金属氧化膜电阻的浪涌设计PPT幻灯片课件.ppt

金属氧化膜电阻的浪涌设计,1,先根据KOA的技术规格，给出单脉冲和重复脉冲时的设计步骤和设计要素。然后，根据实际应用情况，分别总结出DC和AC输入时适宜的浪涌设计步骤，及所需要达到的指标。,2,一、单脉冲设计：,单脉冲的持续时间一般小于1S。厂家KOA提供的曲线参考如下：,3,上述曲线中，横坐标为时间轴time（ms），纵坐标为功率轴Po（W）。该曲线对应的冲击波形为方形波。当实际出现其它形状的波形时，取峰值电压（或峰值电流）计算得峰值功率Po；再通过能量等效关系，换算为在该峰值功率Po作用下的冲击时间t。举例如下：假设实际电阻两端电压波形为指数形式，如下所示：,4,该波形记为，其中，Upeak为峰值电压，为时间常数。那么，根据能量关系，记换算后，方波的脉冲宽度为T，则，可得，,即该指数电压波形对应于同样峰值电压，时间为时的方形波。,5,以下为一些常见的波形，及其换算关系：,6,实际计算举例：,某电源最大输入电压为30V，抗浪涌电阻为2个10R/3W的金属氧化膜电阻并联，Bulk电容为5个2200uf并联。可计算得电阻电压波形表达式如下：波形参考如下：,7,8,换算为方波，峰值电压为30V，时间为55/227.5ms。即单个功率电阻10/3W，P302/10=90W。从厂家提供的曲线中可读到，当时间为27.5ms时，允许的峰值功率约为210W，如下图所示：,9,KOA的技术规格中，建议将这里读取到的210W乘以60，作为安全降额（若电阻的环境温度超过70度，则还需进一步降额使用）。即允许的峰值功率为210*0.6126W，大于实际的90W。因此，在该电路中，抗浪涌电阻的设计是合理的，不会出现失效现象。,10,根据厂家KOA的技术规格，在单脉冲冲击下，抗浪涌电阻的设计流程小结如下：,1.实测或理论计算电阻上的冲击电压/冲击电流波形；（一般来说，当电阻阻值较小时，测试电流为宜；以下以电压波形为例）2.记冲击波形的峰值电压为Vpeak，波形持续时间为t，有效值为Vrms，电阻阻值为R；,11,3.那么，换算成方波，持续时间：如果冲击波形为指数衰减形式，那么，可直接得，其中，为电路的时间常数；4.根据换算的T，从Powervstime曲线中读取对应的Po；5.根据KOA建议，读取的Po乘以60作为允许的峰值功率，若电阻的环境温度超过70度，则还需进一步降额处理。如果那么，电阻在抗浪涌的设计上是合理的。,12,小结：,根据上述分析，实际波形需转换为方波。显然，该方法更趋向于严酷。即电阻在承受相同的能量时，若峰值功率越大，则越容易超出规格要求。因此，即使计算后超出规格，在实际应用中也不一定会出现失效，甚至是安全的。可以认为，KOA提供的曲线本身就留出了一定的裕量，过度的降额不能认为是合理的设计。关于功率降额的合理性，还需根据实际情况做进一步讨论确认：到底多大的降额可以满足我们的实际应用，或者不需要考虑降额（可以认为曲线本身、换算过程中就已经存在降额了，个人更倾向于后者，即不再需要降额，或降额值取90以上）。当然，若按照KOA的降额标准计算，我司在设计时仍能满足要求，那么，毫无疑问，该电阻在脉冲特性上一定是非常安全的。,13,二、重复脉冲设计：,脉冲波形参考如下：,14,若实际为其它波形，需根据能量等效关系，换算成方波。在任何条件下，平均功率不能超过电阻的额定功率。Pm：重复脉冲冲击时，单脉冲的允许峰值功率。该功率是在Po的基础上进一步降额得到的。若计算得到的Pm超过Po，那么取Po为允许的最大功率。Pm的最小值为电阻的额定功率。,15,在以下三种条件下，分别计算该降额Pm：、t2/t1200Pm=Po、t2/t1100us注：若t2/t1=200，则Pm=0.9Po；若t2/t1=100，则Pm=0.5Po。显然，重复脉冲出现的频率越高，即t2/t1越小，允许的单脉冲峰值功率Pm越小。,16,、t2100us记T1=（100/t2）*t1，根据时间T1，从曲线中读出单脉冲峰值功率Po。注：公式里的Po对应的时间是T1。厂家KOA建议，在上述得到的Pm乘以60作为安全降额（若环境温度超过70度，根据规格中的降额曲线，需做进一步降额）。若实际的脉冲峰值功率小于Pm*60，那么，电阻在该重复脉冲冲击下，设计合理。,17,三、实际应用分析：,不同输入，不同时间常数的条件下，通过对上述规格的实际应用分析，给出一个基本的规范：,18,一、DC输入（一般小于100Vdc）：,电阻上的电压为指数衰减波形。时间常数记为,其中，R为浪涌电阻的阻值，C为输入端的BULK电容。记最大输入电压为Vpeak。设计过程如下：,19,、取时间、根据T，读取曲线中的Po；、Po取降额90100；（个人认为，取60的降额过大，会引起过度设计).、与实际峰值功率对比，若，那么，设计合理。（若多个电阻并联，那么，计算时间常数时，需使用并联的电阻值；计算峰值功率时，需使用单个的电阻值。）,20,设计举例：,以某DC电源为例，输入抗浪涌电阻为22R/5W，BULK电容为220*3+1800=2460uF，最大输入电压为72Vdc，那么，计算过程如下：、取时间、根据T，可读取曲线中的Po380W；如下图所示：,21,22,、Po取降额90，即允许的峰值功率为380*0.9342W。、实际峰值功率为：满足要求。注：若取降额为60，即允许峰值功率为380*0.6228W，无法满足要求。,23,二、AC输入：,电路模型简化如下：（有的电路将R放在BRG1后，这仅仅使R上的电压波形由双向变为单向而已，不影响电阻功耗及电路的整体分析）,24,以下分两种情况来分析：、时间常数较小（T，则仍满足要求。（对于金属氧化膜电阻，双羽在时间轴上留了1.414