資深工程師講述電路設(shè)計(jì)中的電阻與電壓問題 - 全文

2016-11-05 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

本文的作者武曄卿分享自己的《電路設(shè)計(jì)中的電阻與電壓問題》,自發(fā)表后至今有閱讀5724,59名讀者表示喜歡此文,評論41,博主也與網(wǎng)友在評論中互動(dòng)。以下是博文內(nèi)容:

前兩日,遠(yuǎn)方的朋友問我一個(gè)問題,在某IC卡電路的輸入端串接了0603的100歐電阻,端口打靜電多次后,阻值就變大成了幾千歐。我問下是否是膜式電阻,回答確認(rèn)說是。下面就是出現(xiàn)此問題的原因了。

常用電阻分兩種,線繞電阻和膜式電阻。往簡單里理解,膜式電阻的工藝是在骨架上做噴涂導(dǎo)電涂層,涂層材料當(dāng)然是有一定電阻率的;線繞電阻的工藝是在骨架上纏繞環(huán)形螺旋狀電阻絲的。

通過這兩種結(jié)構(gòu),其實(shí)就很容易的可以分析出,在靜電電壓的作用下,電阻可能發(fā)生的問題了。對膜式電阻,用形象的理解,導(dǎo)電涂層就如人頭上的頭發(fā),高壓過來,就如拿個(gè)鑷子,刺溜薅一綹,就少一塊頭發(fā),露出一塊頭皮。頭發(fā)就是那導(dǎo)電的涂層,導(dǎo)電的東西少了,自然阻抗就會(huì)變大了。多刺溜刺溜的薅幾下,弄成個(gè)截?cái)嗟亩d瓢地帶,那就徹底斷路了。

如果是線繞電阻,就是看成繞制的線圈,既然是繞制,就會(huì)有電感,突變的電脈沖,上升沿很陡,電感的作用導(dǎo)致傳導(dǎo)不過去,就會(huì)加之于繞組的線間,線間的間距又比較小,容易擊穿,一旦擊穿,線間短路,阻值會(huì)變小。

以上兩種情況,描述的都是大電壓,小電流的情況才會(huì)發(fā)生的事情。這種狀態(tài)的特征,靜電都具備,是其非常經(jīng)典的失效機(jī)理。

我如上解釋了之后,朋友又提出一個(gè)問題,問“那一個(gè)具體的電阻,如何判定其抗ESD的電壓大小?”而且找出了幾個(gè)指標(biāo),問這幾個(gè)指標(biāo)與ESD 有沒關(guān)系。

Maximum Working Voltage 50V

Maximum Overload Voltage 100V

這兩個(gè)數(shù)值與ESD耐壓是沒關(guān)系的。工作耐壓的電壓是持續(xù)性的,而且能量較大,會(huì)有較大的持續(xù)電流,電子器件的燒毀主要是因?yàn)殡娏髁鬟^導(dǎo)致的發(fā)熱Q=I2 R,而ESD是尖峰式脈沖,時(shí)間短,電壓高,能量小。這里的50V、100V都是針對工作耐壓的。而工作耐壓的損傷都是熱損傷,熱損傷的結(jié)果就可以想象了,膜式電阻的熱損傷一般是直接燒斷了。線繞電阻的熱損傷是電阻先變小,原因是繞線間的絕緣層燒化導(dǎo)致線間短路,但這個(gè)過程很短,很快就也會(huì)把導(dǎo)電絲燒斷了。

一般電阻的工作耐壓,直插電阻在120-150V左右(僅是參考值,對不同的工藝的會(huì)有差別),比如同一個(gè)阻值的電阻,封裝小的和封裝大的也會(huì)有差別,貼片電阻工作耐壓會(huì)更小一點(diǎn)。

而對于電阻的抗ESD損傷的電壓值,一般電阻的datasheet都是不給出來的,因?yàn)橐稽c(diǎn)半點(diǎn)的靜電是沒問題的,但萬一真打得多了,打壞也是完全可能的。如果真有這方面問題,最好的辦法是加保護(hù)通路,在電阻之前,對地加靜電防護(hù)的TVS管。既然咱小電阻惹不起,只好躲得起吧…

bigbigeasy

直接用靜電儀打一下,測一下峰值電流,選一個(gè)滿足峰值功率降額的電阻就好了。這個(gè)很復(fù)雜嗎?

武曄卿回復(fù)

這么考慮這個(gè)問題是不對的。電阻的電壓要考慮兩個(gè)。一個(gè)是您剛提到的從功率角度考慮,這是其工作電壓;他的損傷機(jī)理是熱損傷,電流導(dǎo)致的;第二個(gè)是從工藝角度考慮,電壓高了后會(huì)破壞其結(jié)構(gòu),是電壓導(dǎo)致的,電流很小。

jxhsl

武老師,個(gè)人認(rèn)為加TVS固然是好,不過增加成本,或許可以考慮加大電阻值, 或者是加濾波電容,加磁珠,這樣的低成本的方式來避免。

小蕾L

電路中最基礎(chǔ)并且用的最多的元件要數(shù)電阻,電阻在電路中主要是產(chǎn)生壓降,關(guān)于電路中電阻與電壓問題在電路設(shè)計(jì)中很重要。

Miaomiao

電阻器都有額定功率值的,電阻上的最大電壓應(yīng)該根據(jù)電阻的額定功率來估算,相同封裝的電阻,不同的電阻值能承受的電壓不同。

游客

一般來說,電阻器都有額定功率值的,電阻上的最大電壓應(yīng)該根據(jù)電阻的額定功率來估算,相同封裝的電阻,不同的電阻值能承受的電壓不同,所以用最大工作電壓來描述電阻的參數(shù)是不合適的。0603電阻的額定功率很小,小阻值的電阻放在端口打靜電很容易打化壞,應(yīng)該在端口放置防靜電管。

WLQ

分析的有道理,有用。再比如二極管過流、反向過壓損壞后的狀態(tài)是短路?還是斷路?危害會(huì)是什么?環(huán)境溫度的變化對電子元器件會(huì)帶來什么后果?如果研究到位,可以預(yù)測后果,提前采取保護(hù)。像玉兔的環(huán)境惡劣,提前理論分析、預(yù)測就可以采取對策保護(hù),克服難關(guān)……極需要這樣的細(xì)致分析。

趙澤西

高壓過來,就如拿個(gè)鑷子,刺溜薅一綹,就少一塊頭發(fā),露出一塊頭皮。導(dǎo)致這個(gè)的原因是什么? 電阻是串聯(lián)在通路上的,除非有放電,否則電阻上的電壓差就是0V; 另:電阻的最高工作電壓和過載電壓并不是熱損傷的限制,熱損傷的限制是有功率來限制的。

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