Zweck von 2 Vorwiderständen am Spannungsteiler

Dies geschieht normalerweise, um die Zuverlässigkeitsanforderungen für die Sicherheit zu erfüllen.

Beim Betrieb mit gefährlicher Hochspannung muss ein Schaltkreis über einen SPOF-Schutz (Single Point Of Failure) verfügen, um Sicherheitszulassungen wie CE zu erfüllen. Insbesondere liegt eine gefährliche Spannung normalerweise über 50 VAC oder 120 VDC, aber die Anforderung ist in den Normen angegeben, für die das Gerät zugelassen sein muss. Es gilt hier sicherlich für Ihre 400 VDC.

Das Entwerfen für SPOF bedeutet, dass die Auswirkung eines Ausfalls einer einzelnen Komponente auf die Schaltung für jede Komponente berücksichtigt werden muss. „Ausfall“ bedeutet bei SPOF, dass die Komponente bei Kurzschluss oder Leerlauf ausfällt. Im wirklichen Leben versagen nicht alle Komponenten auf diese Weise, aber so wird es in SPOF betrachtet. Der Stromkreis darf keine weiteren Gefahren wie Feuer, Personenschäden oder Überbeanspruchung anderer Komponenten verursachen, wenn eine einzelne Komponente auf diese Weise ausgefallen ist.

Betrachtet man hier SPOF, könnte ein einzelner Reihenwiderstand von 400 V kurzschließen und 400 V über den 1-K-Widerstand und den Ausgang liefern. Daher werden stattdessen zwei Vorwiderstände zum Schutz auf SPOF-Ebene verwendet. Wenn einer kurzgeschlossen ausfällt, muss der andere noch funktionieren, da wir einen einzelnen Fehlerpunkt in Betracht ziehen.

Jeder überlebende Widerstand muss so bemessen sein, dass er die volle Spannung und Leistung handhaben kann, mit der er dann fertig werden müsste. Hier würden Sie also 1 M Widerstände benötigen, die für 400 V ausgelegt sind, plus die Toleranz Ihrer Versorgung plus eine Sicherheitsmarge (500 V oder höher?). Und die Nennleistung muss für die höchste 400-V-Versorgungsspannung an einem einzelnen 1-MΩ-Widerstand und 1 KΩ mit Leistungsminderung gelten. Betrachten wir also eine Verlustleistung von 160 mW und verwenden Sie mindestens einen 320-mW-Widerstand, z. B. 1/2 W.

Als nächstes, wenn 1 K im Leerlauf ausfällt, wird die Quellenimpedanz von 400 V über 2 M an Ihren Ausgang geliefert. Das muss also auch bedacht werden. Sie könnten einen zweiten Parallelwiderstand verwenden und beide 2 K machen. Ein Ausfall eines der vier Widerstände, die Sie jetzt haben, wirkt sich auf die Ausgangsspannung des Potentialteilers aus, so dass dies berücksichtigt werden muss. Wenn nur das Vorhandensein von 400 V erkannt wird, können geeignete Widerstandswerte den Ausgang dazu bringen, einen NPN-Transistor oder Spannungskomparator anzusteuern, der mit einer der drei Ausgangsspannungen arbeitet, die durch die drei möglichen Teiler verursacht werden (normalerweise 2M:1K, 1M:1K , 2M:2K). Wenn Sie versuchen, die 400 V zu messen, können Sie eine zweite und dritte identische Teilerschaltung hinzufügen und sie durch eine Mehrheitswahlschaltung führen, um die richtige Spannung zu identifizieren (zwei der drei Spannungen sind nahezu gleich).

Dies ist möglicherweise nicht der ursprüngliche Grund, warum Ihre Schaltung hier zwei Vorwiderstände hat. Ich kenne die Anwendung oder ihre Anforderungen nicht. Aber es ist ein Grund, warum es sollte.

Design für Zuverlässigkeit, Sicherheit und EMV werden bei Schaltungsdesigns oft über die reine Funktion vernachlässigt. Es ist ein sehr guter Designansatz, diese Anforderungen bereits bei der Konzeption einer Schaltung zu berücksichtigen und nicht zu versuchen, sie später hinzuzufügen.

Die meisten Widerstände, insbesondere SMD (noch größere 1210), sind nicht für 400 V ausgelegt.

Eine der Möglichkeiten ist also, dass sie 2 in Reihe verwendet haben, um den Spannungsbedarf zu teilen.

Es gibt zwar höher bewertete Widerstände, aber es gibt andere Faktoren, die zu berücksichtigen sind, wie z Standardwiderstände, aber wahrscheinlich nicht die Hochspannungswiderstände). Alles in allem kann es also billiger sein, nur 2 Standard zu verwenden. Es bietet auch mehr Flexibilität für den Fall, dass Hochspannungskabel ausverkauft sind usw.

Beachten Sie auch, dass selbst wenn Sie 1210-Widerstände haben, die 400 V vertragen können, die Kriechtoleranzen der Leiterplatte möglicherweise größere Abstände als der Widerstand selbst erfordern, sodass Sie entweder einen größeren Widerstand oder mehr als einen benötigen.

Aus diesem Datenblatt von Panasonic.

Aus diesem Vishay- Datenblatt.

Wenn Sie einen Widerstand R der Nennleistung W mit der Spannung V darüber haben, wäre die an R abgeführte Leistung$V^2/R$. Wenn es mehr als die Nennleistung des Widerstands ist, müssen Sie über eine andere Option nachdenken. Eine schnelle Idee wäre, zwei Widerstände R / 2 mit ähnlicher Nennleistung W in Reihe zu verwenden. Die Gesamtverlustleistung bleibt gleich, aber sie verbrauchen einzeln nur die halbe Leistung$(V/2)^2/(R/2) = V^2/2R$

Mit den angegebenen Werten beträgt die maximale Verlustleistung in jedem der 1-Megohm-Widerstände 40 mW (V^2/R = 200,200/1,10^6).

Daher gibt es aus Verlustleistungsgründen keine 2 davon.

Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass ein einzelner Widerstand für 400 V ausgelegt ist. Daher werden 2 in Reihe verwendet. Wenn der Eingang noch höhere Spannungen tolerieren müsste, würden mehr, sagen wir 3 oder 4, verwendet werden.

Beachten Sie, dass die Größe dieser Widerstände auch größer ist (1210 statt 1206), was auch mit der maximalen Betriebsspannung zusammenhängen kann.

Selbst bei bedrahteten Komponenten wie einem generischen 1/4-W-Widerstand beträgt die Nennspannung, obwohl das Teil größer als SMT ist, typischerweise immer noch weniger als 400 V, sodass ein ähnlicher Ansatz erforderlich ist.