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谈谈容易被工程师忽略的“电源模块阻”

标签:谈谈,容易,工程,工程师,忽略,电源,模块 时间:2018年09月21日 阅读15
【导读】电源模块阻,和电源模块感、电源模块容一路,是电源模块子学三大基本无源器件;从能量的角度,电源模块阻是一个耗能元件,将电源模块能转化为热能。数年前,出现了第四种基本无源器件,叫忆阻器(Memristor),代表磁通量和电源模块荷量之间的关系。XX文库里也有许多资料,有爱好可以了解一下。   一、电源模块阻的基本原理   电源模块阻,和电源模块感、电源模块容一路,是电源模块子学三大基本无源器件;从能量的角度,电源模块阻是一个耗能元件,将电源模块能转化为热能。   数年前,出现了第四种基本无源器件,叫忆阻器(Memristor),代表磁通量和电源模块荷量之间的关系。XX文库里也有许多资料,有爱好可以了解一下。     谈谈容易被工程师忽略的“电源模块阻” 图片出自维基百科Memristor   通常,都是根据欧姆定律来定义电源模块阻,给电源模块阻加一个恒定电源模块压,会产生多大电源模块流;也可以,通过焦耳定律来定义,当电源模块阻流过一个电源模块流,单位时间内会产生多少热量。   现实电源模块阻的等效模型   谈谈容易被工程师忽略的“电源模块阻”   同样的,现实电源模块阻都是非理想的,存在肯定引线电源模块感和极间电源模块容,当应用场合频率较高,这些因数不能忽略。   谈谈容易被工程师忽略的“电源模块阻” 某薄膜电源模块阻的频率特征   上图电源模块阻的高频特征特别很是好,可以看到极间电源模块容只有0.03pF,引线电源模块感只有0.002nH,其中75Ω的电源模块阻可以到30GHz。我们通常使用的贴片电源模块阻大都是厚膜电源模块阻,性能远达不到如此,其引线电源模块感有几个nH,极间电源模块容也有几个pF,大多只能用到几百MHz或几个GHz。   标准阻值表   谈谈容易被工程师忽略的“电源模块阻” 上图出自Vishay文档   通常电源模块阻阻值都是标准,上图给出了不同精度(容差)的电源模块阻的标准阻值,通常乘以10的倍数或除以10的倍数,就可以得到所有阻值。   如何记住上述阻值表呢?其实也很简单,细致以下三点:   ● 不同精度的电源模块阻对应着不同精度的系列。通常10%精度的是E12系列,2%和5%是E24系列,1%是E96系列,而0.1%、0.25%和0.5%是E192系列。   ● 系列名中的数字代表着该系列有几个标准阻值,通常为6的倍数。例如,E12系列有12个不同的阻值,E192系列有192个不同的阻值。   ● 每个系列的阻值都近似是一个等比数列,公比为10开多少次方,基数是10Ω。例如E12系列的公比是10开12次方,E96系列的公比都是10开96次方。   有爱好的可以按照上表数一数,算一算是不是上述规律。另外,根据IEC的规定,2%精度对应是E48系列有48个阻值,有爱好的可以算一下是哪些值。上表中,Vishay可能不生产该系列了。
  阻值标记(Marking)   通常我们使用最多的就是5%和1%的片状电源模块阻,一样平常0603以上的电源模块阻封装上都有标记透露表现电源模块阻值。   E24系列(5%)   对于大于10Ω,通常有3位数字透露表现阻值,前两个透露表现阻值基数,最后一位透露表现乘以10的几次方。例如标记100代表10Ω,而不是100Ω,472代表4.7kΩ。小于10Ω通常用R来透露表现小数点,例如2R2,透露表现2.2Ω。   E96系列(1%)   通常由2位数字加一个字母透露表现,2位数字代表是E96系列的第几个阻值,字母透露表现乘以10的几次方,其中Y代表-1,X代表0,A代表1,B代表2,C代表3,以此类推。例如47C,从表中数到47个阻值,是30.1,C代表乘以10的3次方,就是30.1kΩ。   