Tujuan dari 2 resistor seri pada pembagi tegangan

Dalam skema / gambar di bawah ini, apa tujuan dari 2 resistor seri untuk pembagi tegangan? Temperatur, pelarian termal, stok, harga, atau yang lainnya?

Terima kasih.

skema

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

voltage resistors Ugur Baki
sumber

Jawaban:

Ini biasanya dilakukan untuk memenuhi persyaratan keandalan untuk keselamatan.

Ketika beroperasi dari tegangan tinggi yang berbahaya, sirkuit harus memiliki perlindungan Single Point Of Failure (SPOF) untuk memenuhi persetujuan keselamatan seperti CE. Secara khusus, tegangan berbahaya biasanya di atas 50 Vac atau 120 VDC, tetapi persyaratannya dinyatakan dalam standar bahwa peralatan harus disetujui. Ini tentu berlaku untuk 400 VDC Anda di sini.

Merancang untuk SPOF berarti bahwa efek dari kegagalan satu komponen akan ada pada rangkaian perlu dipertimbangkan, untuk setiap komponen. Untuk SPOF, 'kegagalan' berarti bahwa komponen tersebut gagal hubung singkat atau hubung-terbuka. Komponen tidak semuanya gagal dengan cara ini dalam kehidupan nyata tetapi ini adalah bagaimana hal itu dipertimbangkan dalam SPOF. Sirkuit tidak boleh menyebabkan bahaya lebih lanjut, seperti kebakaran, kerusakan pada orang, atau penilaian komponen lainnya yang berlebihan, ketika satu komponen gagal dalam hal ini.

Mempertimbangkan SPOF di sini, resistor seri tunggal dari 400 V dapat gagal hubung singkat dan memberikan 400 V melintasi resistor 1 K dan output. Jadi dua resistor seri digunakan sebagai gantinya, untuk perlindungan tingkat SPOF. Jika salah satu gagal hubungan pendek, yang lain masih harus bekerja karena kami sedang mempertimbangkan satu titik kegagalan.

Setiap resistor yang masih hidup harus diberi nilai untuk menangani tegangan dan daya penuh yang harus dihadapinya. Jadi di sini, Anda akan memerlukan resistor 1 M dengan nilai 400 V plus toleransi pasokan Anda ditambah margin keamanan (500 V atau lebih tinggi?). Dan peringkat daya perlu untuk tegangan suplai 400 V tertinggi di resistor 1 M tunggal dan 1 K, dengan derating. Jadi mari kita lihat disipasi 160 mW dan gunakan setidaknya 320 mW resistor misalnya 1/2 W.

Selanjutnya, jika 1 K gagal rangkaian terbuka, impedansi sumber 400 V hingga 2 M akan dikirimkan ke output Anda. Sehingga perlu diperhatikan juga. Anda dapat menggunakan resistor paralel kedua dan membuat keduanya 2 K. Kegagalan salah satu dari empat resistor yang sekarang Anda miliki akan mempengaruhi tegangan output pembagi potensial, sehingga harus dibiarkan. Jika itu hanya mendeteksi keberadaan 400 V, nilai-nilai resistor yang sesuai akan membiarkan output menggerakkan transistor NPN atau pembanding tegangan yang akan bekerja dari salah satu dari tiga tegangan output yang disebabkan oleh tiga pembagi yang mungkin (biasanya 2M: 1K, 1M: 1K , 2 jt: 2 rb). Jika Anda mencoba mengukur 400 V, Anda dapat menambahkan sirkuit pembagi identik kedua dan ketiga dan menempatkannya melalui sirkuit pemungutan suara mayoritas untuk mengidentifikasi tegangan yang benar (dua dari tiga tegangan hampir sama).

Ini mungkin bukan alasan asli bahwa rangkaian Anda di sini memiliki dua seri resistor, saya tidak tahu aplikasi atau persyaratannya. Tapi itu alasan mengapa harus.

Mendesain untuk keandalan, keselamatan, dan EMC sering dilupakan dalam desain sirkuit dibandingkan fungsi murni. Ini adalah pendekatan desain yang sangat bagus untuk mempertimbangkan persyaratan ini dalam konsepsi rangkaian, bukan mencoba menambahkannya nanti.

TonyM
sumber

Mungkin itu karena saya tidak pernah bekerja dengan sirkuit tegangan tinggi (apalagi yang dibuat) yang saya temukan ini benar-benar berlawanan dengan intuisi, tetapi apakah saya memahami jawaban Anda dengan benar, bahwa meskipun merancang sirkuit dengan cara ini mengurangi MTBF, itu dilakukan sehingga ketika terjadi kegagalan apakah terjadi, tidak berbahaya dalam hal kebakaran atau bahaya kebakaran?

user3052786

@ user3052786, komentar menarik tetapi tujuannya berbeda. MTBF sedang memeriksa kemungkinan kegagalan: keandalan fungsi. Ini memeriksa konsekuensi dari kegagalan: keandalan keselamatan, bukan fungsi. Baca juga tentang redundansi ganda dan tiga kali lipat untuk komponen / sistem, sama-sama layak untuk dipelajari. Meskipun aplikasi umum dan domestik jauh lebih sedikit, Anda akan merasa lebih baik tentang terbang :-)

