关于高压电阻的详情介绍

作者:广东米特电子 阅读:59

                             

1、定义:厚膜电阻是采用丝网印刷方式在基板上印刷一层几十微米厚的电阻膜,经高温烧结而成。基板一般都采用96%三氧化二铝陶瓷,导热系数好,机械强度高,电阻膜层采用贵金属钌系浆料,电性能稳定。

     工艺流程一般是电极印制→电极烧结→电阻印制→电阻烧结→介质印制→介质烧结,然后再经调阻、焊接、包封等工序制作而成。

 

2、分类:按应用分为高压电阻、功率电阻

2.1高压电阻一般阻值都比较高,能够承受很高的电压,更大工作电压可以达到几万伏,一般都是封装在变压油或者环氧树脂中使用

2.2大功率电阻一般阻值都比较低,工作电压一般都在1000v以下,由于体积小,所以都是安装在系统散热器上使用,功率能达到多大,主要看系统的散热效率。一般来说200W以下的电阻可采用风冷散热器的方式;200w以上的电阻采用水冷散热器进行散热。

 

3、特点:无感、耐高压、小体积大功率、寿命长、耐潮性好、电性能稳定

 

4、阻值范围宽:0.1Ω-10TΩ(1T=1000G,1G=1000M,1M=1000K,1K=1000Ω)

 

5、精度(TOL):电阻器标称的误差范围,一般厚膜电阻所用的精度为

精度代码

B

C

D

F

G

J

K

误差范围

±0.1%

±0.25%

±0.5%

±1%

±2%

±5%

±10%

目前市场上厚膜电阻精度更高可达到B精度

 

6、温度系数(TCR):在某一温度范围内,电阻值随温度的变化率。计算公式为

image.png

     一般厚膜电阻的温度系数指的是在25℃-105℃之间电阻值的变化率,温度系数的单位是PPM(百万分之),如果一个电阻的温度系数为100PPM,那么温度每升高一度,电阻值将变化百万分之一百,也就是0.01%。

     温度系数可正可负,根据客户要求调整浆料的配制可达到调整电阻温度系数的目的。目前市场上厚膜电阻温度系数更好可做到±15ppm

厚膜电阻的温度系数范围见下表

TCR代码

C5

C3

C2

C1




范围

±15

±25

±50

±100

±200

±500

±1000

                                                                     

7、电压系数(VCR):在某一电压范围内,电阻值随电压的变化率.计算公式为

image.png




电压系数都为负值,也就是随着电压的升高,电阻值都会变小。一般来说电阻值越高,电压系数越差。

 

8、绝缘耐压:电阻器导电部分与绝缘层之间所能承受的更高的电压。高压电阻的绝缘耐压就是指漆层的绝缘耐压,一般都是1000VDC60s通过即可。其他电阻器的绝缘耐压根据材料的绝缘强度和与导电部件之间的距离而定,距离越远,绝缘强度越高。

 

9、更大工作电压,即元件的极限工作电压,指允许加在电阻器两端的更大连续工作电压

    在实际工作中,若工作电压超过规定的更大工作电压值,电阻器内部可能会产生火花,引起噪声,最后导致热损坏或电击穿。在许多电路中,相当于电路中电源的电压。电阻器的更大工作电压Vmax可用下式计算,即式中: P------电阻器额定功率(W) ;

RLj------电阻器临界值(Ω) .其值与电阻器的额定功率、结构形式及几何尺寸等因素有关。

在实际使用时,当R<RLj时,一定要使电阻器低于额定工作电压工作;当R> R Lj 时,则必须低于更大工作电压工作,以免烧坏或产生极间击穿和飞弧现象。

电阻器的更大工作电压不能仅从电阻器的发热状态来确定,还必须考虑到电阻器本身的抗电强度以及工作环境的气压等因素.一般需经过试验来确定。例如,1MΩ 、2W 的合成碳膜电阻器,若仅考虑发热的限制,则必须施加1400V 的电压才能达到额定功率2W ,但技术条件规定的更大工作电压却是500V ,这就是该电阻器考虑到了抗电强度问题。

