ブログ

Jun 21, 2024

高電圧パルスが抵抗器に及ぼす影響

カーボン組成抵抗器はパルス条件下で非常によく機能しますが、入手が困難になりつつあります。 高電圧パルスを使用していくつかの最新の皮膜抵抗器で実行されたテストの結果が示されています。

カーボン組成抵抗器はパルス条件下で非常によく機能しますが、入手が困難になりつつあります。 高電圧パルスを使用していくつかの最新の皮膜抵抗器で実行されたテストの結果が示されています。 テストしたケースでは、抵抗器は損傷することなく良好に動作しました。 図 1 にテストのセットアップを示します。 約100nsの持続時間の高電圧パルスを、接触放電モードのMini-Zap ESDシミュレータおよびFischer Custom Communications TG-EFT高電圧パルス発生器から印加した。 TG-EFT 波形は、電力線に見られる電気的高速過渡現象 (EFT) をシミュレートします。 波形は ESD に似ていますが、先頭のピークがありません。

図 1: ミニザップ ESD シミュレータと TG-EFT 高電圧パルス発生器を含むテスト セットアップ

カーボン組成抵抗器は、パルス用途に最適な抵抗器ですが、特に電気店で見つけるのが難しくなってきています。 ESD や EFT 波形によって損傷を受けない抵抗器が必要なので、地元の電気店でいくつかの抵抗器をテストすることにしました。

値が 51 オーム (1 ワット) から 4700 オーム (1/2 ワット) までの範囲のいくつかの金属およびカーボン フィルム抵抗器がテストされました。 図 2 は、テスト用に Mini-Zap に接続された 51 オーム 1 ワットのカーボン フィルム抵抗器を示しています。 また、51 オーム 1 ワットの金属皮膜抵抗器、470 オーム 1/2 ワットの「皮膜」抵抗器、1000 オーム 1/2 ワットの「皮膜」抵抗器、および 4700 オーム 1/2 ワットの「皮膜」抵抗器もテストされました。 TG-EFT 発電機は 2000 ボルトまで使用され、その後ミニザップが 10,000 ボルトで使用されました。

図 2: ESD シミュレータによってストレスを受けた 51 オームの皮膜抵抗

図 3 は、51 オーム 1 ワットの金属皮膜抵抗器、4700 オーム 1/2 ワットの「フィルム」抵抗器、および 51 オーム 1 ワットのカーボン皮膜抵抗器を含む、テストされた 3 つの抵抗器を示しています。 51 オームの抵抗器はミニザップまたは TG-EFT からより多くのピーク電流を流しますが、4700 オームの抵抗器はより多くの電圧ストレスを受けます。 テストが始まる前には、どれがより損傷を受けやすいかは明らかではありませんでした。 過去に、10 kV 程度の電圧に設定された ESD シミュレーターを使用して、ESD 制御に使用される 1 メグオームの抵抗を破壊することができました。驚くべきことに、すべての抵抗は、測定された抵抗に変化がなく、数十回のパルスに耐えました。 1000 オーム中 1 オームの変化を検出できる正確なデジタル マルチメーターで測定します。 これは、これらがすべて 5% の抵抗器であったため、レーザーでトリミングされていない可能性が高いという事実によるものと考えられます。 レーザートリミングされた 1% 抵抗器は、多くの場合、高いピーク値のパルスに耐えられません。これは、電流がレーザーカットの終わり付近に集中し、多くのパルスにわたって抵抗が累積的な変化を示し、多くの場合、開回路または場合によっては短絡に至るためです。 また、シミュレートされた 6 kV 雷パルスが使用された場合、これらのパルスは数十、数百マイクロ秒で測定されるため、結果はおそらく異なっていたでしょう。 雷パルスなどのより長いパルスは、抵抗器を損傷する可能性がはるかに高くなります。

図 3: テスト抵抗 (左から右へ: 1W-51 オームの金属皮膜抵抗器、1/2W-4700 オームの「フィルム」抵抗器、および 1W-51 オームのカーボン皮膜抵抗器)

まとめ

テストしたすべての抵抗器は、ミニザップ ESD シミュレーターからの 10,000 ボルトの数十回のパルスに耐えました。 これは、レーザートリミングされていない最大 4700 オームの値と 1/2 ワット程度の電力レベルの最新の皮膜抵抗器が、ESD および EFT ストレスにさらされる用途での使用に適していることを示唆しています。 一般的な抵抗器はそのような用途には指定されていないため、安全のために、この方法で使用する予定の抵抗器を ESD シミュレータで確認する必要があります。

この技術情報に関連する機器:Thermo Scientific Mini-Zap ESD シミュレータFischer Custom Communications TG-EFT 高電圧パルス発生器

さらに詳しい技術情報については、Doug のサイト http://emcesd.com をご覧ください。

スミス氏は、オックスフォード大学、カリフォルニア大学サンタバーバラ校、カリフォルニア大学バークレー校、ヴァンダービルト大学、AT&T ベル研究所で講義を行っているほか、国際的には高周波測定、回路設計、ESD、EMC に関する多くの公的および私的セミナーで講義を行っています。 彼は、「電子回路の高周波測定とノイズ」という本の著者です。 彼の非常に人気のある Web サイト http://emcesd.com (www.dsmith.org) には、150 を超える技術記事やその他の機能を見るために毎月何千人もの訪問者が集まります。