TonyM

Benar, saya melihat ada beberapa prioritas yang berbeda, saya bermaksud bertanya apakah ini sengaja mengorbankan keandalan fungsi untuk mengurangi konsekuensi dari kegagalan. Karena menurut saya menggunakan dua resistor seperti dalam kasus ini akan meningkatkan kemungkinan kegagalan (seperti pada fungsi yang terganggu), karena itu adalah komponen lain yang dapat gagal.

user3052786

Tetapi bahkan jika itu gagal, dan gagal hubungan arus pendek (yang tidak pernah saya lihat, tetapi seperti yang telah saya katakan, saya belum pernah terpapar banyak desain berdaya tinggi), beban yang tiba-tiba tidak ada tidak memicu rantai kegagalan potensial dalam komponen hilir, karena resistor lain memiliki cukup ruang kepala untuk pembuangan panas untuk menangani arus yang lebih tinggi?

user3052786

@TonyM: perlindungan SPOF terkadang juga menggunakan tag "fail-safe". Itu berarti, dalam penyebab kegagalan apa pun, desain jatuh ke keadaan tidak berbahaya. Contoh tipikal lain untuk desain gagal aman adalah mengenai definisi level logika untuk sinyal alarm: yaitu sinyal rendah aktif untuk mendeteksi kabel terputus sebagai alarm atau sinyal tinggi aktif untuk mendeteksi korsleting sebagai alarm.

boink

Sebagian besar resistor, terutama SMD (bahkan lebih besar 1210) tidak dinilai untuk 400V.

Jadi salah satu kemungkinan adalah mereka menggunakan 2 seri untuk membagi kebutuhan voltase.

Sementara resistor berperingkat tinggi ada, ada faktor-faktor lain yang perlu dipertimbangkan seperti biaya, ketersediaan, waktu tambahan yang dibutuhkan untuk sumber mereka, komponen tambahan untuk dimasukkan ke dalam mesin pick and place, dll. (Yaitu kebanyakan rumah PCBA akan memiliki 1M resistor standar, tetapi tidak mungkin yang tegangan tinggi). Jadi semua hal dianggap lebih murah hanya menggunakan 2 yang standar. Ini juga memberikan lebih banyak fleksibilitas jika yang tegangan tinggi habis, dll.

Juga pertimbangkan bahwa bahkan jika Anda memiliki 1.210 resistor yang dapat mentolerir 400V, toleransi creep PCB mungkin memerlukan jarak yang lebih besar dari resistor itu sendiri, sehingga Anda memerlukan resistor yang lebih besar atau lebih dari satu.

Dari lembar data Panasonic ini .

Dari lembar data Vishay ini .

Wesley Lee
sumber

Sudahkah Anda melihat lembar data ini? Anda dapat paket 700V untuk 1206 dan paket 1000V untuk 1210? vishay.com/docs/49876/_tnpve3_vmn-pt0447-1504.pdf vishay.com/docs/28881/tnpve3.pdf

Ugur Baki

Itu adalah resistor yang cukup spesifik, saya tidak pernah mengatakan mereka tidak ada. Saya menyebutkan "sebagian besar" dalam jawaban saya secara khusus karena itu. Sebagian besar kali lebih mudah untuk menggunakan 2 atau 3 dari resistor yang "biasanya" tersedia daripada sumber yang tegangan tinggi (maka Anda memiliki toleransi creep dan jarak PCB, terlepas dari toleransi perangkat). Lagi pula, karena tidak ada lebih banyak informasi tentang rangkaian / konteks, selain fakta bahwa itu pembagi tegangan / filter RC, cukup sulit untuk berspekulasi di luar itu.

Wesley Lee

Maksud saya adalah, sebagian besar insinyur atau rumah hebat akan memiliki resistor 1M dengan peringkat standar dalam stok. Jika Anda ingin yang rating tegangan tinggi Anda harus membuat urutan tertentu, gulungan baru untuk dipasang pada mesin pick and place, dll.

Wesley Lee

Terima kasih atas perhatian Anda. Silakan periksa tautan ini. Yang pertama adalah 1Mohm dan yang kedua adalah 2Mohm . Harga yang sama dan paket yang sama. Apakah mungkin menggunakan 2Mohm untuk aplikasi ini dalam kondisi yang sama? digikey.com/product-detail/en/vishay-dale/TNPV12101M00BEEN/… digikey.com/product-detail/en/vishay-dale/TNPV12102M00BEEN/…

Ugur Baki

@UgurBaki - faktor lain yang perlu dipertimbangkan adalah jarak izin / rambat PCB (agak berbeda). Paket 1206/1210 tampaknya memiliki 2mm di antara bantalan solder, yang agak terlalu dekat untuk 400VDC dan bisa jadi tidak aman.

Wesley Lee

$V^2/R$ $(V/2)^2/(R/2) = V^2/2R$

Mitu Raj
sumber

Ini adalah jawaban yang paling sederhana (dan mungkin benar). 2x1M @ 1 / 3W resistor dapat dengan aman menghilang hingga 2 / 3W, yang hingga 400V adalah 1,6mA, vs 1 / 3W per resistor untuk 0,8mA max @ 400V. Bahkan jika bebannya <0,8mA, mereka mungkin merencanakan arus puncak (lonjakan, lonjakan, dll)

Doktor J