电力电子中的功率无源元件

电力电子中的功率无源元件刁智海俞宏霞2009.11.28电阻根据材料及工艺的不同，电阻可以分为以下几类：A、实芯电阻B、薄膜电阻C、金属玻璃釉电阻D、绕线电阻E、敏感电阻电阻分类（A）（B）（C）（D）（E）1、看图选择各类电阻的分类？A、实芯电阻主要是实芯碳质电阻：用碳质颗粒作导电物质（碳黑、石墨等）、填料、粘合剂混合制成的一个实体电阻器。优点：价格低廉缺点：阻值误差、噪声电压都大，稳定性差。目前已较少使用B、薄膜电阻用蒸发的方法将一定电阻率材料蒸镀于绝缘材料表面制成。主要可以分为：①碳膜电阻器：将结晶碳沉积在陶瓷棒骨架上制成。优点：成本低、性能稳定、阻值范围宽、温度系数和电压系数低，是目前应用最广泛的电阻器②金属膜电阻器：用真空蒸发的方法将合金材料蒸镀于陶瓷棒骨架表面。优点：比碳膜电阻的精度高，稳定性好，噪声、温度系数小。在仪表及通讯设备中大量采用。成本相对高③金属氧化膜电阻器：在绝缘棒上沉积一层金属氧化物。优点：高温下稳定（因为本身是氧化物），耐热冲击，负载能力强。④合成膜电阻：将导电合成物悬浮液涂敷在基体上而得，因此也叫漆膜电阻。缺点：由于其导电层呈现颗粒状结构，所以噪声大、精度低，主要用于制造高压、高阻、小型电阻器C、金属玻璃釉电阻将金属粉和玻璃釉粉混合，采用丝网印刷法印在基板上。优点：耐潮湿、高温，温度系数小，主要用于厚膜电路。贴片电阻是金属玻璃釉电阻的一种形式，它的电阻体采用高可靠的钌系列玻璃釉材料经过高温烧结而成，电极采用银钯合金材料。优点：体积小、精度高、稳定性好，由于其为片状元件，所以高频特性好。D、绕线电阻用高阻合金线绕在绝缘骨架上制成，外面涂有耐热的釉绝缘层或绝缘漆。优点：绕线电阻具有较低的温度系数，阻值精度高，稳定性好，耐热耐腐蚀，主要做精密大功率电阻使用。缺点：高频性能差，时间常数大。E、敏感电阻敏感电阻是指器件特性对温度，电压，湿度，光照，气体，磁场，压力等作用敏感的电阻器。敏感电阻的符号是在普通电阻的符号中加一斜线，并在旁标注敏感电阻的类型，如：t.v等。主要有压敏电阻、湿敏电阻、光敏电阻、气敏电阻、力敏电阻和热敏电阻。我们主要用到的是热敏电阻，热敏电阻又可以分为正温度热敏电阻（PTCThemistor）和负温度热敏电阻（NTCThemistor）。电力电子中主要用到的是热敏电阻电阻封装与功率的关系电阻的功率与尺寸有关，功率越大尺寸也越大封装型号英制代码（in）公制代码（mm）长度（mm）宽度（mm）厚度（mm）额定功率（W）040210051.00.50.51/16060316081.550.80.41/16080520122.01.250.51/10120632163.11.550.551/8121032253.22.60.551/4201050255.02.50.551/2251264326.33.150.551标称功率（W）1/161/81/41/212最高工作电压（V）1001503505007501000贴片电阻的型号及对应的功率：常用的贴片电阻0805和1206的对应功率大小？电阻的最高工作电压还与功率相对应，下表是常见碳膜电阻的最高工作电压线绕电阻系列3W，4W，8W，10W，16W，25W，40W，50W，75W，100W，150W，250W，500W非线绕电阻系列0.05W，0.125W，0.25W，0.5W，1W，2W，5W2、实验室最常用的碳膜电阻的功率为?1/4W有些场合如MOS的驱动电阻功率应根据估算适当增大电阻的标称值及允许误差电阻并不是任意阻值都有生产，而是按照不同的标准生产。因此会有一系列固定的标称值，按照精度主要分为四大系列，分别为E-6、E-12、E-24、E-96系列，而在这四种系列之外的电阻器被称为非标称电阻器，较难采购。所以在设计电路时要注意不要去任意值的电阻，对常用标称值有一定了解比较好。电阻允许的误差是指实际阻值与厂家标注阻值之间的误差（误差值被称为精度），实际阻值的误差范围之内的电阻均为合格电阻器。