Назначение 2 последовательных резисторов на делитель напряжения

20

На схеме / рисунке ниже, каково назначение двух последовательных резисторов для делителя напряжения? Температура, тепловое убегание, акции, цены или что-то еще?

Спасибо.

схематический

смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

Угур Баки
источник

Ответы:

33

Обычно это делается для удовлетворения требований надежности для безопасности.

При работе от опасного высокого напряжения цепь должна иметь защиту от единой точки отказа (SPOF) для соответствия требованиям безопасности, таким как CE. В частности, опасное напряжение обычно превышает 50 В переменного тока или 120 В постоянного тока, но в стандартах указано, что оборудование должно быть одобрено. Это, безусловно, относится к вашему 400 В постоянного тока здесь.

Проектирование для SPOF означает, что влияние отказа одного компонента на схему необходимо учитывать для каждого компонента. Для SPOF «сбой» означает, что компонент неисправен из-за короткого замыкания или обрыва. Компоненты не все терпят неудачу таким образом в реальной жизни, но именно так это считается в SPOF. Цепь не должна вызывать дальнейших опасностей, таких как пожар, вред людям или переоценка других компонентов, когда один из компонентов вышел из строя таким образом.

Принимая во внимание SPOF, один последовательный резистор с напряжением 400 В может вызвать короткое замыкание и подать 400 В на резистор 1 К и на выход. Таким образом, вместо последовательных резисторов для защиты уровня SPOF. Если один отказывает короткому замыканию, другой все еще должен работать, так как мы рассматриваем одну точку отказа.

Каждый выживший резистор должен быть рассчитан на рукоятку с полным напряжением и мощностью, с которыми он будет иметь дело. Итак, здесь вам понадобятся резисторы 1 М, рассчитанные на 400 В, допуск вашего источника питания и запас прочности (500 В или выше?). И номинальная мощность должна соответствовать максимальному напряжению питания 400 В на одном резисторе 1 М и напряжении 1 К с уменьшением номинальных значений. Итак, давайте рассмотрим рассеивание 160 мВт и используем резистор не менее 320 мВт, например, 1/2 Вт.

Затем, если 1 K выходит из строя при разомкнутой цепи, полное сопротивление источника от 400 В до 2 М будет подано на ваш выход. Так что это тоже нужно учитывать. Вы можете использовать второй параллельный резистор и сделать 2 кОм. Отказ любого из четырех имеющихся у вас резисторов повлияет на выходное напряжение делителя потенциала, поэтому это необходимо учитывать. Если он просто обнаруживает наличие 400 В, подходящие значения резисторов позволят выходу управлять NPN-транзистором или компаратором напряжения, который будет работать от любого из трех выходных напряжений, вызванных тремя возможными делителями (обычно 2М: 1К, 1М: 1К , 2М: 2К). Если вы пытаетесь измерить 400 В, вы можете добавить вторую и третью идентичные делители и провести их через мажоритарную схему голосования, чтобы определить правильное напряжение (два из трех напряжений почти одинаковы).

Возможно, это не первоначальная причина, по которой ваша схема имеет два последовательных резистора, я не знаю приложения или его требований. Но это причина, почему это должно быть.

Проектирование для надежности, безопасности и ЭМС часто забывают в схемотехнике, а не только в функциональности. Это очень хороший проектный подход - учитывать эти требования в самой концепции схемы, а не пытаться добавить их позже.

TonyM
источник
Возможно, это из-за того, что я никогда не работал с цепями высокого напряжения (тем более созданными), что я нахожу это действительно нелогичным, но правильно ли я понимаю ваш ответ, что, хотя проектирование цепей таким способом уменьшает MTBF, это делается так, чтобы при сбое происходит, это не так опасно с точки зрения опасности пожара или искрения?
user3052786
1
@ user3052786, интересные комментарии, но это другая цель. MTBF изучает вероятность сбоя: надежность функции. Это изучение последствий отказа: надежность безопасности, а не функции. Прочитайте также о двойном и тройном резервировании для компонентов / систем, о которых также стоит узнать. Хотя гораздо меньше общих и бытовых приложений, вы будете чувствовать себя лучше о полете :-)
TonyM
Правильно, я вижу, что существуют разные приоритеты, я хотел спросить, не намеренно ли это жертвовать надежностью функции, чтобы смягчить последствия отказа. Потому что мне кажется, что использование двух резисторов, как в этом случае, увеличило бы вероятность сбоя (как в нарушенной функции), потому что это еще один компонент, который может выйти из строя.
user3052786
Но даже если произойдет сбой и произойдет сбой короткого замыкания (которого я никогда не видел, но, как я уже говорил, я не подвергался воздействию многих мощных конструкций), внезапно не существующая нагрузка не срабатывает потенциально катастрофическая цепочка отказов в компонентах ниже по потоку, потому что у другого резистора есть достаточный запас для рассеивания тепла, чтобы справиться с более высоким током?
user3052786
@TonyM: защита от SPOF иногда также проходит под тегом «отказоустойчивый» дизайн. Это означает, что в случае любого отказа проект попадает в неопасное состояние. Другой типичный пример отказоустойчивой конструкции касается определения логического уровня для сигналов тревоги: то есть активных сигналов низкого уровня для обнаружения обрыва провода в качестве сигнала тревоги или активных сигналов высокого уровня для обнаружения короткого замыкания в качестве сигнала тревоги.
Boink
17

