如何選擇一款更合適的功率電阻？

第一章 電阻器的功率

電阻器的額定功率定義為在指定環(huán)境溫度下，假設(shè)空氣不流通，電阻器連續(xù)正常工作允許消耗的最大功率。其中指定環(huán)境溫度一般為25℃、70℃、125℃。需要特別指出的是，電阻器連續(xù)正常工作指的不僅是電阻器不損壞，且要電阻器的阻值變化在允許范圍內(nèi)。

通常我們用降功耗曲線來描述電阻器的功率和環(huán)境溫度的關(guān)系。環(huán)境溫度越高，電阻器散熱能力受到限制越大，功率也隨之變小。當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到極限時(shí)，電阻器失去散熱能力，其功率降為零。

第二章 功率電阻的分類

通常一個(gè)具有較高額定功率的電阻器可被稱為功率電阻。按照不同的功率級(jí)別分為小功率電阻和大功率電阻。根據(jù)材料和工藝的不同，功率電阻主要分為三類：線繞功率電阻，膜式功率電阻，實(shí)心陶瓷電阻。

線繞功率電阻是最常見的功率電阻，線繞電阻通常都是在陶瓷絕緣基體上繞制電阻絲制成，其特點(diǎn)是工藝簡單，價(jià)格經(jīng)濟(jì)，單個(gè)電阻功率可達(dá)3KW以上。缺點(diǎn)是體積笨重，有電感，可靠性差，質(zhì)量參差不齊。以下為幾種常見的線繞功率電阻：

膜式功率電阻主要指厚膜技術(shù)的平面功率電阻，通常是基于氧化鋁或氮化鋁基板印刷厚膜電阻漿料，這類電阻的功率密度很高，且無感無容，非常適合在空間有限但散熱條件良好的場(chǎng)合使用。另外相比較線繞電阻膜式電阻的阻值范圍更寬，從毫歐到兆歐均可提供。膜式電阻也有缺陷，第一是過載能力有限，在放電電路等高能脈沖應(yīng)用中容易損壞，所以可靠性不高。另外就是膜式電阻對(duì)散熱條件要求很高，必須加配合適的散熱器才能達(dá)到額定功率。開步電子推出基于功率薄膜技術(shù)的平面功率電阻，在功率密度上完全和厚膜電阻一致，且提高了電阻的可靠性和穩(wěn)定性。以下為常見的幾種基于功率薄膜技術(shù)的平面功率電阻。

實(shí)心陶瓷電阻的制作工藝完全不同于線繞電阻和平面功率電阻。粉狀的電阻材料混合后，經(jīng)成型、高溫?zé)Y(jié)、電極處理、最后封裝測(cè)試后制成。實(shí)心陶瓷電阻和線繞電阻及膜式平面功率電阻的最大區(qū)別在于其通體導(dǎo)電，所以能承受高能高脈沖沖擊，非常適合用于能量泄放，如電容器充放電等場(chǎng)合。實(shí)心陶瓷電阻無感，可靠性極高，根據(jù)不同的應(yīng)用分為功率型和脈沖型兩種。

第三章 功率電阻的選型過程中常見誤區(qū)

(1)要區(qū)別高功率和高脈沖的應(yīng)用。

在很多應(yīng)用場(chǎng)合中，如電池組預(yù)充電，電容充放電，啟動(dòng)限流，電弧保護(hù)等應(yīng)用中，電阻并不需要在大功率下長時(shí)間連續(xù)工作，而是需要承受一個(gè)或多個(gè)周期性的脈沖能量，最適合這種應(yīng)用場(chǎng)合的是高能抗脈沖類型的電阻，而不是大功率電阻。當(dāng)然，選擇一個(gè)足夠大功率的電阻也可能會(huì)滿足這類需求，但潛在的風(fēng)險(xiǎn)依然存在。比如，大功率線繞電阻只有電阻合金絲是導(dǎo)電的部分，這些電阻合金絲的重量相對(duì)于整個(gè)電阻器而言只占很少的一部分，在受到短時(shí)高脈沖沖擊的時(shí)候，熱量沒有時(shí)間通過絕緣基體和輔助散熱器傳導(dǎo)出去，所以這些很細(xì)的電阻絲本身需要承受一個(gè)脈沖能量，這可能導(dǎo)致電阻直接損壞或發(fā)生潛在的風(fēng)險(xiǎn)。很多線繞電阻并不是為高能高脈沖場(chǎng)合設(shè)計(jì)的，所以在材料和工藝上并沒有考慮到實(shí)際的脈沖負(fù)荷，一旦應(yīng)用于脈沖電路很容易發(fā)生故障。目前最流行的高能電阻是無感實(shí)心陶瓷電阻，這種電阻在高能抗脈沖的應(yīng)用中，相比較線繞電阻節(jié)約90%以上的空間，同時(shí)可靠性提高10倍以上。

