前言

外置限流電阻是高壓電源常用的保護(hù)器件之一，對(duì)負(fù)載短路、反峰等有良好的保護(hù)作用，但阻值過(guò)大容易造成充電效率低發(fā)熱大，過(guò)小又容易起不到保護(hù)作用，本文介紹外置限流電阻的計(jì)算原則幫助您選用合適的限流電阻。

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2019年12月15日 - 初稿

作者：海伏科技——小濤（轉(zhuǎn)載注明出處）
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限流電阻保護(hù)高壓電源原理

圖1：反峰電阻保護(hù)原理

此文章為《高壓電源反峰防護(hù)》的補(bǔ)充，關(guān)于什么是反峰，以及反峰為什么會(huì)損壞電源請(qǐng)查看：http://ychhy.com.cn/class/51

如上圖所示當(dāng)電容放電至0V時(shí)刻，如果沒(méi)有限流電阻的保護(hù)，放電回路的電流通過(guò)續(xù)流二極管構(gòu)成放電回路，由于放電回路電流往往較大，通常為幾十上百kA（千安）量級(jí)，續(xù)流二極管無(wú)法承受如此大的電流導(dǎo)致?lián)p壞。

加入限流電阻之后我們繼續(xù)分析放電過(guò)程，由于放電回路中電感的存在在電容放電至0V的時(shí)刻放電環(huán)路中的電流不能突然降低為0，電流繼續(xù)在放電環(huán)路中流動(dòng)給電容反向充電，進(jìn)而形成電壓反峰。放電環(huán)路中的電流經(jīng)過(guò)幾個(gè)周期震蕩之后逐漸衰減逐步降為0。由于限流電阻的引入限制流過(guò)續(xù)流二極管的電流，從而保護(hù)其不被損壞。

限流電阻的關(guān)鍵參數(shù)

電阻的耐壓、電阻值、功率這三個(gè)參數(shù)是限流電阻重要的參數(shù)，下面依次介紹這幾個(gè)參數(shù)的選取。

限流電阻耐壓值

為什么第一個(gè)提到耐壓，因?yàn)檫@個(gè)是重要也是容易忽視的參數(shù)。在選購(gòu)時(shí)電阻的阻值、功率等關(guān)鍵參數(shù)我們比較容易獲取到，但是部分廠家對(duì)電阻的耐壓值標(biāo)注的比較含糊，而且未必真正進(jìn)行測(cè)試。即便是標(biāo)注了耐壓，有些是在絕緣油環(huán)境中的耐壓，在空氣中使用耐壓值會(huì)大打折扣。所以實(shí)際使用時(shí)，限流電阻適合小阻值多個(gè)串聯(lián)來(lái)達(dá)到設(shè)定的阻值，多個(gè)電阻共通分擔(dān)整體的電壓。并且在Z字型安裝時(shí)需要注意電阻的首尾不要靠得太近要留有足夠的絕緣距離。

限流電阻的阻值

限流電阻的阻值是一個(gè)需要權(quán)衡的問(wèn)題，像前言中提到的阻值太大容易造成能量的浪費(fèi)，過(guò)大的發(fā)熱在系統(tǒng)集成時(shí)需要重點(diǎn)考慮如何散熱；阻值過(guò)小容易導(dǎo)致續(xù)流二極管損壞起不到保護(hù)作用。

計(jì)算限流電阻阻值時(shí)可以按照下面的公式：

\( R \geq \tfrac {U_{RPeak}} {I_{max}} \)

其中：
R為限流電阻阻值；
\( U_{RPeak} \)為反向峰值電壓；
\( I_{max} \)為續(xù)流二極管能承受的最大峰值電流；

續(xù)流二極管能承受的最大峰值電流是有電流持續(xù)時(shí)間決定的，需要結(jié)合反峰時(shí)間查看二極管手冊(cè)確定二極管峰值電流。

限流電阻的功率

限流電阻上消耗的功率有三部分分別是：充電過(guò)程中的發(fā)熱、放電過(guò)程的發(fā)熱、電源儲(chǔ)能釋放。

充電發(fā)熱：對(duì)于恒流充電的充電機(jī)，電阻上功率可以用公式\( P=I^2RD \)來(lái)計(jì)算，P為電阻上的功率、I為充電電流、R為電阻值、D為充電時(shí)間占空比。

放電發(fā)熱：放電過(guò)程的功率可以使用公式\( P=U^2/R \cdot tf \) 計(jì)算，U為反峰電壓有效值（均方根值）、R為電阻值、t為反峰持續(xù)時(shí)間、f為放電重復(fù)頻率。

電源內(nèi)部?jī)?chǔ)能：由儲(chǔ)能電容放電較快，充電機(jī)內(nèi)部電容通過(guò)限流電阻緩慢放電，所有能量全部消耗在限流電阻上，充電機(jī)儲(chǔ)能導(dǎo)致的發(fā)熱功率可以用公式W = Qf 其中Q為充電機(jī)內(nèi)部?jī)?chǔ)能、f為放電重復(fù)頻率。

限流電阻總發(fā)熱功率等于以上三部分相加，選用限流電阻的功率大于實(shí)際功率即可。

總結(jié)

限流電阻防反峰的方式是優(yōu)缺點(diǎn)同樣明顯，優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單可靠，缺點(diǎn)是發(fā)熱大效率低。實(shí)際使用時(shí)可以通過(guò)上述方法計(jì)算來(lái)確定一個(gè)比較合理的限流電阻阻值，從而達(dá)到理想的效果。

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