市(shi)場(chang)上(shang)有(you)各(ge)種(zhong)各(ge)樣(yang)的(de)供(gong)電(dian)電(dian)源(yuan)
，這(zhe)些(xie)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)中(zhong)采(cai)用(yong)的(de)多(duo)種(zhong)電(dian)阻(zu)器(qi)更(geng)是(shi)大(da)大(da)拓(tuo)展(zhan)了(le)選(xuan)擇(ze)範(fan)圍(wei)。為(wei)明(ming)確(que)起(qi)見(jian)
，本(ben)文(wen)所(suo)涉(she)及(ji)的(de)電(dian)源(yuan)是(shi)指(zhi)具(ju)有(you)高(gao)達(da)幾(ji)千(qian)伏(fu)固(gu)定(ding)直(zhi)流(liu)輸(shu)出(chu)的(de)電(dian)源(yuan)設(she)備(bei)。

 

無(wu)論(lun)何(he)種(zhong)應(ying)用(yong)
，電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)都(dou)必(bi)須(xu)了(le)解(jie)所(suo)適(shi)用(yong)領(ling)域(yu)的(de)具(ju)體(ti)安(an)全(quan)或(huo)環(huan)境(jing)規(gui)定(ding)，以(yi)及(ji)實(shi)際(ji)的(de)電(dian)氣(qi)性(xing)能(neng)。本(ben)文(wen)將(jiang)重(zhong)點(dian)介(jie)紹(shao)如(ru)何(he)使(shi)用(yong)電(dian)阻(zu)來(lai)調(tiao)節(jie)電(dian)源(yuan)輸(shu)出(chu)並(bing)保(bao)護(hu)電(dian)源(yuan)不(bu)出(chu)故(gu)障(zhang)。

 

電源的分類通常取決於輸入是交流還是直流，以及使用何種類型的調節方式來提供正確的直流輸出，通常是開關模式或線性模式。

 

工頻線電壓通常為AC-DC電源供電，而電池或任何其它直流電源則提供DC-DC供電。這些DC-DC轉換器使用開關模式技術將輸入電壓調節為更高（升壓）或更低（降壓）的輸出電壓。

 

現成的電源適於許多市場和常規用途，但在某些情況下需要定製設計。

 

線性穩壓器

 

要了解組件在電源中的作用，有必要了解電源工作的基本原理。許多工程師都記得設計一個如圖1所示的電路。該電路使用齊納二極管為負載（R2）提供恒定電壓。R1用於提供最小電流以保持齊納二極管處於恒定擊穿狀態

，並提供負載電流。

 

圖1：一個簡單的齊納二極管穩壓器電路。

 

此ci類lei係xi統tong適shi用yong於yu功gong率lv較jiao低di且qie供gong電dian電dian壓ya和he負fu載zai都dou相xiang當dang穩wen定ding的de電dian路lu。如ru果guo負fu載zai電dian流liu降jiang低di或huo電dian源yuan電dian壓ya突tu然ran增zeng加jia，則ze可ke能neng會hui超chao出chu齊qi納na二er極ji管guan的de額e定ding功gong耗hao。這zhe種zhong電dian路lu中zhong的de電dian阻zu很hen容rong易yi選xuan擇ze，隻zhi要yao其qi額e定ding功gong率lv符fu合he齊qi納na二er極ji管guan和he負fu載zai的de組zu合he功gong率lv要yao求qiu即ji可ke。

 

對於供電電壓或負載可能變化的電源，串聯設計可以使用傳輸晶體管（pass transistor），這將確保負載電流穩定
，並可將電壓輸出降低到所期望的範圍。

 

圖2示出了這種電路。這些設計通常使用IC或低壓差（LDO）穩壓器來調節負載電源。由R1和R2形成的分壓器感測並設置相對於參考電壓的電壓輸出。如果電路具有固定輸出

，則分壓器位於內部；對於其它應用，可以在外部放置一兩個電阻。

 

選擇電阻值以提供所需的比率，最重要的考慮因素是精度。如果比較器電路具有高增益和高輸入阻抗
，則可以使用圖1中的公式輕鬆計算最差情況下的數值，首先選R1最大值和R2最小值
，然後選R2最大值和R1最小值。這些計算可顯示出與期望輸出的最大電壓偏差。

 

開關電源

 

由於串聯的傳輸器件和負載都會消耗能量，線性電源可能效率比較低。隨著負載上壓降的增加，效率會更低。

 

圖2：線性串聯穩壓器簡圖。

 

為提高效率
，設計師經常使用另一種電源拓撲結構。開關電源（SMPS）采用未經調節的輸入直流電壓

，並以高頻率（10kHz至1MHz）進行切換。占空比決定整流和平滑後的直流輸出電壓。

 

