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用于为各种电机供电、停止和控制速度的电机控制器必须处理由于开关事件引起的各种浪涌。当电机启动时，加速过程中的电流消耗过大，在这相对较短的时间内，能量浪涌会导致电阻器或其他电路元件故障。如果使用电容器来存储电机启动的能量，则限流电阻器在充电/放电循环期间会看到过大的负载。
电涌是电机控制电路中电阻器故障的常见原因。许多设计人员低估了电涌效应对电阻器和其他元件造成损坏的可能性。此外，许多工程师会针对稳态条件设计电路，而没有意识到他们的“最坏情况”可能确实是电涌。
确保电涌不会导致电阻器故障的第一步是区分浪涌情况和短时过载。当超功率事件的持续时间为 0.5 秒或更长时间时，会发生短延时过载。这会导致电阻元件发热，但也给安装元件的基板提供了时间来消散由增加的电流产生的热量。
相比之下，“浪涌”发生在如此短的时间内（小于 0.5 秒），以至于基板没有机会帮助散热，必须被电阻元件完全吸收。浪涌的常见原因是电容器充电/放电（小于 1 ms）和电机启动（通常小于 0.5 s）。
过流与过压浪涌
电机控制电路中可能发生的两种功率浪涌情况是过流浪涌和过电压浪涌。过流浪涌是两者中更常见的一种，尤其是在电阻值为 250 Ω 或更小的元件中。如前所述，在过流浪涌情况下，电阻材料必须吸收浪涌产生的热量。
该材料的温升用以下公式表示：
因此，指定能够承受过流浪涌的电阻器的关键是确保电阻材料的最高温度不超过材料的设计极限。为了计算这个极限，需要知道给定电阻材料的比热 （热容） 及其质量。
电阻器的温升与其质量成反比（即电阻器越大，温升越慢）。比热和最高温度都是电阻器材料的特性。计算出的最高温度 （TMAX） 通常用于设计绕线电阻器，但对于设计薄膜电阻器来说不太有用，因为故障点通常是一个小的局部加热点。
与过流浪涌不同，高压浪涌在电阻值大于 250 Ω的电路中是主要关注点。高压浪涌以各种方式影响电阻器。在极端电压应力下（以每线性距离的伏特计算），厚膜电阻元件会因薄膜中通常不导电材料的电压感应导电而恶化。因此，厚膜电阻器通常具有最大额定电压，以避免潜在的劣化。电阻元件通常不会受到这种劣化的影响。因此，绕线电阻器通常不指定最大电压。
在讨论电源管理应用中的浪涌时，电阻器制造商通常根据元件的电阻偏移与所选测试限值的比较来确定被测元件的成功或失败。电阻器的用户必须密切关注此规格，以确定它是否符合其特定应用的期望。
例如，如果电阻偏移超过 ±0.25%，供应商可能会指定电阻器故障。其他制造商允许高达 ±1% 的偏移。消费者应仔细检查产品规格或询问制造商的技术支持人员，以进行准确比较并了解浪涌事件对关键组件的影响。
浪涌 versus 电阻器类型
浪涌条件以各种方式影响不同的电阻器技术。因此，在决定是否在给定电路中指定每种技术的浪涌特性时，必须考虑它。四种主要的电阻器技术是薄膜、厚膜、绕线和固体成分电阻器。
薄膜电阻器由沉积在陶瓷或硅衬底上的极薄电阻材料层（通常以原子层为单位）组成。虽然这项技术提供了极高的精度和稳定性（如其严格的容差和低电阻率温度系数所证明的那样），但由于电阻材料的重量较轻，薄膜电阻器的浪涌能力相对有限。