一般客户很容易把绝缘耐压和更大工作电压搞混,绝缘耐压和更大工作电压是不同的。它们的区别在于绝缘耐压是加在绝缘层两端的电压,强调的是绝缘层的绝缘强度;更大工作电压是加在电阻器两引出端的电压,强调的是电阻的耐电压强度。如果客户加在电阻器两端的电压很高,则要考虑更大工作电压和绝缘耐压。如果客户加在电阻器两端的电压不高,但是高压端的电势很高,则要考虑电阻器的绝缘耐压。举个例子,在一个电路里,电阻器两端的电压为10KV,电压很高,首先电阻器的更大工作电压要高于10KV,其次高压端有10KV的高电位,那么要求电阻器的绝缘耐压要大于10KV;再举个例子,电阻器两端的电压为50v,电压很低,但是该电阻处于高压系统里的高电位处,高电位电势为10KV,低电位为9950v,那么这个时候我们就不需要考虑电阻器的工作电压,而是要考虑电阻器的绝缘耐压大于10KV就可以了。

10、降功耗:为确保电阻器的可靠工作而降低使用功率。每种电阻都有一种对应的降功率曲线,客户可参考该曲线对电阻器进行合理的降功率使用。

高压电阻的一种降功率曲线:

image.png 

从曲线可以看出当环境温度高于75度时,客户应该降功率使用,否则电阻器工作产生的热量不能很好的散出去,而导致电阻温度上升,超过225度,降低电阻器的使用寿命;如果温度过高,可能会烧坏绝缘漆层,破坏电阻的绝缘能力。从图可以看出,当环境温度225度时,允许施加在电阻器上的功率为0,也就是在此环境温度下,电阻不能进行通电工作。

计算公式:P=image.png*P额

    平面功率电阻的一种降功率曲线:

image.png 

平面功率电阻一般都是贴在系统散热器上的,以增强电阻器的散热。这里由于是电阻器底板贴合在系统散热器上,电阻器通过底板和散热器之间的热交换而把热量散出去,所以这里的环境温度指的就是电阻器的底板温度,一般以底板中心的温度为参考。从上图可以看出,当电阻器底板中心温度高于25度时,电阻器应该降低功率使用,计算方法为P=image.png 

 

11.过载:电阻器短时间内承受多倍额定功率(电压不超过1.5倍的更大工作电压)。时间越短,能承受的功率越大,一般时间不超过5s。当时间足够短时,电压可超过1.5倍更大工作电压,时间越短,能承受的电压也越高。这个以实际试验数据为准。

高压电阻一般过载能力为5倍额定功率,但不超过1.5倍的更大工作电压,持续5s,电阻值变化量≤0.2%

 

12.绝缘阻值:电阻器绝缘层的电阻值。绝缘阻值高的绝缘耐压不一定高。高压电阻的绝缘阻值一般都大于10G。在施加绝缘耐压时,绝缘阻值越高,漏电流越小。客户考虑绝缘阻值主要是考虑电阻器绝缘层的漏电流大小。

 

13.热冲击:电阻器的耐温变能力。不同的电阻器,由于组成部件的材质不同,所以耐热冲击的能力也不同。比如高压电阻器的热冲击温度是-65℃~200℃之间,而平面功率电阻的热冲击温度是-55℃~125℃之间。热冲击使电阻产生应力,导致电阻阻值发生变化。变化量以产品规格书规定或者企业规范为主。

 

