Propósito de 2 resistencias en serie en el divisor de voltaje

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En el esquema / imagen a continuación, ¿cuál es el propósito de 2 resistencias en serie para el divisor de voltaje? ¿Temperatura, fugas térmicas, acciones, precios u otra cosa?

Gracias.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Ugur Baki
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Respuestas:

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Por lo general, se hace para cumplir con los requisitos de confiabilidad para la seguridad.

Cuando se opera desde un alto voltaje peligroso, un circuito debe tener protección de punto único de falla (SPOF) para cumplir con las aprobaciones de seguridad como CE. Específicamente, un voltaje peligroso suele ser superior a 50 V CA o 120 V CC, pero el requisito se establece en las normas para las que el equipo debe estar aprobado. Ciertamente se aplica a su 400 VDC aquí.

Diseñar para SPOF significa que debe tenerse en cuenta el efecto de una falla de un solo componente en el circuito, para cada componente. Para SPOF, 'falla' significa que el componente falla en cortocircuito o circuito abierto. No todos los componentes fallan de esta manera en la vida real, pero así es como se considera en SPOF. El circuito no debe causar más riesgos, como incendios, daños a personas o sobrevaloración de otros componentes, cuando un solo componente ha fallado de esta manera.

Considerando SPOF aquí, una resistencia en serie única de 400 V podría fallar en cortocircuito y entregar 400 V a través de la resistencia de 1 K y la salida. Por lo tanto, se utilizan dos resistencias en serie, para protección de nivel SPOF. Si uno falla en cortocircuito, el otro todavía debe estar funcionando ya que estamos considerando un solo punto de falla.

Cada resistencia superviviente debe estar clasificada para manejar el voltaje completo y la potencia con la que tendría que lidiar. Entonces, aquí necesitaría resistencias de 1 M con capacidad para 400 V más la tolerancia de su suministro más un margen de seguridad (¿500 V o más?). Y la potencia nominal debe ser para el voltaje de suministro más alto de 400 V en una sola resistencia de 1 M y 1 K, con reducción de potencia. Así que echemos un vistazo a la disipación de 160 mW y use al menos una resistencia de 320 mW, por ejemplo, 1/2 W.

Luego, si el 1 K falla en circuito abierto, la impedancia de la fuente de 400 V a 2 M se entregará a su salida. Entonces eso también debe ser considerado. Podrías usar una segunda resistencia paralela y hacer ambas 2 K. Una falla de cualquiera de las cuatro resistencias que tienes ahora afectará el voltaje de salida del divisor potencial, por lo que debe tenerse en cuenta. Si solo está detectando la presencia de 400 V, los valores de resistencia adecuados permitirían que la salida accione un transistor NPN o un comparador de voltaje que funcione desde cualquiera de los tres voltajes de salida causados ​​por los tres divisores posibles (2M: 1K normalmente, 1M: 1K , 2M: 2K). Si está tratando de medir los 400 V, puede agregar un segundo y tercer circuito divisor idéntico y pasarlos por un circuito de votación mayoritario para identificar el voltaje correcto (dos de los tres voltajes son casi iguales).

Esta puede no ser la razón original de que su circuito aquí tenga dos resistencias en serie, no sé la aplicación o sus requisitos. Pero es una razón por la que debería.

El diseño de confiabilidad, seguridad y EMC a menudo se olvidan en los diseños de circuitos sobre la función pura. Es un muy buen enfoque de diseño considerar estos requisitos en la concepción misma de un circuito, no tratar de agregarlos más tarde.