另外,对于轴向引线封装的电源模块阻,阻值标记都是一圈一圈的色环,详细含义如下图所示:   谈谈容易被工程师忽略的“电源模块阻” 阻值色环码   从左往右,前两个或三个环代表数字,接下来的环代表乘数,与前面的数字相乘便是阻值。再接下来的环代表电源模块阻的容差,最后就是电源模块阻的温度系数。   二、电源模块阻的工艺与结构   电源模块阻的工艺种类繁多,可以根据阻值是否可以转变,分成两大类介绍:   ● 固定电源模块阻 ● 可变电源模块阻   2.1 固定电源模块阻   固定电源模块阻,顾名思义就是电源模块阻值是定值,不可变。大多数时候,我们使用的电源模块阻都是固定值的。可以根据封装的不同大致再分类   2.1.1 轴向引线电源模块阻(Axial Leaded Resistor)   轴线引线电源模块阻通常都是圆柱形,两个外电源模块极是圆柱体两端的轴领导线,根据材料和工艺的不同还可以再分为多种。   绕线电源模块阻(Wire Wound Resistor)   谈谈容易被工程师忽略的“电源模块阻”   绕线电源模块阻是将镍铬合金导线绕在氧化铝陶瓷基底上,一圈一圈控制电源模块阻大小。绕线电源模块阻可以制作为细密电源模块阻,容差可以到0.005%,同时温度系数特别很是低,瑕玷是绕线电源模块阻的寄生电源模块感比较大,不能用于高频。绕线电源模块阻的体积可以做的很大,然后加外部散热器,可以用作大功率电源模块阻。   碳合成电源模块阻(Carbon Composition Resistor)   谈谈容易被工程师忽略的“电源模块阻”   碳合成电源模块阻重要是由碳粉末和粘合剂一路烧结成圆柱型的电源模块阻体,其中碳粉末的浓度决定了电源模块阻值的大小,在两端加镀锡铜引线,最后封装成型。碳合成电源模块阻工艺简单,原材料也容易获得,所以价格最便宜。但是碳合成电源模块阻的性能不太好,容差比较大(也就是做不了细密电源模块阻),温度特征不好,通常噪声比较大。碳合成电源模块阻耐压性能较好,因为内部是可以看作是碳棒,基本不会被击穿导致被销毁。   碳膜电源模块阻(Carbon Film Resistor)   谈谈容易被工程师忽略的“电源模块阻”   碳膜电源模块阻重要是在陶瓷棒上形成一层碳混合物膜,例如直接涂一层,碳膜的厚度和其中碳浓度可以控制电源模块阻的大小;为了更加正确的控制电源模块阻,可以在碳膜上加工出螺旋沟槽,螺旋越多电源模块阻越大;最后加金属引线,树脂封装成型。碳膜电源模块阻的工艺更加复杂一点九寨沟旅游租车,可以做细密电源模块阻,但因为碳质的缘故原由,照旧温度特征不太好。   金属膜电源模块阻(Metal Film Resistor)   谈谈容易被工程师忽略的“电源模块阻”   与碳膜电源模块阻结构类似,金属膜电源模块阻重要是行使真空沉积技术在陶瓷棒上形成一层镍铬合金镀膜,然后在镀膜上加工出螺旋沟槽来正确控制电源模块阻。金属膜电源模块阻可以说是性能比较好的电源模块阻,精度高,可以做E192系列,然后温度特征好,噪声低,更加稳固。   Metal film resistor    金属氧化物膜电源模块阻(Metal Oxide Film Resistor)   谈谈容易被工程师忽略的“电源模块阻” 上图出自Metal oxide film resistor   与金属膜电源模块阻结构类似,金属氧化物膜重要是在陶瓷棒形成一层锡氧化物膜,为了增长电源模块阻,可以在锡氧化物膜上加一层锑氧化物膜,然后在氧化物膜上加工出螺旋沟槽来正确控制电源模块阻。金属氧化物膜电源模块阻最大的上风就是耐高温。   谈谈容易被工程师忽略的“电源模块阻” 上图出自Metal oxide film resistor    2.1.2 片状电源模块阻   金属箔电源模块阻(Metal Foil Resistor)   谈谈容易被工程师忽略的“电源模块阻”   金属箔电源模块阻是通过真空熔炼形成镍铬合金,然后通过滚碾的体例制作成金属箔,再将金属箔黏合在氧化铝陶瓷基底上,再通过光刻工艺来控制金属箔的外形,从而控制电源模块阻。金属箔电源模块阻是目前性能可以控制到最好的电源模块阻。   