高压电阻器设计的 10 个技巧 - 技术文章 （eepower.）com)
优化的策略在设计周期的早期优先定义和测试关键组件。 高压电阻器就是这样一种元件。 以下是使用高压电阻器进行设计的 10 个技巧。
优化的策略在设计周期的早期优先定义和测试关键组件。 “高电压”是一个可以有多种含义的术语，但在这里我们考虑的是电压范围为 1 至 100 kV 的电路。
该量表低端的一个例子是自动体外除颤器，其中电容器充电至 5 kV，然后通过精确校准的浪涌输送给患者，从而挽救生命。 坚持医疗保健主题，但在天平的另一端，我们有医疗 X 射线，它是通过在大约 70 kV 下加速电子然后用金属靶突然停止它们而产生的。 仔细控制这种电压变化可以对系统进行调整，以捕获软组织或不同骨骼厚度的图像。 这些只是高压应用的两个例子，在这些应用中，电阻器（通常是最简单的市售元件）的重要性被提升，以在要求苛刻的应用中提供关键保护和精确控制。 基于多年来对需要高压电阻器的设计人员的支持，本文提出了十个技巧，不仅在医疗领域，而且在工业、交通和科学领域。
1.了解额定电压
电阻器的初级额定电压是其限幅元件电压 （lev），有时也称为工作电压。 这是可以施加在欧姆值大于或等于临界电阻的电阻器上的最大连续电压。 低于此值时，最大电压受额定功率（（p）至，sqrt[2，p cdot r）的限制。 通常，它是 DC 或 AC RMS，但高压设备的数据表可能将其定义为 DC 或 AC 峰值。 与此相关的是过载电压额定值，通常为 2 到 25 秒 lev 2 或 5 次。 通常，较高的峰值电压可以在短时间内承受，如数据表的脉冲性能部分所示。 最终额定值是隔离电压，它是电阻器和与其绝缘体接触的导体之间可以施加的最大连续电压。
2.分立电阻的分压
分压器需要将高阻值电阻r1与低阻值电阻r2串联，如图1所示。
电压比由公式给出。
需要注意的是，电压比与电阻比r1、12不同，而是偏移了1。 例如，要获得 1000 的电压比，您需要定义 999 的电阻比。 对于分立电阻器设计，最好选择标准值，表1给出了一些十进制电压比的示例。
选择标称值后，下一个考虑因素是所需的公差。 电阻比的容差只是各个电阻器的容差之和。 这些不一定相同; 通常，在低压部件上选择更严格的公差是最经济的。 例如，高压 R1 为 1%，低压 R2 为 0在 1% 时，电阻比容差为 11%。对于超过50：1的电压比，电压比的容差实际上与电阻比的容差相同。
3.指定集成分压器
带有集成 R 的高压分压器 1 和 R2 可以集成到三端子组件中，如 TT Electronics 的 HVD 系列所示（图 2）。 这种方法具有许多精度优势。 例如，可以精确定义目标电压比，而不受选择标准的约束。
为积分分频器指定的值通常是低值 R2 和总值 R1+ R2此外，电压比的公差可以通过微调过程直接控制，因此可以比电阻值的绝对公差严格得多。 例如，R1 和 R2 可以定义为 2% 的绝对容差，但电压比可以调整为 05%的公差。 类似的优点也适用于电阻温度系数 （TCR），其中跟踪 TCR 可确定电压比的温度稳定性，该电压比可能低于电阻元件的绝对 TCR。 此外，还可以设计将该匹配元件扩展到寿命漂移和电压电阻率 （VCR） 区域的分压器，尽管这通常需要定制设计。
4.评估分频器中的 TCR 和 VCR 错误
R1 值足够高，电压足够低，因此分压器内的自发热水平较低。 如果是这种情况，则分别测量 TCR 和 VCR 效果相对容易。 使用环境室计算 TCR 效应，并将得到的品质因数定义为以 ppm °C 为单位的电压比温度系数 （= FRAC}），其中 VRHT 和 VRLT 是高温和低温下的电压比，HT 和 LT 是高温和低温。
VCR效应的相应品质因数同样定义为电压比电压系数（= frac}），单位为ppm °V，其中VRHV和VRLV是高压和低压下的电压比，HV和LV是高压和低压。
如果自发热不可忽略，则在TCR测试中，应调整腔室温度以给出正确的HT值，并应分配时间使温度稳定。 VCR测试应持续时间较短，以尽量减少温升。 或者，环境暗箱可用于测量较高温度下的低电压，反之亦然，从而抵消电阻随温度变化的变化。
5.计算泄放电阻的值
