Блог о качестве/конденсаторах

Высоковольтные массивы толстопленочных резисторов, делительные схемы, комплекты делителей

Краткое содержание · Основные инженерные решения

В области высоковольтной электроники постоянно растет спрос на компоненты, способные надежно и точно работать в условиях экстремальных электрических нагрузок.

2026-07-04·18 min read· Читать 0 раз

Высоковольтные массивы толстопленочных резисторов, делительные схемы, комплекты делителей

Инженерный ответ

Резисторные сети, массивы и делительные комплекты HVC с толстопленочными резисторами обеспечивают согласованное соотношение сопротивлений при высоком напряжении: плоские резисторы — от 5 кВ до 50 кВ, а трубчатые — от 10 кВ до 100 кВ, с допусками до ±1% и отслеживанием температурного коэффициента сопротивления (TCR), что обеспечивает стабильную точность делителя в зависимости от температуры. Нанесение рутениево-оксидной пленки методом трафаретной печати на высокочистый оксид алюминия обеспечивает продольный зазор, мощность и долговременную стабильность, недоступные для отдельных осевых резисторов.

  • Выбирайте по номинальному напряжению, соотношению сопротивлений, допуску и отслеживанию температурного коэффициента сопротивления (TCR), а не только по номеру детали.
  • Перед выпуском в производство необходимо проверить коэффициент деления в реальных условиях напряжения и температуры.
  • Выберите тип корпуса и тип выводов в соответствии с механическими требованиями и требованиями к утечкам тока в сборке.

Резюме

Делители напряжения, разрядные цепи и градуировочные массивы отвечают требованиям точности высоковольтных измерительных и смещающих цепей. В этой статье объясняется, на что способны резисторные цепи с толстопленочными резисторами и комплекты делителей, физические принципы, обеспечивающие точность и стабильность печатной пленки, реальные проблемы проектирования делителей, а также как выбрать и проверить семейство цепей HVC HVR.

1. Контекст применения: высокоточная обработка при высоком напряжении.

В области высоковольтной электроники постоянно растет спрос на компоненты, способные надежно и точно работать в условиях экстремальных электрических нагрузок. Разработка и совершенствование таких компонентов имеют решающее значение для развития многих отраслей промышленности, от систем медицинской визуализации и промышленной автоматизации до телекоммуникационной инфраструктуры и научного оборудования. Среди этих важнейших компонентов высоковольтные сети толстопленочных резисторов, резисторные массивы, специализированные делительные схемы и высоковольтные керамические конденсаторы образуют фундаментальную экосистему, каждый из которых играет свою особую, но взаимосвязанную роль в обеспечении целостности, точности и безопасности системы.

V_out = V_in · R_2 / (R_1 + R_2) → точность отношения определяет точность измерения

Технология толстопленочных резисторов представляет собой значительный шаг вперед в стремлении к стабильности и производительности в жестких электрических средах. В отличие от своих тонкопленочных аналогов, толстопленочные резисторы изготавливаются методом трафаретной печати специальной резистивной пасты, обычно состоящей из смеси оксидов металлов и стекловидной фритты, на керамическую подложку. Эта подложка, часто изготовленная из высокочистого оксида алюминия, обеспечивает исключительную механическую прочность и превосходную теплопроводность, а напечатанная пленка может быть точно обрезана лазером и защищена стеклянным покрытием.

2. Технические требования

2.1 Точность соотношения при использовании согласованных сетей. Точность делителя определяется соотношением его двух половин. В схеме или комплекте оба элемента подгоняются на одной и той же подложке в рамках одного и того же процесса, поэтому соотношение сохраняется гораздо точнее, чем при использовании двух резисторов, приобретенных по отдельности.