厚膜电源模块阻(Thick Film Resistor)   谈谈容易被工程师忽略的“电源模块阻”   厚膜电源模块阻采用的丝网印刷法,就是再陶瓷基底上贴一层钯化银电源模块极,然后在电源模块极之间印刷一层二氧化钌作为电源模块阻体。厚膜电源模块阻的电源模块阻膜通常比较厚,大约100微米。详细工艺流程如下图所示。   谈谈容易被工程师忽略的“电源模块阻”   厚膜电源模块阻是目前应用最多的电源模块阻,价格便宜关键词优化,容差有5%和1%,绝大多数产品中使用的都是5%和1%的片状厚膜电源模块阻。   薄膜电源模块阻(Thin Film Resistor)   谈谈容易被工程师忽略的“电源模块阻”   薄膜电源模块阻就是氧化铝陶瓷基底上通过真空沉积形成镍化铬薄膜,通常只有0.1um厚,只有厚膜电源模块阻的千分之一,然后通过光刻工艺将薄膜蚀刻成肯定的外形。Thin Film工艺在此前电源模块容和电源模块感的文章中已经提到过多次了,光刻工艺十分正确,可以形成复杂的外形,因此,薄膜电源模块容的性能可以控制的很好。   谈谈容易被工程师忽略的“电源模块阻” 上图出自panasonic chip resistors   2.2 可变电源模块阻   可变电源模块阻就是电源模块阻值可以转变,可以有两种:一是可以手动调整阻值的电源模块阻;另一种就是电源模块阻值可以根据其他物理条件而转变。   2.2.1 可调电源模块阻   上中学的时候,应该都使用过滑动变阻器做实验,动一动滑动变阻器,小灯泡可以变亮或变暗。滑动变阻器就是可调电源模块阻,原理都是一样的。   可调电源模块阻,通常分成了三种:   ● Potentiometer   电源模块位器或分压计,这是一种三端口器件。电源模块位器被中心抽头分成两个电源模块阻,通过中心抽头可以改变两个电源模块阻的阻值,就可以改变分得的电源模块压。   ● Rheostat   变阻器,其实就是电源模块位器,唯一的区别就是变阻器只必要用到两个端口,纯粹一个可以正确调整阻值的电源模块阻。   ● Trimmer   微调器,其实也是电源模块位器,只不过不必要经常调整宜宾大金中央空调,例如设备出厂的时候调整一下即可,通常必要用螺丝刀等特别工具才能调整。   2.2.2 敏感电源模块阻   敏感电源模块阻是一类敏感元件,这类电源模块阻大都对某种物理条件分外敏感,该物理条件一转变,电源模块阻值就会随着转变,通常可以用作传感器, 例如光敏电源模块阻、湿敏电源模块阻、磁敏电源模块阻等等。在电源模块路设计应用比较多的应该是热敏电源模块阻和压敏电源模块阻,常用作珍爱器件。   热敏电源模块阻   谈谈容易被工程师忽略的“电源模块阻” 上图出自Murata Application Manual - PTC   PTC就是正温度系数电源模块阻,通常有两种:一种是陶瓷材料,叫CPTC,适用于高电源模块压大电源模块流场合;另一种是高分子聚合物材料,叫PPTC,适用于低电源模块压小电源模块流场合。   陶瓷PTC,其电源模块阻材料是一种多晶体陶瓷,是碳酸钡、二氧化钛等多种材料的混合物烧结而成。PTC温度系数具有很强的非线性,当温度超过肯定阈值时电源模块阻会变得很大,相称于断路,从而可以起到短路和过流珍爱的作用。   同时还有负温度系数电源模块阻,即NTC就不细致介绍了。   压敏电源模块阻   谈谈容易被工程师忽略的“电源模块阻” 上图出自Varistor and the Metal Oxide Varistor Tutorial   压敏电源模块阻通常都是金属氧化物可变电源模块阻,即Metal Oxide Varistor(MOV),其电源模块阻材料是氧化锌颗粒和陶瓷颗粒混合后一路烧结成型。MOV的特征就是当电源模块压超过肯定阈值的时候,电源模块阻敏捷降落,可以通过大电源模块流,因此可以用于浪涌防护和过压珍爱。   将氧化锌陶瓷采用和MLCC类似的工艺制作成多层型压敏电源模块阻,即 MLV。MLV封装较小,通常是片状的,额定电源模块压和通流能力都比MOV小许多,适用于低压直流场合。   三、电源模块阻的应用与选型   电源模块阻的厂商重要有国巨、松下、罗姆、威世、还有国内的风华高科等等。   