SMPS輸出的調節也使用分壓器，但是要調節開關頻率和占空比。通過避免線性穩壓器壓降帶來的損失，SMPS可實現高達95％的效率。由於高頻變壓器和濾波器/儲能電容器尺寸要小得多，SMPS也可能比類似功率的線性AC-DC電源設計更緊湊。

 

SMPS的(de)主(zhu)要(yao)缺(que)點(dian)是(shi)它(ta)要(yao)求(qiu)必(bi)須(xu)有(you)最(zui)小(xiao)負(fu)載(zai)，空(kong)載(zai)狀(zhuang)態(tai)可(ke)能(neng)會(hui)損(sun)壞(huai)電(dian)源(yuan)。為(wei)避(bi)免(mian)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)
，設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)經(jing)常(chang)使(shi)用(yong)一(yi)個(ge)功(gong)率(lv)電(dian)阻(zu)作(zuo)為(wei)假(jia)負(fu)載(zai)。如(ru)果(guo)主(zhu)負(fu)載(zai)斷(duan)開(kai)，該(gai)電(dian)阻(zu)器(qi)可(ke)以(yi)用(yong)於(yu)吸(xi)收(shou)最(zui)小(xiao)的(de)特(te)定(ding)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)。當(dang)然(ran)，假(jia)負(fu)載(zai)電(dian)阻(zu)也(ye)會(hui)有(you)功(gong)耗(hao)，從(cong)而(er)影(ying)響(xiang)整(zheng)體(ti)電(dian)源(yuan)效(xiao)率(lv)
，因(yin)此(ci)在(zai)選(xuan)定(ding)電(dian)阻(zu)時(shi)需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)這(zhe)個(ge)因(yin)素(su)。規(gui)避(bi)該(gai)問(wen)題(ti)的(de)另(ling)一(yi)種(zhong)方(fang)法(fa)是(shi)當(dang)負(fu)載(zai)開(kai)路(lu)時(shi)在(zai)輸(shu)出(chu)端(duan)使(shi)用(yong)分(fen)流(liu)電(dian)阻(zu)。出(chu)於(yu)安(an)全(quan)目(mu)的(de)，SMPS設計也會采用其它電阻器。低阻值
、高功率電阻器通常可防止過壓情況。而限流設計則可防止短路。

 

此類開關技術也可以用於DC-DC轉換器設計，將直流電壓的一個值調節為另一個值。降壓轉換器在工作原理上非常類似於前述的SMPS設計。升壓轉換器則使用電荷泵技術輸出比輸入端更高的電壓。這兩種技術都使用類似方法來調節輸出電壓並提供電路保護。

 

電阻器在電源設計中的其它用途

 

放電電阻器主要用於對電路中的電容器進行放電。它們與負載並聯，在AC-DC和DC-DC轉(zhuan)換(huan)器(qi)中(zhong)分(fen)別(bie)用(yong)於(yu)對(dui)平(ping)滑(hua)電(dian)容(rong)器(qi)和(he)儲(chu)能(neng)電(dian)容(rong)器(qi)進(jin)行(xing)放(fang)電(dian)。電(dian)源(yuan)關(guan)閉(bi)後(hou)，電(dian)容(rong)器(qi)保(bao)持(chi)充(chong)電(dian)狀(zhuang)態(tai)

，有(you)可(ke)能(neng)對(dui)用(yong)戶(hu)造(zao)成(cheng)傷(shang)害(hai)，因(yin)此(ci)需(xu)要(yao)放(fang)電(dian)。當(dang)為(wei)這(zhe)項(xiang)任(ren)務(wu)選(xuan)擇(ze)電(dian)阻(zu)時(shi)，需(xu)要(yao)權(quan)衡(heng)兩(liang)點(dian)：它們應具有足夠高的阻值，以便當電路工作時耗電很少
；為給電容器快速放電，其阻值又要足夠低。

 

