1.了解額定電壓

電阻器的初級額定電壓是其限制元件電壓（LEV），有時(shí)稱為工作電壓。這是可以施加在其歐姆值的電阻器上的連續(xù)電壓大于或等于臨界電阻。低于該值時(shí)，電壓受額定功率

(Pr)to2√Pr?R限制。通常，它是直流或交流有效值，但高壓部件的數(shù)據(jù)表可能將其定義為直流或交流峰值。與此相關(guān)的是過載電壓額定值，通常為 LEV 的 2 或 2.5 倍，持續(xù) 2 至 5 秒。通常，可以在短時(shí)間內(nèi)承受更高的峰值電壓，如數(shù)據(jù)表的脈沖性能部分所示。終額定值是隔離電壓，它是可以施加在電阻器和與其絕緣體接觸的導(dǎo)體之間的連續(xù)電壓。

2. 分立電阻分壓

分壓需要一個高阻值電阻器 R 1與一個低阻值電阻器 R 2 串聯(lián)

電壓比由下式給出V輸入V輸出=(R1+R2)/R2=R1/R2+1

需要注意的是，電壓比與電阻比R 1 /R 2不同，而是偏移了1。例如，要獲得 1000 的電壓比，需要定義 999 的電阻比。對于分立電阻設(shè)計(jì)，選擇標(biāo)準(zhǔn)值，表 1 中列出了十倍電壓比的一些示例。

表 1. 使用標(biāo)準(zhǔn)電阻值的十倍電壓比

目標(biāo)電壓比R 1 / R 2R 1 (E12)R 2（E24 或 E96）實(shí)際電壓比標(biāo)稱誤差10982K9K110.01+0.1%

1009947萬4K7599.95-0.05%

10009991M01K01001+0.1%

10009996M86K81999.5-0.05%

10,000999910M1K010,001+0.01%

選擇標(biāo)稱值后，下一個考慮因素是所需的公差。電阻比的容差只是各個電阻容差的總和。這些不一定相同；通常，在低壓部件上選擇更嚴(yán)格的容差是經(jīng)濟(jì)的。例如，1%的高電壓R 1和0.1%的低電壓R 2導(dǎo)致電阻比公差為1.1%。對于超過 50:1 的電壓比，電壓比的容差實(shí)際上與電阻比的容差相同。

3. 指定集成分壓器

可以使用將 R 1和 R 2集成到一個三端子組件中的高壓分壓器，如 TT Electronics 的 HVD 系列所示（圖 2）。這種方法有許多精度優(yōu)勢。例如，可以地定義目標(biāo)電壓比，而不受選擇標(biāo)準(zhǔn)值的限制。

為集成分頻器指定的值通常是低值R 2和總值R 1 + R 2。此外，電壓比的容差可以通過微調(diào)過程直接控制，因此可以比電阻值的容差更嚴(yán)格。例如，R 1和R 2可以定義2%的容差，但電壓比可以調(diào)整到0.5%的容差。類似的優(yōu)點(diǎn)也適用于電阻溫度系數(shù) (TCR)，跟蹤 TCR 決定了電壓比的溫度穩(wěn)定性，可能低于電阻器元件的 TCR。此外，可以設(shè)計(jì)分壓器，將這種匹配元素?cái)U(kuò)展到壽命漂移和電阻電壓系數(shù) (VCR) 領(lǐng)域，盡管這通常需要定制設(shè)計(jì)。

4. 評估分頻器中的 TCR 和 VCR 誤差

如果R 1值足夠高并且電壓足夠低，則分壓器中的自熱程度將會較低。如果是這種情況，則分別測量 TCR 和 VCR 效果相對容易。使用溫度室計(jì)算 TCR 效應(yīng)，所得品質(zhì)因數(shù)定義為電壓比溫度系數(shù)=1E+6?VRht?VRltVRltHT?LT1E+6?VRht?VRltVRltHT?LT1E+6?VRht?VRltVRltHT?LT

1E+6?VRht?VRltVRltHT?LT1E+6?VRht?VRltVRlt

以 ppm/°C 為單位，其中 VRht 和 VRlt 是高溫和低溫下的電壓比，HT 和 LT 是高溫和低溫。

VCR 效應(yīng)的相應(yīng)品質(zhì)因數(shù)類似地定義為電壓比的電壓系數(shù)=

，單位為 ppm/° V 其中 VRhv 和 VRlv 是高電壓和低電壓的電壓比，HV 和 LV 是高電壓和低電壓。

如果自熱不可忽略，則在 TCR 測試中，應(yīng)調(diào)整腔室溫度以給出正確的 HT 值，并分配時(shí)間讓溫度穩(wěn)定。VCR 測試的持續(xù)時(shí)間應(yīng)較短，以盡量減少溫升?；蛘?，可以使用溫度室來測量較高溫度下的低電壓，反之亦然，從而抵消與溫度相關(guān)的電阻變化。

5. 計(jì)算泄放電阻器的值

泄放電阻器用于在斷電后將電容器放電至安全電壓水平。泄放電阻器可以跨接在電容器上以實(shí)現(xiàn)快速放電而無需靜態(tài)耗散，也可以連接以實(shí)現(xiàn)高可靠性和低成本。在后一種情況下，需要在達(dá)到安全放電的時(shí)間和靜態(tài)功率損耗之間進(jìn)行權(quán)衡。通過指數(shù)放電計(jì)算來選擇合適的歐姆值：

其中T d是放電時(shí)間，C 是假設(shè)正容差的電容值，V t是安全閾值電壓，V o是初始電壓?？紤]到公差，應(yīng)使用低于 R max 的標(biāo)準(zhǔn)值。