(2)不重視散熱設(shè)計(jì)，功率空間預(yù)留過度或不足。

在第一章中我們有講到，電阻器的功率就是它的散熱能力。而電阻器的散熱能力可以通過合理的散熱設(shè)計(jì)來加以提升，比如合理的布局，加裝散熱器，風(fēng)冷，水冷，油冷散熱等。有些電阻尤其是平面功率電阻嚴(yán)重依賴于散熱器，一個(gè)TO220封裝的平面功率電阻，在加裝合理散熱器的情況下其額定功率可達(dá)50W，但在不加散熱器的情況下其功率只有1.5W。

大部分的工程師都會(huì)降額使用功率電阻，依據(jù)軍標(biāo)，通常降額一半，有些時(shí)候?yàn)榱私档桶l(fā)熱甚至需要進(jìn)一步的降額使用。但降額多少必須結(jié)合工作環(huán)境和散熱條件來考慮，比如一個(gè)額定功率為750W的功率電阻在受到臨近電阻發(fā)熱影響時(shí)其功率可能降低到500W，而通過風(fēng)冷散熱(風(fēng)速150米/分鐘)則可以把功率提升至1000W。

當(dāng)電阻需要加裝散熱器才能達(dá)到標(biāo)稱額定功率時(shí)，一般規(guī)格書上都會(huì)標(biāo)明加配散熱器時(shí)的功率和不加配散熱器時(shí)的功率。在進(jìn)行功率電阻選型時(shí)一定要注意這些區(qū)別。

(3)對(duì)線繞電阻存在的電感估計(jì)不足

眾所周知，線繞電阻的最大缺陷就是存在電感，通過無感繞組的方法可以得到一個(gè)低電感的線繞電阻，但也并非完全無感，在頻率為幾百赫茲的電路中可以忽略這些電感。但在廣播通訊設(shè)備等的高頻負(fù)載中就不能再使用線繞電阻了。膜式平面功率電阻和實(shí)心陶瓷電阻都可以提供無感的特性，這些電阻的寄生電感低至nH級(jí)別，例如開步電子出品的TO220封裝的平面功率電阻其串聯(lián)電感低于10nH。在高頻高脈沖的應(yīng)用中，不但要求電阻具有無感的特性，同時(shí)也要求電阻具有高能抗脈沖的特性，如成本允許，實(shí)心陶瓷電阻最為合適。

(4)選擇合適的精度

本文我們僅討論非精密應(yīng)用的功率電阻。在選擇功率電阻的時(shí)候，雖然精度對(duì)于大多數(shù)的應(yīng)用并不是很重要的指標(biāo)，但精度絕不是隨意確認(rèn)的。通常我們建議綜合考慮初始精度和壽命末期的飄移，然后就寬原則選擇精度。精度就寬原則不僅有利于節(jié)約成本，更重要的是可以提高電阻的可靠性，尤其是對(duì)于膜式電阻。這是因?yàn)橐_(dá)到一個(gè)較高的精度，膜式電阻都要進(jìn)行調(diào)阻，而調(diào)阻的過程會(huì)對(duì)電阻層產(chǎn)生傷害，會(huì)損失電阻的額定能量，降低電阻的過載能力。有些線繞電阻制造商會(huì)通過打磨線材來達(dá)到調(diào)阻的目的，這種做法會(huì)使該電阻的過載能力至少降低一半。所以功率電阻的精度選擇請(qǐng)遵循就寬原則，例如當(dāng)綜合評(píng)估后±10%的精度可以滿足要求，就沒有必要選擇±5%或者±1%的精度。