电力电子中的功率无源元

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1、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,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：,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

2、，是目前应用最广泛的电阻器,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,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。 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

3、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

4、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（PTC Themistor）和负温度热敏电阻（NTC Themistor）。 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,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,2、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

5、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,

6、1.7,9.1,12,60,3、下列哪些是标称电阻？,电阻的高频特性,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

7、，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

8、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

9、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,

10、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

11、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103010-4范围内，容量大于82pF时，损耗都在1010-4以下，最小可达310-4以下，即使在很高温度下，损耗仍在允许范围内； （2

12、）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1010-6/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

13、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

14、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

15、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

16、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。 常用的贴片电容就是独石电容。,（D）电解电容,电解电容器是指在铝、钽、铌、钛等金属的表面采用阳极氧化法生成一薄层氧化物作为电介质，以电解质（常为液体、半液体或胶状的电解液）作为阴极而构成的电容器。电解电容器的阳极通常采用腐蚀箔或者粉体烧结块结构，其主要特点是单位面积的容量很高，可以做到几万甚至几十万uF的容量,在小型大容量化方面有着其它类电容器无可比拟的优势。目前工业化生产的电解电容器主要是铝电解电容器和钽电解电容器。,由于构成电解电容器两电极的材料不同，因此有极性的区分，一般极性在