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【技术盛宴】开关电源中电阻的选型浅析

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。

先开个篇,慢慢写。

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2015-11-04 09:02
我现在一看到慢慢写,就知道内有乾坤 必有后续  哈哈
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rockyy
LV.6
3
2015-11-04 17:25
@电源网-天边
[图片]我现在一看到慢慢写,就知道内有乾坤必有后续 哈哈

占座,期待中....

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2015-11-04 20:13

在画原理图中,时间有限,先弄个简单的。

有供应商提供下原理图不?或者推荐一个IC的应用。

我就懒得画了,直接给用上好了。

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2015-11-04 22:50

这里有RV1,NTC1,R1,R2,R3,R4。

大家看看这些平时都是怎么选的,发表下看法吧。

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2015-11-05 18:37
@417zhouge
[图片]这里有RV1,NTC1,R1,R2,R3,R4。大家看看这些平时都是怎么选的,发表下看法吧。

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。

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2015-11-05 18:43
@417zhouge
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334/340VR1=R2=R3=R4=1.5M。放电时间与放电电压波形如图。[图片][图片][图片][图片]

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。

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2015-11-06 11:40
@417zhouge
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。
额额,就稀罕看这种大图带详细文字说明滴,上精华,等着后续
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2015-11-09 12:44
@417zhouge
[图片]这里有RV1,NTC1,R1,R2,R3,R4。大家看看这些平时都是怎么选的,发表下看法吧。

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:

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21176659
LV.4
10
2015-11-09 12:47
@417zhouge
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INRUSHCURRENT(Typ.) COLDSTART45A(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:[图片]
NTC有个参数B值可以解释一下
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2015-11-09 12:52
@417zhouge
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INRUSHCURRENT(Typ.) COLDSTART45A(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:[图片]

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。

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2015-11-09 12:56
@21176659
NTC有个参数B值可以解释一下

对,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

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2015-11-09 21:26
@417zhouge
对,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[图片]

功率型NTC热敏电阻器的选用原则.doc

别人一篇写的比较全的资料,推荐下。

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2015-11-09 21:37
@417zhouge
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。
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2015-11-09 21:59
@417zhouge
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INRUSHCURRENT(Typ.) COLDSTART45A(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:[图片]

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。

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2015-11-10 20:57
@417zhouge
[图片]这里有RV1,NTC1,R1,R2,R3,R4。大家看看这些平时都是怎么选的,发表下看法吧。

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。

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sudezhao
LV.1
17
2015-11-11 11:27
@417zhouge
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。[图片]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。
我们发现无PFC的小功率电源的压敏电阻很容易挂,有PFC的就好很多,即便压敏电阻是同规格的。LZ觉得这个现象和PFC有关系吗?还是和电网环境有关?
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letflying
LV.4
18
2015-11-11 12:11
@417zhouge
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334/340VR1=R2=R3=R4=1.5M。放电时间与放电电压波形如图。[图片][图片][图片][图片]

果然是大师,越是这种平凡的器件越见功力啊。

请教个问题:

我们都知道,贴片电阻的阻值是不连续的,那阻值的分布是什么规律呢?

按照某种指数分布的吗?求指导

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2015-11-11 12:32
@letflying
果然是大师,越是这种平凡的器件越见功力啊。请教个问题:我们都知道,贴片电阻的阻值是不连续的,那阻值的分布是什么规律呢?按照某种指数分布的吗?求指导

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E6E12E24E48E96E192六大系列,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E24E12E6系列也适用于电位器和电容器,E48E96E192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。

(抄袭网上的)

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2015-11-11 12:34
@letflying
果然是大师,越是这种平凡的器件越见功力啊。请教个问题:我们都知道,贴片电阻的阻值是不连续的,那阻值的分布是什么规律呢?按照某种指数分布的吗?求指导

《实用开关电源设计》第三章 元器件的实用选择 第二节 电阻

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2015-11-11 12:37
@letflying
果然是大师,越是这种平凡的器件越见功力啊。请教个问题:我们都知道,贴片电阻的阻值是不连续的,那阻值的分布是什么规律呢?按照某种指数分布的吗?求指导

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。

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2015-11-11 12:42
@sudezhao
我们发现无PFC的小功率电源的压敏电阻很容易挂,有PFC的就好很多,即便压敏电阻是同规格的。LZ觉得这个现象和PFC有关系吗?还是和电网环境有关?

我觉得从以上2个条件来看,应该更输入电容大小有关系,如果PFC的电路里面还有个LC或者CLC滤波可能也有点关系。

有PFC的电源一般相对功率比较大,电容容量会比小电源的大。容量大,吸收的能量就多。在MOV上的能量相应的就少,再有就是MOV的温度了,MOV温度对于MOV的失效也有些关系。。

还有一个方面是PCB布板的情况,PCB方面很难讲。

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2015-11-11 17:07
@417zhouge
[图片]这里有RV1,NTC1,R1,R2,R3,R4。大家看看这些平时都是怎么选的,发表下看法吧。
2串2并能搞定么?我一般选4个串联。
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2015-11-11 18:28
@Constance
2串2并能搞定么?我一般选4个串联。

我之前改别人的板子用3个串联,后来实验没有做过,安规工程师说要改2并2串,安规做实验的时候会把一个短路或者断路来测试放电的,做开短路实验就做过了。

但是之前的版本别人的3个串联就过了。也许跟实验室认证的工程师和测试模板有关吧,我后来的做法都是2并2穿,277V高压的情况就用2并3串的。

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2015-11-12 22:10

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。

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2015-11-12 22:17
@417zhouge
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。[图片]

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。

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。

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2015-11-14 09:45
@417zhouge
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。[图片]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。[图片]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。

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letflying
LV.4
28
2015-11-16 12:14
@417zhouge
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。
谢谢
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2015-11-16 22:21
@417zhouge
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。)[图片]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。
发了个败家拆机的帖子,明后天再更新这个电阻的帖子。
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2015-11-18 21:33
@417zhouge
发了个败家拆机的帖子,明后天再更新这个电阻的帖子。

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。

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2015-11-22 20:16
@417zhouge
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。[图片][图片]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。

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