3.1 电源模块阻的应用   基本上没有电源模块路板会不用电源模块阻,任何电源模块路板上使用最多的器件就是电源模块容和电源模块阻。各种上下拉电源模块阻,反馈电源模块阻等等。水平有限,简单讲述一下。   热效应   根据焦耳定律,电源模块流流过电源模块阻就会发热。电源模块阻的热效应的应用也有许多,电源模块热毯、电源模块火桶、电源模块水壶。   对于一些室外应用的电源模块子设备,分外对于一些集成有高性能CPU的SOC,对工作温度要求很苛刻,大都只能知足商业级应用,大冬天在东北,零下三十多度,温度太低,很可能开不了机。通常都会加一个大功率电源模块阻做预加热功能,当温度上来后,设备启动了再关掉。之所有关掉,由于设备本身工作的功耗也会发热,可以保持温度。   谈谈容易被工程师忽略的“电源模块阻”   作为硬件工程师,经常要跑到环境实验室去定位题目。为了复现一个高温题目,必要跑到环境实验室搭测试环境,关键温箱就那么几个,还要预约,经常要排队太麻烦了。于是我就本身作了一个再简单不过的定位神器,就是给水泥电源模块阻焊一个DC电源模块源座子,然后插各种电源模块源适配器,调整温度。然后往某某芯片上放个几分钟,没有题目,再换一个,题目复现,题目聚焦到某个芯片上,在本身的工位上就完成高温题目的定位。   零欧姆电源模块阻   零欧姆电源模块阻也叫跳线电源模块阻(Jumper)。在电源模块路设计中,为了调试方便或者作兼容设计经常使用。例如在作预研设计时,为了调试时能测试芯片的每组电源模块源的工作电源模块流,通常必要用零欧姆电源模块阻将电源模块源分成多路。   使用零欧姆电源模块阻时,最常碰到的题目就是功耗怎么算,如何判断选择的电源模块阻是否知足要求?   此时,就必要从电源模块阻的规格书中获取相干参数,从下图可以看出RC0402的零欧姆电源模块阻,其电源模块阻值不会超过50mΩ,额定电源模块流不超过1A,由此就可以判断电源模块阻是否知足设计要求。通常0402的零欧姆电源模块阻都可以知足1A以下的电源模块流要求。   谈谈容易被工程师忽略的“电源模块阻” 原图截自GENERAL PURPOSE CHIP RESISTORS - Yageo   限流   有些时候电源模块路中必要一组几十毫安的电源模块源,但是其电源模块压在电源模块路中其他地方都用不到,此时单独弄一组DCDC或者LDO都不太合适,由于电源模块流太小。此时可以使用稳压管稳压电源模块路。   分压   分压例如ADC采样电源模块路,DCDC输出电源模块压反馈,电源模块平转换等等。   匹配电源模块阻   对于高速旌旗灯号,PCB走线必要考虑传输线模型,要保证阻抗匹配,防止旌旗灯号反射会影响旌旗灯号完备性。阻抗匹配就是保证负载阻抗与传输线的特性阻抗相称以消弭反射。最常用最简单的就是源端串联匹配,即在旌旗灯号源端串联一个电源模块阻,该电源模块阻和源内阻之和等于传输线特性阻抗,如许即使负载端不匹配,旌旗灯号反射回来会被源端旌旗灯号,不会再次反射。   此外,还有各种非线性的灵敏电源模块阻,可以用作传感器、珍爱电源模块路等等。   3.2 电源模块阻的选型   选型简单的说,就是根据器件的规格书,提取关键参数,判断是否知足应用的要求。   3.2.1 固定值电源模块阻   常见类型的电源模块阻的重要参数的对比如下图所示,出货量最大的应该是厚膜电源模块阻和金属膜电源模块阻。   谈谈容易被工程师忽略的“电源模块阻”   3.2.2 热敏电源模块阻   PTC在电源模块路中的重要作用和保险丝类似,就是过流珍爱,区别就是保险丝是一次性的,而PTC是可恢复的,而许多时候换保险丝是不可接受的,影响客户体验。PTC也属于安规器件,通常要求通过UL1439认证。   谈谈容易被工程师忽略的“电源模块阻”   上图是PTC的阻抗温度特征,当过流的时候PTC发热,温度敏捷上升,PTC的阻抗敏捷变大,形成断路,断路后电源模块流降落,发热削减,温度降落,PTC恢复低阻抗。因此,PTC特别很是适合短时过流。   