全类型电阻（二）

三.电阻的应用与选型

电阻的厂商主要有国巨、松下、罗姆、威世、还有国内的风华高科等等。

3.1 电阻的应用
基本上没有电路板会不用电阻，任何电路板上使用*多的器件就是电容和电阻。各种上下拉电阻，反馈电阻等等。水平有限，简单讲述一下。

热效应
根据焦耳定律，电流流过电阻就会发热。电阻的热效应的应用也有很多，电热毯、电火桶、电水壶。

对于一些室外应用的电子设备，特别对于一些集成有高性能CPU的SOC，对工作温度要求很苛刻，大都只能满足商业级应用，大冬天在东北，零下三十多度，温度太低，很可能开不了机。通常都会加一个大功率电阻做预加热功能，当温度上来后，设备启动了再关掉。之所有关掉，因为设备自己工作的功耗也会发热，可以保持温度。

作为硬件工程师，经常要跑到环境实验室去定位问题。为了复现一个高温问题，需要跑到环境实验室搭测试环境，关键温箱就那么几个，还要预约，经常要排队太麻烦了。于是我就自己作了一个再简单不过的定位神器，就是给水泥电阻焊一个DC电源座子，然后插各种电源适配器，调整温度。然后往某某芯片上放个几分钟，没有问题，再换一个，问题复现，问题聚焦到某个芯片上，在自己的工位上就完成高温问题的定位。

零欧姆电阻
零欧姆电阻也叫跳线电阻(Jumper)。在电路设计中，为了调试方便或者作兼容设计经常使用。例如在作预研设计时，为了调试时能测试芯片的每组电源的工作电流，通常需要用零欧姆电阻将电源分成多路。

使用零欧姆电阻时，*常遇到的问题就是功耗怎么算，如何判断选择的电阻是否满足要求？

此时，就需要从电阻的规格书中获取相关参数，从下图可以看出RC0402的零欧姆电阻，其电阻值不会超过50mΩ，额定电流不超过1A，由此就可以判断电阻是否满足设计要求。通常0402的零欧姆电阻都可以满足1A以下的电流要求。

原图截自GENERAL PURPOSE CHIP RESISTORS - Yageo

限流
有些时候电路中需要一组几十毫安的电源，但是其电压在电路中其他地方都用不到，此时单独弄一组DCDC或者LDO都不太合适，因为电流太小。此时可以使用稳压管稳压电路。

分压
分压例如ADC采样电路，DCDC输出电压反馈，电平转换等等。

匹配电阻
对于高速信号，PCB走线需要考虑传输线模型，要保证阻抗匹配，防止信号反射会影响信号完整性。阻抗匹配就是保证负载阻抗与传输线的特征阻抗相等以消除反射。*常用*简单的就是源端串联匹配，即在信号源端串联一个电阻，该电阻和源内阻之和等于传输线特征阻抗，这样即使负载端不匹配，信号反射回来会被源端信号，不会再次反射。
此外，还有各种非线性的灵敏电阻，可以用作传感器、保护电路等等。

3.2 电阻的选型
选型简单的说，就是根据器件的规格书，提取关键参数，判断是否满足应用的要求。

3.2.1 固定值电阻
常见类型的电阻的主要参数的对比如下图所示，出货量*大的应该是厚膜电阻和金属膜电阻。



3.2.2 热敏电阻
PTC在电路中的主要作用和保险丝类似，就是过流保护，区别就是保险丝是一次性的，而PTC是可恢复的，而很多时候换保险丝是不可接受的，影响客户体验。PTC也属于安规器件，通常要求通过UL1439认证。



上图是PTC的阻抗温度特性，当过流的时候PTC发热，温度迅速上升，PTC的阻抗迅速变大，形成断路，断路后电流下降，发热减少，温度下降，PTC恢复低阻抗。因此，PTC非常适合短时过流。



保持电流
选用PTC的时候，首先要考虑设计工作电流，不能超过PTC保持电流，此时PTC可以保持低阻抗状态。PTC的保持电流会随着工作温度的升高而降低，因此，工作温度时需要考虑的重要因素。

动作电流
动作电流，即PTC进入高阻抗状态，断路保护的电流。

额定电压
即PTC能承受的*大电压，超过额定电压，PTC可能会被击穿短路，进而引起烧毁。因此，设计时要考虑各种情况下PTC的工作电压不能超过其额定电压。

当PTC断路保护的时候，会承受整个电源电压，PTC选型的时候，额定电压要大于电源电压。通常考虑降额到80%，即电源电压12V，要选择耐压15V以上的PTC。

在电源输入端口，需要考虑浪涌防护，此时要考虑*大的浪涌电流，乘以PTC的电阻，即PTC承受的浪涌电压，不能超过PTC额定电压。

额定电流
即在额定电压下，PTC能承受的*大短路电流，短路电流超过额定电流，PTC将会损坏。

直流电阻
PTC直流电阻的存在，会使PTC存在一定的直流压降，设计时要注意压降后的电源电压要满足要求。

和保险丝相比，PTC的额定电压和额定电流都小很多，而PTC的直流阻抗通常是保险丝的两部左右。PTC保护的时候，实际是高电阻状态，因此会有毫安级的漏电流，而保险丝是熔断机制，切断电流通路，基本不存在漏电流。

3.2.3 压敏电阻
压敏电阻的特性与稳压二极管(Zener diode)、TVS类似，都属于钳位型器件，主要用于防护电路瞬态过压，例如浪涌。

MOV的理想伏安特性
选择防护器件，主要考虑两个方面：一是防护器件在正常工作条件下不能动作或者损坏，二是在设计范围内的异常情况下要能起到保护电路的作用，即防护能力。



额定工作电压
额定工作电压可以认为是MOV能保持高阻抗状态的*高持续工作电压。根据应用场合，MOV可以分为交流和直流两种，两种场合用的器件规格是不一样。用于直流场合的MOV通常不能用于交流场合。

MOV的额定工作电压，交流场合考虑交流额定电压，即Vrms或Vm(ac)，上图中的器件可以有效值130V的交流电中正常工作。超过这个电压，MOV可能动作或者损坏，导致电路无法工作。

主要用于防护瞬态高压，持续的过高电压会导致MOV损坏。

钳位电压
MOV是钳位型器件，遇到瞬态高压时，阻抗会下降，通过大电流，瞬态高压会被抑制，但不会降为零，而是依然保持相对高压，通常是额定工作电压的2到3倍。选择MOV时，要注意钳位电压不能超过被防护器件的*高耐压，超过时，需要采用多级防护，例如后级加一个大功率电阻去耦，再加一颗TVS，利用TVS的低钳位电压进一步减小残压。

*大脉冲电流
雷击或者感性负载切换等等，会产生很大浪涌电流，MOV除了钳位住高压以外，还需要泄放浪涌电流。

MOV能否承受住浪涌电流，主要和一段时间内MOV承受的能量大小有关，能量过大，MOV过热烧毁。能量的大小，和浪涌的波形和数目有关，通常，器件的浪涌能力都按8/20us波形能测试。上图中的MOV，单个3500A的8/20us的浪涌脉冲，连续2个3000A的8/20us的浪涌脉冲，连续20个750A的8/20us的浪涌脉冲。

此外，MOV的寄生电容比较大，不能用在较高速率的信号线上。MOV的响应时间比TVS慢，对一些快速的脉冲，像ESD可能不起作用。这些也是我们需要考虑的因素。