浪湧限製電阻器可以限製AC-DC電(dian)源(yuan)在(zai)初(chu)次(ci)接(jie)通(tong)並(bing)且(qie)儲(chu)能(neng)電(dian)容(rong)器(qi)充(chong)電(dian)時(shi)可(ke)能(neng)引(yin)起(qi)的(de)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)量(liang)。這(zhe)些(xie)電(dian)阻(zu)通(tong)常(chang)阻(zu)值(zhi)很(hen)低(di)
，並(bing)且(qie)與(yu)交(jiao)流(liu)電(dian)源(yuan)線(xian)串(chuan)聯(lian)。對(dui)於(yu)更(geng)高(gao)功(gong)率(lv)的(de)電(dian)源(yuan)，通(tong)常(chang)使(shi)用(yong)負(fu)溫(wen)度(du)係(xi)數(shu)（NTC）電(dian)阻(zu)器(qi)來(lai)達(da)到(dao)這(zhe)一(yi)目(mu)的(de)。這(zhe)些(xie)電(dian)阻(zu)的(de)阻(zu)值(zhi)隨(sui)自(zi)身(shen)發(fa)熱(re)而(er)下(xia)降(jiang)。使(shi)用(yong)此(ci)類(lei)電(dian)阻(zu)器(qi)的(de)一(yi)個(ge)缺(que)點(dian)是(shi)在(zai)工(gong)作(zuo)期(qi)間(jian)溫(wen)度(du)必(bi)須(xu)保(bao)持(chi)恒(heng)定(ding)以(yi)確(que)保(bao)維(wei)持(chi)為(wei)低(di)阻(zu)值(zhi)。第(di)三(san)種(zhong)方(fang)案(an)是(shi)使(shi)用(yong)脈(mai)阻(zu)（pulse-resistant）電阻器，這些電阻器的功率通常以焦耳為單位。它能比采用瓦為單位的正常持續功率標度更好地表述其功能。

 

平衡電阻器用於在使用多個電源時調製負載電流。通常，與使用單個高功率大電源相比，並聯設置使用多個DC-DC轉換器可以更便宜、更節能、更緊湊。在設計此類電路時
，不能簡單地將輸出連接在一起
，必須采用一個方法來確保平均分擔負載。圖3顯示RSHARE電阻填平了轉換器輸出之間的餘差。

 

圖3：平衡電阻在DC-DC轉換器之間分擔負載。

 

這zhe種zhong負fu載zai分fen擔dan方fang法fa也ye用yong於yu其qi它ta類lei型xing的de電dian源yuan設she計ji，特te別bie是shi那na些xie使shi用yong功gong率lv晶jing體ti管guan的de設she計ji。並bing聯lian多duo個ge晶jing體ti管guan為wei負fu載zai供gong電dian，負fu載zai分fen配pei電dian阻zu在zai串chuan聯lian中zhong使shi用yong。

 

另一種需要平衡的場合如圖4所示。在這種情況下
，儲能電容器與直流電源輸出串聯。電解電容器的漏電流起的作用類似於跟電容器並聯的電阻，如圖中的RL1和RL2。這(zhe)些(xie)阻(zu)值(zhi)可(ke)能(neng)會(hui)有(you)相(xiang)當(dang)大(da)的(de)變(bian)化(hua)
，並(bing)且(qie)由(you)於(yu)它(ta)們(men)在(zai)整(zheng)個(ge)輸(shu)出(chu)端(duan)起(qi)分(fen)壓(ya)器(qi)的(de)作(zuo)用(yong)，可(ke)能(neng)會(hui)導(dao)致(zhi)電(dian)容(rong)器(qi)兩(liang)端(duan)的(de)壓(ya)差(cha)超(chao)過(guo)電(dian)容(rong)器(qi)額(e)定(ding)值(zhi)。匹(pi)配(pei)的(de)電(dian)阻(zu)器(qi)RB1和RB2抵消了這種效應。

 

圖4：平衡電阻器確保輸出電容器兩端的電壓相等。

 

gaoyafenyaqiyongyuxiangtiaojiedianlutigongfankui。zhexiedianzuqitongchanghaiyouqitaciyaozuoyong，lirujiancechuchanqizhongdegaoyadianyuan
，yijiweichunengdianrongqichongdianbingzaiqiwangdechongdiandianpingxiaguanduandianyuan。

 

高gao電dian流liu檢jian測ce用yong於yu測ce量liang供gong電dian電dian流liu。這zhe種zhong測ce量liang方fang法fa采cai用yong分fen流liu電dian流liu表biao原yuan理li，需xu要yao串chuan聯lian一yi個ge低di值zhi電dian阻zu，並bing測ce量liang其qi上shang的de壓ya降jiang以yi計ji算suan電dian流liu大da小xiao。此ci類lei電dian路lu設she計ji必bi須xu綜zong合he考kao慮lv電dian阻zu的de選xuan擇ze
，一yi方fang麵mian要yao求qiu低di阻zu值zhi以yi最zui大da限xian度du地di減jian少shao發fa熱re和he功gong耗hao，另ling一yi方fang麵mian又you要yao求qiu高gao阻zu抗kang以yi便bian於yu測ce量liang。

 

總結

 

幾乎所有電源設計中的電阻選擇都有不同的特性優先級和性能要求，包括需要能夠處理高電壓、大電流和高功率的電阻器，以及需要低容差的電阻器。通常還需要電阻具有特定的屬性，如浪湧抑製能力或負TCR等。

 

本文轉載自電子技術設計。