Блог о качестве/конденсаторах
Высоковольтные массивы толстопленочных резисторов, делительные схемы, комплекты делителей
В области высоковольтной электроники постоянно растет спрос на компоненты, способные надежно и точно работать в условиях экстремальных электрических нагрузок.
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.
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.
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:
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:
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.
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
| Параметр | Плоская сеть HVC | Трубная сеть HVC | Дискретная осевая струна |
|---|---|---|---|
| Диапазон напряжения | 5–50 кВ | 10–100 кВ | зависит от количества |
| Допуск по соотношению | ± 1% | ± 1% | ±5% суммарный |
| отслеживание ТКР | ≤ ±25 ppm/°C | ≤ ±25 ppm/°C | бесподобный |
| Путь ползания | один длинный корпус | цилиндрическая обмотка | много суставов |
| Риск сборки | низкокачественными | низкокачественными | высокая |
5. Выбор и решение HVC
| Позиция | Рекомендуемая серия HVC | Напряжение | Ключевые спецификации |
|---|---|---|---|
| Делитель измерений | Комплект плоских разделителей HVR | 5–50 кВ | подобранная пара, ±1% |
| Высоковольтная планировка | Трубная сеть HVR | 10–100 кВ | большой радиус утечки, высокая мощность |
| Кровопускатель / смещение | Плоская матрица HVR | 5–50 кВ | компактный, 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.
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 параметр | Перед тем, как | После |
|---|---|---|
| Изменение отношения (0–60 °C) | ± 2.8% | ± 0.4% |
| Внутренние дуговые отказы на 100 зондов | 5 | 0 |
| Циклов калибровки в год | 2 | 0.5 |
| Время сборки одного зонда | 18 мин | 6 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.
Сопутствующие товары HVC
Высоковольтные конденсаторы для мощных лазеров (CO2, YAG)
Следующая →Изготовление высоковольтных диодов на заказ. Инженерные решения для высоковольтной упаковки.