E-6系列电阻的误差范围为±25%，E-12系列电阻器的误差范围为±20%，E-24系列电阻的误差范围为±5%，E-96系列电阻的误差范围为±1%。E-24和E-96系列电阻式最常用的电阻器，这两种最常用系列电阻器的标称值可以见表。常用的电阻器精度是多少？1.351.79.11260√√√3、下列哪些是标称电阻？电阻的高频特性寄生电容寄生电感额定电阻电阻器工作在高频条件下时，需要考虑电阻的寄生电感和寄生电容对电路的影响，高频条件下的电阻等效模型如右图所示通常情况下，非绕线电阻器的LR=0.01-0.05uH，CR=0.1-5pF；绕线电阻器的LR达几十uH，CR达几十pF，即使是无感绕法的电阻器，LR仍有零点几uH。所以绕线电阻器一般都是用作负载。零欧姆电阻的作用1、用作跳线，某部分线路不用时直接将该电阻取下即可；2、为电路中的某些元件做预留，在调试过程中再替换；3、用于电流测试，将电阻取下串上电流表可以测电流；4、布线走不通时用一个贴片电阻跨接比打孔效果好，可以减小引线电感；5、熔丝作用，零欧姆电阻是有功率限制的，可以当熔丝使用，根据不同的型号有不同的电流容量，如0603的1A，0805的2A；6、跨接地平面，减小电流回路。当地平面被迫分割时，信号最短回路断裂，此时信号回路变大，容易干扰/被干扰，可以在分割区跨接0欧姆电阻，减小回路，减小干扰。7、模拟地与数字地的单点接地。4、零欧姆电阻主要是为了在PCB上方便调试或者兼容设计，说说0欧姆电阻的作用？（1）磁珠连接：只对某个频点的噪声有显著的抑制作用，使用时需要预先估计噪点频率，对不确定或无法预知的情况，磁珠不适合；（2）电容连接（平常我们都是用一个小电容来连接的）：隔直通交，容易造成浮地；（3）电感连接：体积大，杂散参数多，不稳定；（4）0欧姆电阻连接：相当于很窄的通路，能够有效抑制环路电流，使噪声得到抑制。电阻在所有频带上都有衰减作用，这点比磁珠强。如右图所示的R32为模拟地与数字地之间单点接地的0欧姆电阻。模拟地与数字地的单点接地：只要是地，最后都要接在一起，如果不接在一起就成了浮地，存在电压差，容易积累电荷，造成静电。如果把模拟地和数字地直接相连，会导致互相干扰，不接又不妥。有四种方法可以解决两个地之间的连接问题：5、通常使用的模拟地与数字地之间单点接地的连接方式？热敏电阻的应用热敏电阻根据温度系数的不同可以分为NTC（负温度系数）热敏电阻和PTC（正温度系数）热敏电阻。热敏电阻的主要参数是额定零功率电阻以及电阻温度系数。零功率电阻是指在某一温度下测量热敏电阻值时，加在该电阻上的功耗极低，低到因其功耗引起的热面电阻的阻值变化可以忽略不计。额定零功率电阻是指在环境温度25℃时所测得的热敏电阻的阻值。电阻值/欧姆温度/℃A居里点电阻温度系数是指温度变化所引起的电阻值的变化，温度系数越高，说明热敏电阻对温度变化越敏感。NTC热敏电阻的温度系数表示为-x%/℃，PTC热敏电阻的温度系数表示为+x%/℃。PTC热敏电阻还存在一个居里点，如右图所示，在居里温度之前，阻值随温度的变化很小。相对居里点会有一个动作电流和不动作电流。PTC热敏电阻特性曲线（1）NTC热敏电阻应用限流电路为了避免电路在开机的瞬间产生浪涌电流，通常在设计电路时串联一个功率NTC热敏电阻，在启动时有效地抑制龙永电流，并且在完成抑制作用后，由于电流持续通过，功率NTC热敏电阻的阻值将随之减小，消耗的功率可以忽略不计，不会对正常的工作电流产生影响。温度检测/控制电路由于NTC热敏电阻的阻值会随着温度的升高而减小，因此可以通过将热敏电阻与普通电阻串联后组成分压电路，将温度变化转换为电压变化信号，然后在利用该变化的电压信号控制驱动电路实现对负载的控制。（2）PTC热敏电阻的应用过流／过热保护电路PTC热敏电阻由于其居里温度点的存在，在电路中可以起到一个限流保护、过热保护的作用。在选择时先选定最大正常工作电流，据此选择PTC热敏电阻最小动作电流，当电路正常工作时，PTC热敏电阻的温升不会使得电阻阻值改变，而当电流超过最小动作电流后，电流的增加会导致PTC热敏电阻的阻值迅速上升，对电路有一定的限流作用。