對于選定值R，初始功率由P o = V o 2 /R給出。對于開關(guān)泄放器來說，這是峰值功率。對于連接的泄放器，它是連續(xù)耗散，并且所選擇的電阻器必須具有相應(yīng)的額定值。

6. 選擇合適的平衡電阻

當(dāng)直流電壓連接到所有鋁電解電容器時(shí)，它們都會出現(xiàn)漏電流。這可以通過與電容器并聯(lián)的漏電阻來建模。該電阻是非線性的，也就是說，其值是所施加電壓的函數(shù)。在這種情況下，該值的定義很差，一個電容器與另一個電容器之間存在很大程度的變化。當(dāng)為高壓直流母線構(gòu)建電容蓄能器時(shí)，可能需要使用兩個電容器的串聯(lián)組合，每個電容器的額定值為母線電壓的一半。如果電容器相同，則總線電壓將在它們之間平均分配。然而，在實(shí)踐中，漏電阻會有所不同，導(dǎo)致漏電阻較高的電容器共享不均勻，并可能出現(xiàn)電壓過載。

解決方案是使用與每個電容器并聯(lián)的平衡電阻器。這些是高值電阻器，額定電壓適當(dāng)，并且值匹配在幾個百分點(diǎn)之內(nèi)。該值需要盡可能高，以限度地減少功耗，但通常選擇該值，使其不超過電容器額定電壓下漏電阻值的 10%。通過這種方式，不平衡的內(nèi)部電容器漏電阻的影響被平衡電阻的影響所淹沒，并且電壓近似均衡。

7、耐高壓浪涌

有時(shí)，設(shè)計(jì)人員考慮高壓電阻器時(shí)會這樣做，因?yàn)樗麄兊碾娐繁仨毘惺芨邏核沧?。如果連續(xù)電壓應(yīng)力不需要高額定電壓，那么低電壓但耐浪涌的部件很可能是的解決方案。例如，TT Electronics 的 5W 繞線高浪涌電阻器 WH5S 不具有高額定電壓，但可以承受 1.2/50μs 高達(dá) 10kV 峰值，而耐浪涌 2512 片式電阻器 HDSC2512 的 LEV 為500V，但可承受高達(dá)7kV的峰值電壓。

8. 設(shè)計(jì)符合安全標(biāo)準(zhǔn)

在設(shè)計(jì)滿足IEC 60664等電氣安全標(biāo)準(zhǔn)要求的設(shè)備時(shí)，有必要在早期階段考慮相關(guān)的爬電距離和電氣間隙要求。這些不僅會影響 PCB 布局設(shè)計(jì)，在某些情況下還會影響元件選擇。當(dāng)電阻器連接到高電壓電平時(shí)，重要的是檢查其端子之間的距離，以及在散熱器安裝部件的情況下檢查電阻器和金屬熱界面之間的距離。這有兩種方式定義。首先，爬電距離是穿過絕緣表面的短距離。這降低了潮濕和污染條件下的可能性，使表面閃爍的能量足夠高以進(jìn)行跟蹤。其次，間隙是空中的短距離。這解決了閃絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)。

可能需要的另一條信息是形成絕緣表面的材料，因?yàn)檫@決定了相對漏電起痕指數(shù)（CTI），該指數(shù)對有機(jī)材料支持導(dǎo)致漏電的過程的傾向進(jìn)行分類。例如，如果電阻器橋接設(shè)計(jì)中的隔離柵，以提供電流連接以防止過多的靜電電荷積聚，則 IEC 60065 安全標(biāo)準(zhǔn)要求電阻器能夠承受指定的高壓浪涌測試。由于這正在成為傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，因此正在進(jìn)行的電阻器不再相關(guān)。盡管如此，遵循 IEC 62368-1 基于危險(xiǎn)的安全工程方法的設(shè)計(jì)人員將有助于了解仍然有滿足 IEC 60065 要求的產(chǎn)品。

9. 優(yōu)化PCB布局

PCB 布局對于維持高壓設(shè)計(jì)的安全性至關(guān)重要，這在高壓電阻器小型化和表面貼裝器件 (SMD) 形式的情況下為明顯。TT Electronics 的 HVC 系列就是一個很好的例子，其中包括額定電壓為 3kV 的 2512 尺寸片式電阻器。應(yīng)避免在元件下方或非常靠近元件的走線或通孔，以及在制造或使用過程中可能捕獲或促進(jìn)離子污染的任何特征。一種可用于增加爬電距離并避免滯留污染的特殊措施是在元件下方的 PCB 上切一個槽。

10. 灌封和充油組件的設(shè)計(jì)

高壓設(shè)計(jì)中的兩個限制因素可能是受污染的有機(jī)表面支持跟蹤的趨勢以及空氣中放電的風(fēng)險(xiǎn)，特別是在小半徑表面周圍。這兩個限制都可以通過灌封或浸入礦物油中來解決，這樣可以防止污染物的進(jìn)入，并用介電強(qiáng)度更高的物質(zhì)代替空氣。這反過來又減少了爬電距離和間隙限制，從而減小了組件的尺寸。在為此類組件選擇電阻器時(shí)，必須選擇能夠避免排氣風(fēng)險(xiǎn)的絕緣部件。任何與組件結(jié)合的空氣都可能形成空隙，其中可能發(fā)生局部放電，導(dǎo)致絕緣材料的長期退化。這就排除了使用帶有絕緣套管或帶有粗糙或多孔涂層飾面的部件。環(huán)氧涂層（印刷或粉末浸涂）通常是理想的選擇，制造商可以就適用性提供建議。