14.抗脉冲能力:脉冲分为单次脉冲和连续脉冲,电容器的泄放一般都是单次脉冲,变频制动一般也是单次脉冲。当脉宽很短时,脉冲能量作用在电阻器上产生的热量来不及散出去,全部由电阻膜层吸收,电阻膜层的温度能瞬间达到1000多度,当能量过大时,电阻膜层温度会更高而导致膜层烧毁。所以在脉宽一定时,电阻器能承受的能量不能超过某一更大值。脉宽越低,能量越小。下面是一个30w平面功率电阻器的脉冲能量曲线可供参考:

image.png 

image.png

上图是脉冲能量曲线,下图是功率脉冲曲线。从这两个图可以看出脉宽越短,脉冲能量越小,峰值功率越高。以上两图是借用威世电阻的数据。

至于连续脉冲,一般单个脉冲能量比较小,连续脉冲持续的时间都相对较长,大于1s,只要平均功率小于电阻器的额定功率,且不出现电压击穿即可。

 

13.爬电距离:沿绝缘表面测得的两个导电零部件之间或导电零部件与设备防护界面之间的最短距离。在不同的使用情况下,由于导体周围的绝缘材料电极化,导致绝缘材料呈现带电现象,此带电区的半径即为爬电距离。两个导电部件之间,或一个导电部件与设备及易接触表面之间沿绝缘材料表面测量的最短空间距离.沿绝缘表面放电的距离即泄漏距离也称爬电距离,简称爬距

为什么要考虑爬电距离这个问题?因为电阻器在长期使用时,表面会落上一层灰尘,导致绝缘能力下降,当绝缘能力下降到一定程度可能会造成击穿。高压电阻一般都是浸油或者环氧树脂灌封,这主要就是为了避免电阻器表面以及引出端与其他金属部件之间的爬电,以及电气击穿。

爬电距离一般都是客户工程技术人员需要考虑的问题,我们生产电阻器的无法避免爬电的产生。但是我们需要了解爬电的一些基本知识,以便帮客户解决一些问题。一般来说1000v电压,爬距要大于15mm比较保险。

 

14.给客户推荐厚膜电阻的几个基本原则:

1)充分了解客户的使用条件,根据客户的使用条件推荐可以满足客户需求的电阻

2)推荐的电阻要大于客户实际使用功率的1.5倍,如果客户已给自己留了余量,则可以按照客户要求的功率给客户推荐电阻

3)一般情况下客户的使用条件不能超过规格书中标称的参数

4)特殊情况如脉冲电路,让专员对客户进行推荐

5)我们的厚膜电阻的尺寸都是标准尺寸,不同的尺寸对应不同的功率,如果客户对尺寸有要求,一律要求客户采用我们的规格尺寸,如果客户不同意,除非他们有量,否则不予采纳。

6)原则上来说,10w以下的电阻可以自然散热,10w以上的电阻需要采用风冷的方式,甚至有些功率较大,体积较小的电阻需要采用水冷的方式。

7)高压电阻建议客户在油中或者环氧树脂中使用

 

15.厚膜电阻的应用

1)高压电阻:高压变频器、电压分压器、高压电路、电容器的泄放电路、高压缓冲电路、环保设备、医疗设备、静电除尘设备、电力系统、高压仪器仪表、脉冲调制器、显像设备、冲击电压发生器等,凡是用高电压或者脉冲的领域,高压电阻都适合

2)平面大功率电阻:变速驱动器、供电、控制设备、通讯、自动控制、发动机控制 电力电子,医疗器械,电力传输,电容均压,电容泄放,功率负载汽车电子,感应加热,电源设备,电气传动,无功补偿,RC吸收泄放,等电力电子行业。风力发电,光伏发电等新能源领域 

 

16.厚膜电阻与其他电阻的性能对比

性能

线绕RX

合成膜RS实心

厚膜

碳膜

RT

金属膜

RJ

金属氧化膜RY

熔断

RF

阻值范围

0.1-1.5K

1K-11M

0.1-10T

1-2M

0.1-10M

1-510K

0.1-10K

温度系数

尚可

较差

高频

尚可

极优

脉冲负荷

较差

较差

贮存稳定性

工作稳定性

噪声

尚可

尚可

耐潮性

可靠性

    从上表中可看出厚膜电阻器在各项指标中基本都是,不足的就是噪声有点大。

 


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