TonyM
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Tal vez es porque nunca he trabajado con circuitos de alto voltaje (mucho menos creado) que encuentro esto realmente contradictorio, pero entiendo su respuesta correctamente, que a pesar de que el diseño de circuitos de esta manera disminuye el MTBF, se hace así que cuando falla ocurre, ¿no es tan peligroso en términos de incendio o peligro de arco?
user3052786
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@ user3052786, comentarios interesantes pero es un objetivo diferente. MTBF está examinando las posibilidades de una falla: la confiabilidad de la función. Esto está examinando las consecuencias de una falla: la confiabilidad de la seguridad, no de la función. Lea también sobre redundancia dual y triple para componentes / sistemas, igualmente vale la pena conocer. Aunque muchas menos aplicaciones generales y domésticas, te sentirás mejor al volar :-)
TonyM
Bien, veo que hay diferentes prioridades, quería preguntar si esto está sacrificando intencionalmente la confiabilidad de la función para mitigar las consecuencias de una falla. Porque me parece que usar dos resistencias como en este caso aumentaría la probabilidad de falla (como en la función deteriorada), porque es otro componente que puede fallar.
user3052786
Pero incluso si falla y falla el cortocircuito (que nunca he visto, pero como he dicho, no he estado expuesto a muchos diseños de alta potencia), la carga repentinamente inexistente no se dispara ¿Una cadena de fallas potencialmente catastrófica en los componentes aguas abajo, porque la otra resistencia tiene suficiente margen para la disipación de calor para manejar la corriente más alta?
user3052786
@TonyM: la protección SPOF a veces también va bajo la etiqueta de diseño "a prueba de fallas". Eso significa que, en caso de falla, el diseño cae en un estado no peligroso. Otro ejemplo típico de diseño a prueba de fallas se refiere a las definiciones de nivel lógico para señales de alarma: es decir, señales bajas activas para detectar un cable cortado como alarma o señales altas activas para detectar un cortocircuito como alarma.
boink
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La mayoría de las resistencias, especialmente las SMD (incluso las más grandes de 1210) no están clasificadas para 400V.

Entonces, una de las posibilidades es que usaron 2 en serie para dividir el requisito de voltaje.

Si bien existen resistencias de mayor clasificación, hay otros factores a considerar, como el costo, la disponibilidad, el tiempo adicional que lleva obtenerlos, un componente adicional para colocar en la máquina de recogida y colocación, etc. (es decir, la mayoría de las casas PCBA tendrán 1M resistencias estándar, pero probablemente no las de alto voltaje). Entonces, considerando todo, puede ser más barato usar solo 2 estándares. También brinda más flexibilidad en caso de que los de alto voltaje se agoten, etc.

También tenga en cuenta que incluso si tiene resistencias 1210 que pueden tolerar 400V, las tolerancias de deformación de PCB pueden requerir distancias más grandes que la resistencia misma, por lo que necesita una resistencia más grande o más de una.

ingrese la descripción de la imagen aquí

De esta hoja de datos de Panasonic.

ingrese la descripción de la imagen aquí

De esta hoja de datos de Vishay .

Wesley Lee
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¿Has mirado estas hojas de datos? ¿Puede 700V para el paquete 1206 y 1000V para el paquete 1210? vishay.com/docs/49876/_tnpve3_vmn-pt0447-1504.pdf vishay.com/docs/28881/tnpve3.pdf
Ugur Baki
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Esas son resistencias bastante específicas, nunca dije que no existieran. Menciono "la mayoría" en mi respuesta específicamente debido a eso. La mayoría de las veces es más fácil usar 2 o 3 de las resistencias "normalmente" disponibles que las de alta tensión (entonces tiene tolerancias de desplazamiento y distancia de PCB, independientemente de la tolerancia del dispositivo). De todos modos, dado que no hay mucha más información sobre el circuito / contexto, aparte del hecho de que es un divisor de voltaje / filtro RC, es bastante difícil especular más allá de eso.
Wesley Lee
Mi punto es que la mayoría de los ingenieros o casas fabulosas tendrán resistencias de 1M con clasificaciones estándar en stock. Si desea los de alto voltaje, tendrá que hacer un pedido específico, un nuevo carrete para montar en la máquina de recogida y colocación, etc., etc.
Wesley Lee
Gracias por su atención. Por favor revise estos enlaces. El primero es 1Mohm y el segundo es 2Mohm . Mismo precio y mismo paquete. ¿Es posible usar un 2Mohm para esta aplicación en las mismas condiciones? digikey.com/product-detail/en/vishay-dale/TNPV12101M00BEEN/… digikey.com/product-detail/en/vishay-dale/TNPV12102M00BEEN/…
Ugur Baki
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@UgurBaki: otro factor a tener en cuenta es la distancia de separación de PCB / distancia de fuga (son un poco diferentes). Los paquetes 1206/1210 parecen tener 2 mm entre las almohadillas de soldadura, lo cual está demasiado cerca para 400 VCC y puede ser inseguro.
Wesley Lee
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V2/ /R(V/ /2)2/ /(R/ /2)=V2/ /2R

Mitu Raj
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Esta es la respuesta más simple (y probablemente correcta). Las resistencias 2x1M @ 1 / 3W pueden disipar de manera segura hasta 2 / 3W, que hasta 400V es 1.6mA, vs 1 / 3W por resistencia para 0.8mA max @ 400V. Incluso si la carga es <0.8mA, pueden estar planeando corrientes pico (irrupción, sobretensión, etc.)
Doktor J