Большинство резисторов, особенно SMD (даже больше 1210), не рассчитаны на 400В.

Таким образом, одна из возможностей состоит в том, что они использовали 2 последовательно, чтобы разделить требование напряжения.

Несмотря на то, что существуют резисторы с более высоким рейтингом, необходимо учитывать и другие факторы, такие как стоимость, доступность, дополнительное время, необходимое для их получения, дополнительный компонент для установки в сборочно-разборный автомат и т. Д. (Т. Е. В большинстве домов PCBA будет 1 М стандартные резисторы, но вряд ли высоковольтные). Таким образом, учитывая все обстоятельства, может быть дешевле использовать только 2 стандартных. Это также дает больше гибкости в случае, если высоковольтные устройства отсутствуют на складе и т. Д.

Также учтите, что даже если у вас есть резисторы 1210, которые могут выдерживать напряжение 400 В, для допусков на ползучесть печатной платы могут потребоваться расстояния, превышающие сам резистор, поэтому вам потребуется либо резистор большего размера, либо несколько.

введите описание изображения здесь

Из этой таблицы данных Panasonic.

введите описание изображения здесь

Из этой таблицы Vishay .

Уэсли Ли
источник
Вы смотрели на эти таблицы? Вы можете 700V для 1206 пакета и 100 для 1210 пакета? vishay.com/docs/49876/_tnpve3_vmn-pt0447-1504.pdf vishay.com/docs/28881/tnpve3.pdf
Угур Баки
5
Это довольно специфические резисторы, я никогда не говорил, что они не существуют. Я упоминаю «большинство» в своем ответе именно из-за этого. В большинстве случаев проще использовать 2 или 3 «нормально» доступных резистора, чем источник высокого напряжения (тогда у вас есть допуски на проскальзывание и расстояние на печатной плате, независимо от допуска устройства). В любом случае, поскольку информации о схеме / контексте не так много, кроме того факта, что это фильтр делителя напряжения / RC, довольно сложно спекулировать.
Уэсли Ли
Моя точка зрения заключается в том, что большинство инженеров или заводских домов будут иметь резисторы 1М со стандартными характеристиками на складе. Если вам нужны высоковольтные устройства, вам нужно будет сделать конкретный заказ, установить новую катушку на машину для захвата и размещения и т. Д.
Wesley Lee
Спасибо за Ваше внимание. Пожалуйста, проверьте эти ссылки. Первый - 1 МОм, а второй - 2 МОм . Та же цена и тот же пакет. Можно ли использовать 2 МОм для этого приложения при тех же условиях? digikey.com/product-detail/en/vishay-dale/TNPV12101M00BEEN/… digikey.com/product-detail/en/vishay-dale/TNPV12102M00BEEN/…
Угур Баки,
1
@UgurBaki - еще один фактор, который необходимо учитывать, - это расстояние между PCB и расстоянием утечки (они немного отличаются). Пакеты 1206/1210, кажется, имеют 2 мм между контактными площадками, что слишком близко для 400 В постоянного тока и может быть небезопасным.
Уэсли Ли
9

Если у вас есть резистор R номинальной мощности W, с напряжением V через нее, мощность , рассеиваемая на R будет . Если это больше, чем номинальная мощность резистора, вы должны подумать о другом варианте. Быстрая идея состоит в том, чтобы использовать два резистора R / 2 с одинаковой номинальной мощностью W, последовательно. Общая мощность рассеяния остается неизменной, но по отдельности они рассеивают только половину мощности( V / 2 ) 2 / ( R / 2 ) = V 2 / 2 RV2/R(V/2)2/(R/2)=V2/2R

Миту Радж
источник
1
Это самый простой (и, вероятно, правильный) ответ. Резисторы 2x1M @ 1 / 3W могут безопасно рассеивать до 2/3 Вт, что при напряжении до 400 В составляет 1,6 мА, против 1/3 Вт на резистор при 0,8 мА макс. При 400 В. Даже если нагрузка <0,8 мА, они могут планировать пиковые токи (пусковые, импульсные и т. Д.)
Доктор Дж