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【电源电路各个电阻的计算】：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....

硬件笔记本 2023-09-01 07:40
TOLG 技术采用超紧凑的海鸥翼式引脚设计 4.23杭州！半导体产业链测试全链路解密

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引言

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。

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