厚膜电阻器由陶瓷基材料和金属颗粒组成，其 TMAX 值高于聚合物系统。例如，IRC 的钽基 MetalGlaze 工艺涉及在 1000°C 下将厚膜电阻材料烧成固体陶瓷芯，从而为电阻器提供坚固、稳定的底座，以承受浪涌条件。通过定制釉料配方和改变生产工艺，可以优化电阻器在恶劣条件下（包括电涌）的性能。
薄膜和厚膜技术之间抗浪涌能力的差异证明了这一点，电阻器薄膜元件的质量对于决定器件的浪涌生存能力至关重要。电阻器薄膜元件的质量与其厚度乘以元件的表面积成正比。因此，厚膜技术的厚度大约是薄膜技术的 3 到 10 倍，与薄膜电阻器相比，浪涌能力大大增加——基于质量差异，浪涌能力相差 1 到 2 个数量级。
浪涌能力的另一个重要方面是电阻器本身的几何形状。在薄膜厚度一致的情况下，扁平片式电阻器上电阻材料的质量主要由其表面积（长度×宽度）决定。然而，圆柱形电阻器的表面积（定义为π ×长度×宽度）要大得多，这反过来又提供了更高的薄膜质量，并最终提供了比扁平芯片高三倍的浪涌性能。此外，圆柱形电阻器增加的表面积允许更多的散热，从而使电阻器能够在浪涌条件下在较低的温度下工作。
电阻器的调整方式也会显著影响浪涌能力。通常，圆柱形电阻器会经过调整或调整以达到所需的电阻值——通常是通过让激光沿元件中的螺旋路径蚀刻掉一些电阻材料。不幸的是，这可能会产生一个潜在的故障点，即电流路径拥挤在激光器的修整切口周围，这是激光修整机留下的间隙。消除这个潜在的故障点，使未修整部件的浪涌承受能力提高了三到五倍，是修整的圆柱形电阻器的三到五倍。
绕线电阻元件通常用于满足电机控制应用的高浪涌能量要求。在几乎所有情况下，线元件的质量都超过了厚膜或薄膜技术的质量，从而实现了更高的浪涌额定值。此外，金属电阻丝结构消除了薄膜的电压应力问题。浪涌事件中耗散的能量通常以焦耳 （J;瓦特 × 秒） 为单位。厚膜部件通常在 < 0.01 J 至 3 J 的范围内，而大型电路板绕线 （10 W） 可设计为高达 200 J。甚至可以设计出更大的绕线动态制动电阻器，以承受更高的浪涌。
绕线电阻器由缠绕在圆柱形基板（通常是玻璃纤维或陶瓷棒）上的金属丝构成。玻璃纤维是一种成本较低的材料，但在过载情况下几乎没有热效益。陶瓷虽然更昂贵，但起到散热器的作用，随着浪涌事件的延长而变得更加有效。
线绕电阻器的浪涌能力可以通过增加电阻元件的质量来提高。这是通过选择具有较低电阻值的较大直径的导线并将其缠绕成更长的长度以达到所需的电阻来实现的。使用 Ayrton-Perry 无感绕组技术可以进一步提高浪涌能力。这种方法使用两层以相反方向缠绕的导线来降低电感。该技术的额外好处是增加了电阻丝质量，进一步提高了浪涌处理能力。
陶瓷实芯碳复合电阻器
另一种用于浪涌应用的电阻器技术是固体成分型器件，历史上称为“碳复合”电阻器，尽管现代元件可能使用其他含碳或不含碳的材料。这些器件使用将碳或其他导电材料颗粒与陶瓷材料相结合的实心芯，当在高温下烧制时，陶瓷材料熔合成电阻芯，该电阻芯在整个横截面上传导电流并散热，而不是通过绝缘基板表面的有限电阻元件。
由于其实心陶瓷芯，实心电阻器表现出的浪涌承受特性可能超过薄膜或绕线电阻器。由于难以微调电阻值，这些组件的电阻容差通常为 5% 至 10%。
在指定电机控制电路的电阻器时，必须考虑超短持续时间浪涌条件的影响。各种电阻技术，薄膜、厚膜、绕线和碳复合，都有不同的优点和局限性。