BOSHIDA電源模塊 開關(guān)電源中的基本元件 電阻及其分類

在詳細(xì)介紹設(shè)計(jì)高性能開關(guān)電源(簡(jiǎn)稱SMPS，大家也常稱之為開關(guān)電源或簡(jiǎn)單地稱之為“變換器”)之前，有必要回顧一下電源中使用到的元器件，了解它們的特性，清楚它們對(duì)設(shè)計(jì)的影響。從表面上看來，電源只是各種各樣電子元器件的堆砌，但選擇好這些元件往往是設(shè)計(jì)人員面臨的一個(gè)重大挑戰(zhàn)，也是一項(xiàng)很費(fèi)精力的工作。電子產(chǎn)品特別是消費(fèi)電子產(chǎn)品，電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)總需要平衡性能、成本、效率、可靠性和開發(fā)周期等各方面要求，而這些要求之間經(jīng)常相互沖突，在元器件級(jí)別做出的決策有時(shí)可能會(huì)決定設(shè)計(jì)項(xiàng)目的成敗。所以在本章里，我們會(huì)對(duì)這些元器件作一個(gè)概述，當(dāng)然，由于篇幅所致，這里不可能包含所有碰到的問題。

1.電阻及其分類

電阻是最基本的電子元器件之一， 它在電源中的應(yīng)用和在其他場(chǎng)合中的應(yīng)用沒有太多的區(qū)別，所以考慮的問題點(diǎn)也基本上一樣。但為了設(shè)計(jì)好一個(gè)電源，我們還是有必要對(duì)電阻各種類型和特性進(jìn)行簡(jiǎn)要論述。

1.1碳膜電阻

碳是一種良好的導(dǎo)電體，將它與諸如陶瓷之類的非導(dǎo)電材料混合時(shí)，可以制成各種阻值的電阻，這些電阻穩(wěn)定性好，成本低?！疤寄?fù)合”電阻最初是用固體復(fù)合材料制成的，但現(xiàn)在采用更多的是在絕緣芯上使用沉積碳膜制成。電阻值范圍可以從小于1Ω到大于10MΩ，承受的功率水平也可以從1/8~5W。

隨著半導(dǎo)體集成度的提高，半導(dǎo)體廠商也傾向于將更多的電阻加入到集成電路中，盡管這使電阻的使用數(shù)量在減少，但電子電路中電阻還是普遍存在的。并且，在一些需要編程電壓大小，進(jìn)行閾值設(shè)定和增益調(diào)節(jié)的模擬電路中，它們?nèi)匀皇株P(guān)鍵?，F(xiàn)在隨著生產(chǎn)自動(dòng)化的普及，為了與自動(dòng)化表面貼裝生產(chǎn)技術(shù)(SMT)兼容，電阻通常更多的是以更小的貼片(SMD )形式制造的。

1.2 金屬膜電阻

電阻也可以通過真空沉積，將各種金屬以圓柱或片狀形式沉積在陶瓷基底上制成金屬膜電阻。這種技術(shù)比碳復(fù)合材料制造的電阻呈現(xiàn)更高的穩(wěn)定性、更高的精度、更低的噪音和溫度系數(shù)，但是成本卻要高出碳膜技術(shù)不少。并且阻值可以在制造過程中進(jìn)行激光微調(diào)，達(dá)到0.1%的精度等級(jí)，而溫度系數(shù)范圍可以在5-25ppm/℃ ( 1ppm,即為百萬分之一)。

1.3其他類型電阻

對(duì)于大功率、大電流的電源，會(huì)用到各種材料和封裝形式的繞線電陽這些電阻在電源中的一個(gè)常見應(yīng)用是作為電流分流器，它們的阻值非常低，用于獲得較小壓降( 通常低于100mV )來間接測(cè)量電流。用繞線形成電阻有可能引入寄生串聯(lián)電感，這會(huì)對(duì)具有快速變化的電流產(chǎn)生負(fù)面影響，如產(chǎn)生干擾或是導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確，然而，可以利用雙向繞線寄生電感相互抵消的原理，雙向繞線電阻可以很大程度上消除這種影響。

如果需要非常低阻值的電阻時(shí)，可以利用印刷電路板( PCB)中銅箔走線阻抗構(gòu)成電阻，但是設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到銅很大的正溫度系數(shù)，銅箔走線的電流處理能力也存在相同的缺陷。使用PCB走線的好處在于，電阻本身已經(jīng)存在，設(shè)計(jì)者只需要定義一個(gè)特定幾何形狀來滿足所需要的阻值即可，如圖3.2所示。