还可以通过检测该电阻上的电压进行控制。电阻值/欧姆温度/℃A居里点电容电容器的分类6、各图分别是哪种电容？（A）云母电容（B）薄膜电容（C）瓷介电容（D）电解电容（B）（C）（A）（D）（A）云母电容（1）损耗小：容量小于或等于82pF时，损耗在10～30×10-4范围内，容量大于82pF时，损耗都在10×10-4以下，最小可达3×10-4以下，即使在很高温度下，损耗仍在允许范围内；（2）耐热性好；（3）高频特性优良：因其固有电感小，云母电容器可以在较高的频率下工作；（4）精度高：一般可达到±1%、±2%、±5%，最高精度可达到0.01%；（5）容量稳定性好：温度系数最好的可稳定在±10×10-6/℃范围内，在规定的贮存条件下，贮存14年后，其容量变化不超过±1%。云母是一种极为重要的优良的无机绝缘材料。作为介质材料，尚未发现其它材料的综合性能可以超过云母。云母的优点是介电强度高，介电常数大，损耗小，化学稳定性高，耐热性好，并且易于剥离成厚度均匀的薄片。云母具有优良的机械性能，因此可以装配成叠片式的电容器。云母电容是用金属箔或者在云母片上喷涂银层做的电极板，极板和云母一层一层叠合后，再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成。正是由于云母介质的优异性能，使得云母电容器具有以下优点，是其它电容器不能代替的：云母电容一般容量较小（几十pF到几十nF），体积相对较大，成本高（B）薄膜电容通常是将铝箔等金属箔当成电极和塑料薄膜重叠后卷绕在一起制成。塑料膜的材料通常有聚乙酯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚酯碳酸等。薄膜电容的另一种制法叫金属化薄膜，其制法是在塑料薄膜上真空蒸镀上一层很薄的金属作为电极，这样可以减小电极箔的厚度，缩小电容器单位容量的体积。我们通常所用的就是金属化聚乙酯电容器和金属化聚丙烯电容器（也称CBB电容器）。金属化薄膜的电容器具有良好的自愈性、体积小、容量大、耐压高、可靠性好。尤其是CBB电容，损耗小、高频特性好，可以代替大部分聚苯或云母电容器，广泛用于高频、直流、交流和脉动电路中。缺点是耐电压性差。（C）瓷介电容瓷介电容器是以陶瓷材料为介质，并在其表面烧渗上银层作为电极的电容器。因陶瓷材料的介电系数较大，所以可以做得容量很大，体积很小；瓷介电容器稳定性好；具有优良的绝缘性能；温度系数范围很宽，在电路中常作为温度补偿电容器。其缺点是机械强度低，易碎易裂。瓷介电容器的外层常涂有各种颜色的保护漆，漆的颜色表示出了电容器的温度系数：蓝色和灰色表示正温度系数；其他颜色的为负温度系数，其中以黑色的温度系数最小，浅绿色的温度系数最大。7、根据陶瓷成分不同可以分为哪两类？高频瓷介电容器（高频用CC表示，也称I型）和低频瓷介电容器（低频用CT表示，也称II型）。高频瓷介电容器（CC）：其特点是体积小、损耗低，电容对频率、温度稳定性都较高，常用于要求损耗小，电容量稳定的场合，并常在高频电路中用作调谐、振荡回路电容器和温度补偿电容器。高频瓷介电容的容量在零点几pF至几百pF之间，耐压常见的有160V、250V、500V几种，误差常见有±2%、±5%、±10%、±20%几种。低频瓷介电容器（CT）：其特点是体积小、损耗大，电容对频率、温度稳定性都较差，常用于对损耗及容量稳定性要求不高的低频电路。低频瓷介电容容量在几百pF到几十uF之间，额定直流工作电压常见有0.5KV、1KV、2KV、5KV等几种。独石电容：独石电容器也是瓷介电容器的一种，它的制造工艺与一般瓷介电容器不同，是采用若干片厚度为微米级厚的陶瓷膜预先印刷上电极，然后叠放起来烧结而成，外形具有独石状，它相当于若干小陶瓷电容并联，由于每片陶瓷膜很薄，所以其电容体积比比一般瓷介电容要大很多。独石电容容量从零点几个pF到10uF。独石电容的型号以CC4和CT4标识，其中4表示独石的意思。常