Допуск по соотношению ≈ √(ΔR_1² + ΔR_2²) → согласованная обрезка уменьшает суммарную ошибку

2.2 Отслеживание TCR в зависимости от температуры. Даже идеальное соотношение при 25 °C может изменяться, если два элемента имеют разные температурные коэффициенты. Согласованные цепи отслеживают друг друга, поэтому коэффициент деления остается неизменным в рабочем диапазоне:

Отслеживание TCR ≤ ±25 ppm/°C → дрейф отношения ≤ 0.25% при температуре выше 100 °C

2.3. Расстояние между элементами, соответствующее напряжению. Каждый элемент в сети должен выдерживать свою долю приложенного напряжения без поверхностного пробоя. Плоская конструкция распределяет пленку по длинному пути утечки, в то время как трубчатая конструкция обматывает пленку вокруг цилиндрического тела для еще большего расстояния между элементами:

Номинальное напряжение V ∝ L_ползучесть → более длинный корпус, более высокое номинальное напряжение

2.4 Мощность и стабильность. Подложка из оксида алюминия отводит тепло от пленки, позволяя сети рассеивать реальную мощность, в то время как защитное покрытие предохраняет пленку от влажности и загрязнений. В результате получается компонент, сохраняющий свои свойства на протяжении многих лет непрерывной эксплуатации.

Сеть толстопленочных разделителей и ее слоистая структура Вход высокого напряжения R1: 100 МОм V_out R2: 1 МОм GND Толстопленочные слои Подложка из оксида алюминия Резистивная пленка (RuO2 + стеклянная фритта) надглазурное стекло Серия HVR Плоский диапазон: 5–50 кВ – 100–1 ГОм – +/- 1% Лампа: 10–100 кВ – 1 МОм–10 ГОм Комплекты разделителей с регулировкой TCR.

Рис. 1 — Сеть толстопленочных разделителей и слоистая структура элемента HVR.

3. Проблемы, с которыми сталкиваются инженеры (обратная связь с места событий)

Боль 1 — Перегородка смещалась в зависимости от температуры. «Показания высоковольтного измерителя изменились на 3 процента между зимой и летом». Два несовпадающих резистора меняли значение с разной скоростью; подобранный делитель напряжения с терморезисторным управлением поддерживал стабильное соотношение.

Боль 2 — Последовательная струна искривилась в местах соединений. «Мы соединили десять резисторов, и средний из них перегорел». Отдельная цепочка резисторов концентрирует напряжение в каждом паяном соединении; один длинный контактный элемент типа лампы высокого напряжения равномерно распределяет поле.

Боль 3 — В комплекте оказались несовпадающие детали. «Подобранная пара состояла из двух случайных резисторов из коробки». Для обеспечения точности соотношения требуется подгонка на одной подложке; в комплекте делителя HVC подгонка производится парами, и он поставляется с указанным соотношением.

4. Сравнение компонентов: варианты разделительной сети

ПараметрПлоская сеть HVCТрубная сеть HVCДискретная осевая струна
Диапазон напряжения5–50 кВ10–100 кВзависит от количества
Допуск по соотношению± 1%± 1%±5% суммарный
отслеживание ТКР≤ ±25 ppm/°C≤ ±25 ppm/°Cбесподобный
Путь ползанияодин длинный корпусцилиндрическая обмоткамного суставов
Риск сборкинизкокачественныминизкокачественнымивысокая

5. Выбор и решение HVC

ПозицияРекомендуемая серия HVCНапряжениеКлючевые спецификации
Делитель измеренийКомплект плоских разделителей HVR5–50 кВподобранная пара, ±1%
Высоковольтная планировкаТрубная сеть HVR10–100 кВбольшой радиус утечки, высокая мощность
Кровопускатель / смещениеПлоская матрица HVR5–50 кВкомпактный, устойчивый

Решение 1 — Совместная обрезка одного и того же субстрата. Обе половины разделителя печатаются и обрезаются лазером в одном и том же процессе, поэтому соотношение контролируется напрямую, а не зависит от случайности двух отдельных частей.

Решение 2 — Отслеживание TCR для обеспечения температурной стабильности. Подбор состава пленки остается неизменным во всем рабочем диапазоне, поэтому коэффициент деления остается в пределах допустимых значений от холодного запуска до полной нагрузки без повторной калибровки.

Решение 3 — Длинный корпус с зоной утечки для обеспечения большого расстояния между опорами. Плоская и трубчатая геометрия распределяют электрическое поле вдоль сплошного тела, устраняя искрение в местах соединения, характерное для дискретных последовательных цепей.

