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，假設空氣不流通，電阻器連續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。

通常我們用降功耗曲線(xiàn)來(lái)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。當環(huán)境溫度達到極限時(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(lèi)

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

線(xiàn)繞功率電阻是最常見(jiàn)的功率電阻，線(xiàn)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(jiǎn)單，價(jià)格經(jīng)濟，單個(gè)電阻功率可達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(jiàn)的線(xiàn)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(lèi)電阻的功率密度很高，且無(wú)感無(wú)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(xiàn)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(guò)載能力有限，在放電電路等高能脈沖應用中容易損壞，所以可靠性不高。另外就是膜式電阻對散熱條件要求很高，必須加配合適的散熱器才能達到額定功率。開(kāi)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定性。以下為常見(jiàn)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(xiàn)繞電阻和平面功率電阻。粉狀的電阻材料混合后，經(jīng)成型、高溫燒結、電極處理、最后封裝測試后制成。實(shí)心陶瓷電阻和線(xiàn)繞電阻及膜式平面功率電阻的最大區別在于其通體導電，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(wú)感，可靠性極高，根據不同的應用分為功率型和脈沖型兩種。

第三章 功率電阻的選型過(guò)程中常見(jiàn)誤區

(1)要區別高功率和高脈沖的應用。

在很多應用場(chǎng)合中，如電池組預充電，電容充放電，啟動(dòng)限流，電弧保護等應用中，電阻并不需要在大功率下長(cháng)時(shí)間連續工作，而是需要承受一個(gè)或多個(gè)周期性的脈沖能量，最適合這種應用場(chǎng)合的是高能抗脈沖類(lèi)型的電阻，而不是大功率電阻。當然，選擇一個(gè)足夠大功率的電阻也可能會(huì )滿(mǎn)足這類(lèi)需求，但潛在的風(fēng)險依然存在。比如，大功率線(xiàn)繞電阻只有電阻合金絲是導電的部分，這些電阻合金絲的重量相對于整個(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(méi)有時(shí)間通過(guò)絕緣基體和輔助散熱器傳導出去，所以這些很細的電阻絲本身需要承受一個(gè)脈沖能量，這可能導致電阻直接損壞或發(fā)生潛在的風(fēng)險。很多線(xiàn)繞電阻并不是為高能高脈沖場(chǎng)合設計的，所以在材料和工藝上并沒(méi)有考慮到實(shí)際的脈沖負荷，一旦應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(wú)感實(shí)心陶瓷電阻，這種電阻在高能抗脈沖的應用中，相比較線(xiàn)繞電阻節約90%以上的空間，同時(shí)可靠性提高10倍以上。

(2)不重視散熱設計，功率空間預留過(guò)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(guò)合理的散熱設計來(lái)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重依賴(lài)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，依據軍標，通常降額一半，有些時(shí)候為了降低發(fā)熱甚至需要進(jìn)一步的降額使用。但降額多少必須結合工作環(huán)境和散熱條件來(lái)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(guò)風(fēng)冷散熱(風(fēng)速150米/分鐘)則可以把功率提升至1000W。

當電阻需要加裝散熱器才能達到標稱(chēng)額定功率時(shí)，一般規格書(shū)上都會(huì )標明加配散熱器時(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)一定要注意這些區別。

(3)對線(xiàn)繞電阻存在的電感估計不足

眾所周知，線(xiàn)繞電阻的最大缺陷就是存在電感，通過(guò)無(wú)感繞組的方法可以得到一個(gè)低電感的線(xiàn)繞電阻，但也并非完全無(wú)感，在頻率為幾百赫茲的電路中可以忽略這些電感。但在廣播通訊設備等的高頻負載中就不能再使用線(xiàn)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(wú)感的特性，這些電阻的寄生電感低至nH級別，例如開(kāi)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。在高頻高脈沖的應用中，不但要求電阻具有無(wú)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用的功率電阻。在選擇功率電阻的時(shí)候，雖然精度對于大多數的應用并不是很重要的指標，但精度絕不是隨意確認的。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約成本，更重要的是可以提高電阻的可靠性，尤其是對于膜式電阻。這是因為要達到一個(gè)較高的精度，膜式電阻都要進(jìn)行調阻，而調阻的過(guò)程會(huì )對電阻層產(chǎn)生傷害，會(huì )損失電阻的額定能量，降低電阻的過(guò)載能力。有些線(xiàn)繞電阻制造商會(huì )通過(guò)打磨線(xiàn)材來(lái)達到調阻的目的，這種做法會(huì )使該電阻的過(guò)載能力至少降低一半。所以功率電阻的精度選擇請遵循就寬原則，例如當綜合評估后±10%的精度可以滿(mǎn)足要求，就沒(méi)有必要選擇±5%或者±1%的精度。