EAK泄放电阻器用于在断电后将电容器放电至安全电压水平。 泄放电阻器可以在电容器上切换，以实现快速放电而不会产生静电耗散，也可以永久连接以实现高可靠性和低成本。 在后一种情况下，在达到安全放电所需的时间和静态功率损耗之间进行权衡。 通过指数放电计算选择最大合适的欧姆值：
其中 Td 是放电时间，C 是假设最大正容差的电容值，Vt 是安全阈值电压，VO 是初始电压。 允许公差的最高标准值低于应使用的Rmax值。
对于所选值 r，初始功率由 p o= vo2 r 给出对于开关式鼓酒器，这是峰值功率。 对于永久连接的泄放器，它是连续耗散的，所选择的电阻器必须相应地额定。
6.选择合适的平衡电阻
所有铝电解电容器在连接到直流电压时都会产生泄漏电流。 这可以通过与电容器并联的漏电阻来建模。 该电阻是非线性的，也就是说，它的值是施加电压的函数。 在这种情况下，该值没有明确定义，并且从一个电容器到另一个电容器差异很大。 在为高压直流母线构建电容储液器时，可能需要使用两个电容器的串联组合，每个电容器的额定电压是总线电压的一半。 如果电容器相同，则总线电压将在它们之间均匀分布。 然而，在实践中，漏电阻会发生变化，导致具有较高漏电阻的电容器分布不均匀，并可能出现电压过载。
解决方案是将平衡电阻（如图3所示）与每个电容器并联。 这些是具有合适额定电压的高电阻电阻器，其值匹配在百分之几以内。 该值需要尽可能高，以尽量减少功率耗散，但一般选择不超过电容器额定电压下漏电阻最小值的10%。 这样，不平衡内部电容器的漏电阻效应被平衡电阻的作用淹没，电压大致相等。
7.可承受高压浪涌
有时，设计人员在研究高压电阻器时会这样做，因为他们的电路必须能够承受高压瞬变。 如果连续电压应力不需要高压额定值，那么低压但抗浪涌的组件可能是最佳解决方案。 例如，EAK 的 5W 绕线高浪涌电阻 WH5S 没有高额定电压，但可以承受高达 10% 的 1kV 峰值2 50 s，而浪涌容限 2512 片式电阻HDSC2512具有 500V 的 lev，但可以承受高达 7kV 的峰值电压。
8.专为满足安全标准而设计
在设计设备以满足IEC 60664等电气安全标准的要求时，有必要在早期阶段考虑相关的爬电距离和电气间隙要求。 这些不仅影响PCB布局设计，而且在某些情况下还影响元件的选择。 当电阻器连接到高电压电平时，重要的是要检查其端子之间的距离，如果是散热器安装部件，则检查电阻器与金属热界面之间的距离。 这可以通过两种方式定义。 首先，爬电距离是通过绝缘面的最短距离。 这减少了潮湿和污染条件的可能性，允许表面以足够高的能量闪烁以进行跟踪。 其次，间隙是空中最短的距离。 这解决了闪络的风险。 如果从数据表中看不到这两个尺寸，则应从制造商处获取。
可能需要的另一条信息是形成绝缘表面的材料，因为这决定了比较漏电起痕指数（CTI），该指数对有机材料支持导致漏电的过程的趋势进行分类。 例如，如果电阻器设计用于桥接隔离栅以提供电流连接以防止过多的静电荷积聚，则 IEC 60065 安全标准要求电阻器能够承受指定的高压浪涌测试。 由于这正在成为传统标准，电阻器的连续认证不再重要。 尽管如此，遵循 IEC 62368-1 基于危险的安全工程方法的设计人员会意识到有些产品符合 IEC 60065 的要求。
9.灌封和充油部件的设计
高压设计中的两个限制因素可能是受污染的有机表面倾向于支持空气中的跟踪和放电的风险，尤其是在小半径表面周围。 这两个限制都可以通过灌封或浸泡在矿物油中来解决，这样可以防止污染物进入，并用介电强度更高的物质代替空气。 这反过来又减小了爬电距离和间隙限制，从而减小了组件的尺寸。 在为此类元件选择电阻器时，重要的是选择以避免除气风险的方式绝缘的元件。 任何与组件结合的空气都可能形成空隙，其中可能会发生局部放电，从而导致绝缘材料的长期退化。 这排除了使用带有绝缘套管或粗糙或多孔涂层饰面的零件。 环氧涂料，无论是印刷的还是粉末浸渍的，通常是理想的，制造商可以就适用性提出建议。
在许多情况下，电阻器可以被认为是电路中最简单的元件，设计人员除了选择正确的欧姆值和额定功率外，不需要特别注意它。 然而，高压电路通常需要制造商提供的专用组件，这些组件可以提供经验和专业知识。 建议设计人员优先考虑这些作为关键组件，以便在项目的早期阶段进行定义和测试，并检查定制或半定制方法是否可以增加显着价值。