Высоковольтные толстопленочные резисторы (плоские)Высокоточная толстопленочная матрица для делителей напряжения и разрядных цепей. Высоковольтные толстопленочные резисторы (трубчатые)Мощные ламповые резисторы для цепей защиты от перенапряжения и разряда.

6. Пример из практики инженерного дела

Производитель высоковольтного измерительного оборудования разработал щуп на 50 кВ, в делителе которого использовалась последовательная цепочка из десяти дискретных осевых резисторов. Калибровка щупа дважды в год завершалась неудачей: коэффициенты изменялись с температурой из-за несовпадения значений в десяти элементах, а в одном из пяти щупов возникала внутренняя дуга в местах пайки между элементами, которую сервисная бригада могла обнаружить только путем вскрытия щупа и проверки каждого соединения.

В результате модернизации нить была заменена одним комплектом плоских разделителей HVC, обрезанных в паре на одной подложке, и в течение целого года проводилась повторная квалификация зонда:

Измеряемый параметрПеред тем, какПосле
Изменение отношения (0–60 °C)± 2.8%± 0.4%
Внутренние дуговые отказы на 100 зондов50
Циклов калибровки в год20.5
Время сборки одного зонда18 мин6 мин

Помимо цифр, важны были два вывода. Во-первых, подобранное соотношение позволило зонду сохранять калибровку в течение всего года эксплуатации, поэтому клиенты перестали отправлять устройства на сезонную повторную сертификацию, и заявленные характеристики точности прибора стали достоверными в полевых условиях. Во-вторых, устранение внутренней цепочки полностью исключило возможность возникновения дугового разряда; стоимость гарантийного обслуживания зонда резко снизилась, а цельный длинный проводник оказался гораздо более устойчивым к влажности, чем старая паяная цепочка. Комплект делителя теперь является стандартом для всего семейства зондов.

7. Рекомендации по проектированию

  • Соотношение по отношению к допуску: Для измерительных цепей следует указывать коэффициент деления и его температурную стабильность, а не только значения отдельных сопротивлений.
  • Ошибка загрузки: Необходимо поддерживать достаточно высокое общее сопротивление делителя, чтобы источник и нагрузка измерительного прибора не изменяли соотношение; R1 + R2 — это проектное решение, а не значение по умолчанию.
  • Просачивание и очистка: Проверьте утечку тока в корпусе при приложенном напряжении и на рабочей высоте; длинному тонкому корпусу необходимо чистое и сухое помещение.
  • Снижение мощности: Сеть должна рассеивать ток делителя; снижать мощность в зависимости от температуры окружающей среды и обеспечивать циркуляцию воздуха в местах перегрева узла.
  • Степень защиты: Делитель напряжения на высоковольтной шине должен быть соединен с разрядным трактом, а в местах, где возможны переходные процессы, — искровым разрядником или варистором на входе.
  • Метод измерения: Проверьте соотношение при фактическом рабочем напряжении, поскольку утечка поля и поверхностная утечка могут создавать смещение в высокоимпедансном делителе.

8. Рекомендации

  • IEC 60115-1:2020, Фиксированные резисторы для использования в электронном оборудовании — Часть 1: Общие технические условия.
  • IEC 60060-1:2010, Методы испытаний высоковольтных систем — Часть 1: Общие определения и требования к испытаниям.
  • П. Горовиц и У. Хилл, Искусство электроники, 3-е изд., Издательство Кембриджского университета, 2015.
  • 陈景亮等, 高电压试验技术, 中国电力出版社, 2005.
  • Технические характеристики высоковольтного резистора HVC плоского типа. HVC Capacitor, 2024.
  • Технические характеристики высоковольтного резистора в трубчатом исполнении (HVC), конденсатора HVC, 2024 год.
Нужен комплект делителей частоты или резисторная цепь?

Укажите входное напряжение, коэффициент трансформации, допуск, температурный диапазон и количество. HVC сможет порекомендовать подходящую сеть и предоставить образцы.

Отправить спецификацию материалов / Запросить техническое предложение →