谈谈容易被工程师忽略的“电源模块阻”   保持电源模块流   选用PTC的时候,首先要考虑设计工作电源模块流,不能超过PTC保持电源模块流,此时PTC可以保持低阻抗状况。PTC的保持电源模块流会随着工作温度的升高而降低,因此,工作温度时必要考虑的紧张因素。   动作电源模块流   动作电源模块流西安人事考试网站,即PTC进入高阻抗状况,断路珍爱的电源模块流。   额定电源模块压   即PTC能承受的最大电源模块压,超过额定电源模块压,PTC可能会被击穿短路,进而引起销毁。因此,设计时要考虑各种情况下PTC的工作电源模块压不能超过其额定电源模块压。   当PTC断路珍爱的时候,会承受整个电源模块源电源模块压,PTC选型的时候,额定电源模块压要大于电源模块源电源模块压。通常考虑降额到80%,即电源模块源电源模块压12V,要选择耐压15V以上的PTC。   在电源模块源输入端口,必要考虑浪涌防护,此时要考虑最大的浪涌电源模块流,乘以PTC的电源模块阻,即PTC承受的浪涌电源模块压,不能超过PTC额定电源模块压。   额定电源模块流   即在额定电源模块压下,PTC能承受的最大短路电源模块流,短路电源模块流超过额定电源模块流,PTC将会损坏。   直流电源模块阻   PTC直流电源模块阻的存在,会使PTC存在肯定的直流压降,设计时要细致压降后的电源模块源电源模块压要知足要求。   和保险丝相比,PTC的额定电源模块压和额定电源模块流都小许多,而PTC的直流阻抗通常是保险丝的两部左右。PTC珍爱的时候,现实是高电源模块阻状况,因此会有毫安级的漏电源模块流,而保险丝是熔断机制,切断电源模块流通路,基本不存在漏电源模块流。   3.2.3 压敏电源模块阻   压敏电源模块阻的特征与稳压二极管(Zener diode)、TVS类似,都属于钳位型器件,重要用于防护电源模块路瞬态过压,例如浪涌。   谈谈容易被工程师忽略的“电源模块阻” MOV的理想伏安特征   选择防护器件,重要考虑两个方面:一是防护器件在正常工作条件下不能动作或者损坏,二是在设计范围内的非常情况下要能起到珍爱电源模块路的作用,即防护能力。   谈谈容易被工程师忽略的“电源模块阻”   额定工作电源模块压   额定工作电源模块压可以认为是MOV能保持高阻抗状况的最高持续工作电源模块压。根据应用场合,MOV可以分为交流和直流两种,两种场合用的器件规格是不一样。用于直流场合的MOV通常不能用于交流场合。   MOV的额定工作电源模块压,交流场合考虑交流额定电源模块压,即Vrms或Vm(ac),上图中的器件可以有用值130V的交流电源模块中正常工作。超过这个电源模块压,MOV可能动作或者损坏,导致电源模块路无法工作。   重要用于防护瞬态高压,持续的过高电源模块压会导致MOV损坏。   钳位电源模块压   MOV是钳位型器件,碰到瞬态高压时,阻抗会降落,通过大电源模块流,瞬态高压会被克制,但不会降为零,而是依然保持相对高压,通常是额定工作电源模块压的2到3倍。选择MOV时,要细致钳位电源模块压不能超过被防护器件的最高耐压,超过时,必要采用多级防护,例如后级加一个大功率电源模块阻去耦,再加一颗TVS,行使TVS的低钳位电源模块压进一步减小残压。   最大脉冲电源模块流   雷击或者感性负载切换等等,会产生很大浪涌电源模块流,MOV除了钳位住高压以外,还必要泄放浪涌电源模块流。   MOV能否承受住浪涌电源模块流,重要和一段时间内MOV承受的能量大小有关,能量过大,MOV过热销毁。能量的大小,和浪涌的波形和数目有关,通常,器件的浪涌能力都按8/20us波形能测试。上图中的MOV,单个3500A的8/20us的浪涌脉冲,延续2个3000A的8/20us的浪涌脉冲,延续20个750A的8/20us的浪涌脉冲。   此外,MOV的寄生电源模块容比较大,不能用在较高速率的旌旗灯号线上。MOV的相应时间比TVS慢,对一些快速的脉冲,像ESD可能不起作用。这些也是我们必要考虑的因素。    

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