資深工程師講述電路設計中的電阻與電壓問題 - 全文

2016-11-05 by:CAE仿真在線來源:互聯網

本文的作者武曄卿分享自己的《電路設計中的電阻與電壓問題》,自發表后至今有閱讀5724,59名讀者表示喜歡此文,評論41,博主也與網友在評論中互動。以下是博文內容:

前兩日,遠方的朋友問我一個問題,在某IC卡電路的輸入端串接了0603的100歐電阻,端口打靜電多次后,阻值就變大成了幾千歐。我問下是否是膜式電阻,回答確認說是。下面就是出現此問題的原因了。

常用電阻分兩種,線繞電阻和膜式電阻。往簡單里理解,膜式電阻的工藝是在骨架上做噴涂導電涂層,涂層材料當然是有一定電阻率的;線繞電阻的工藝是在骨架上纏繞環形螺旋狀電阻絲的。

通過這兩種結構,其實就很容易的可以分析出,在靜電電壓的作用下,電阻可能發生的問題了。對膜式電阻,用形象的理解,導電涂層就如人頭上的頭發,高壓過來,就如拿個鑷子,刺溜薅一綹,就少一塊頭發,露出一塊頭皮。頭發就是那導電的涂層,導電的東西少了,自然阻抗就會變大了。多刺溜刺溜的薅幾下,弄成個截斷的禿瓢地帶,那就徹底斷路了。

如果是線繞電阻,就是看成繞制的線圈,既然是繞制,就會有電感,突變的電脈沖,上升沿很陡,電感的作用導致傳導不過去,就會加之于繞組的線間,線間的間距又比較小,容易擊穿,一旦擊穿,線間短路,阻值會變小。

以上兩種情況,描述的都是大電壓,小電流的情況才會發生的事情。這種狀態的特征,靜電都具備,是其非常經典的失效機理。

我如上解釋了之后,朋友又提出一個問題,問“那一個具體的電阻,如何判定其抗ESD的電壓大小?”而且找出了幾個指標,問這幾個指標與ESD 有沒關系。

Maximum Working Voltage 50V

Maximum Overload Voltage 100V

這兩個數值與ESD耐壓是沒關系的。工作耐壓的電壓是持續性的,而且能量較大,會有較大的持續電流,電子器件的燒毀主要是因為電流流過導致的發熱Q=I2 R,而ESD是尖峰式脈沖,時間短,電壓高,能量小。這里的50V、100V都是針對工作耐壓的。而工作耐壓的損傷都是熱損傷,熱損傷的結果就可以想象了,膜式電阻的熱損傷一般是直接燒斷了。線繞電阻的熱損傷是電阻先變小,原因是繞線間的絕緣層燒化導致線間短路,但這個過程很短,很快就也會把導電絲燒斷了。

一般電阻的工作耐壓,直插電阻在120-150V左右(僅是參考值,對不同的工藝的會有差別),比如同一個阻值的電阻,封裝小的和封裝大的也會有差別,貼片電阻工作耐壓會更小一點。

而對于電阻的抗ESD損傷的電壓值,一般電阻的datasheet都是不給出來的,因為一點半點的靜電是沒問題的,但萬一真打得多了,打壞也是完全可能的。如果真有這方面問題,最好的辦法是加保護通路,在電阻之前,對地加靜電防護的TVS管。既然咱小電阻惹不起,只好躲得起吧…

bigbigeasy

直接用靜電儀打一下,測一下峰值電流,選一個滿足峰值功率降額的電阻就好了。這個很復雜嗎?

武曄卿回復

這么考慮這個問題是不對的。電阻的電壓要考慮兩個。一個是您剛提到的從功率角度考慮,這是其工作電壓;他的損傷機理是熱損傷,電流導致的;第二個是從工藝角度考慮,電壓高了后會破壞其結構,是電壓導致的,電流很小。

jxhsl

武老師,個人認為加TVS固然是好,不過增加成本,或許可以考慮加大電阻值, 或者是加濾波電容,加磁珠,這樣的低成本的方式來避免。

小蕾L

電路中最基礎并且用的最多的元件要數電阻,電阻在電路中主要是產生壓降,關于電路中電阻與電壓問題在電路設計中很重要。

Miaomiao

電阻器都有額定功率值的,電阻上的最大電壓應該根據電阻的額定功率來估算,相同封裝的電阻,不同的電阻值能承受的電壓不同。