻的选型

RV1:压敏电阻

反激电源常用的就是LN之间14D471K,雷击差模1kV,共模2kV就够了。

单极PFC的反激电源LN之间14D471K,有的还需要加个电解4.7-10uF左右的电容串联二极管吸收掉雷击的能量,保护MOSFET。

差模2kV,共模4kV基本要加气体放电管的。600A,或者1kA,2kA。看实际情况增加。

14D471K的选择264*1.414(峰值)*1.2=447.96V,470*0.9=423V,MOSFET=600V。

由于470V有±10%精度问题,加之压敏电阻雷击次数越多有个越打越薄的说法。

对于220V~240V交流电源防雷器,应选用压敏电压为470V~620V的压敏电阻较合适。

选用压敏电压高一点的压敏电阻,可以降低故障率,延长使用寿命,但残压略有增大

压敏电阻的选型还是有点偏向于公司的传统使用方式。

一般对压敏电阻套上热缩管,主要是防爆和阻燃的作用。因为压敏电阻在失效的时候可能会炸裂,碎片会蹦到其他电子元件上,还有就是冒火焰。

有时打雷击,共模电感下有放电针会放电,或者增加1个GDT对雷击都有改善。如图。

但是这个GDT在打初级次级耐压的时候需要取消掉再打,要不打耐压AC3000V的时候会过流报警。


VCC启动电阻

VCC启动电阻:一般采用2个0805/1206或者3个0603。有的IC有高压启动脚的,习惯性的也放2个电阻串在上面消耗功率。



贴片电阻的降额与寿命

贴片电阻的耐压值如图,各个厂家的差异不大。

一般使用经验是0805耐压不超过100V,如图。实际应用用也只有启动电阻、RCD吸收、RC吸收的时候电阻电压可能超过100V。

电阻最大电压

无论你是否相信,实际电阻都有一个能承受的最大电压值。并且,这个值并不总是由功率消耗来限制决定的。电阻实际上可以被击穿(打火)。在使用表面贴片电阻的场合,由于端点之间的间隔比较近,电压限制问题尤其严重。处理电压问题时,比如说100V电压的电源,你会检查发现,任何连接到高电压的电阻都必须有耐压的要求

实用开关电源设计第一篇  第三章  第二节  电阻  里面有讲到超过100V需要考虑电阻耐压问题。


电阻规格书中体现的不同封装和系列对应的电压耐压表格。

贴片电阻的功率大部分设计的时候都不怎么考虑,信号部分处理基本是采用0603的电阻。

带吸收的部分采用0805或者1206的电阻,功率大点的情况一般采用插件电阻和水泥电阻。

由于电阻的工作温度范围一般是-55℃-125℃或者-55℃-155摄氏度,一般设计时,功率不超过该电阻功率档位的1/4。

(电阻温度很高运行的情况下超限值使用会加速电阻老化,然后阻值变大或者失效,时间大概是1-3年左右出现问题。)


温度对应电阻的功率曲线。温度越高,电阻能用到的功率越小。

所以一般工业类电源设计和LED电源设计里面要满足60℃以上的环境温度,电阻在功率部分留的余量更大。

VCC绕组供电串联电阻的选型

VCC绕组供电。

输出电压变化范围宽的情况下,需要增加VCC的辅助绕组供电。

或者IC的VCC供电范围比较窄,要满足轻载、重载以及起机的情况。

IC的VCC范围比较宽,直接采用VCC绕组整流后串联个电阻使用。

R7的用法一般有的用电阻,有的可以用磁珠。电压电流范围比较宽的话,R7用插件电阻,在大电流时和高压是能帮IC减小点电压。

R7还有个用处是在切载的时候能吸收掉VCC的尖峰,避免切载时IC的VCC过高保护。

R8的取值,ZD1是15V,Q1进来的电压是20V,直流放大增益按照40倍(hef一般是50-300,40是留余量的算法)来算。IC工作电流为10mA,R8=(20V-15V)/(10mA/40倍)=20kΩ。

驱动电阻的选型

MOSFET的驱动电阻、GS放电电阻、Isense电阻。

整改EMC时调整R9,R13。


R19,R13一般采用0805,MOSFET电流较大的话采用1206,并且取消掉D3。

R10,小功率的情况可以用几个0805或者1206并联,

大功率情况下,如果电流很大,电阻上的电感对检测电路影响很大,容易出现批量问题,用绕线无感电阻比较靠谱。

电流再大的情况就要打算用电流传感器。驱动部分也要换专门的驱动芯片或者采用一对三极管来做驱动。

原副边的吸收电阻

RCD电路,里面的R选值,基本按照功率来选了,电源功率越大,R的功率相对越大。

RCD吸收电路里面的电压尖峰,这些尖峰基本上是开关管高dV/dt和dI/dt时候出现的。

反激里面会用到,大功率的全桥电路里面也会用到。

RCD在调整辐射的时候,电阻对辐射影响还是有点关系的。

关于取值的计算,没有相应的公式来计算,惭愧了,基本上都是拍脑袋后,通过极限值测试后再定的。

431反馈部分的电阻

431部分的电阻选择参考。

R4一般需要保证D1能有10mA左右的电流。

R2一般保证有1mA左右的电流,用1k-5k左右的值,阻值太大,流经的电流小了,易被干扰,阻值太小,流经的电流大了,待机损耗又浪费了。

R3一般需要配合C1一起调试。习惯性的用10k+103。R6一般采用1k左右的电阻,提供D1的电流情况下,不怎么影响Q1。

R4一般需要保证D1能有10mA左右的电流,如何理解?

如Vout=12V,则R4可以选取820Ω电阻,R4上面的电压≈12-1V(光耦)-2.5(基准)=8.5V。

极限情况下:

当电压超过12V时,431两端的电压可以很小,如2.5V以下,则光耦上会有10mA电流,初级的FB被很快拉低,PWM占空比很快变小。

当电压低于12V时,431两端的电压可以很大,接近12V,则光耦上没有电流经过,初级FB电压未被拉低,则初级PWM的占空比会增加。

这个电阻可以调节输出电压过冲,和负载突变时的输出电压变化值。

10mA为参考值,不同的电路需要调节R4的值。

文章来源:电源网


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