基础电子学系列11 – 功率电阻器

在之前的教程中，我们讨论了固定电阻器、可变电阻器和非独立电阻器. 额定功率为5W及以上的固定电阻器归类为功率电阻器。电路中这些电阻器的目的不是提供电阻。这些电阻器组装在电路中只是为了功率耗散，因为它们只能以热的形式耗散功率并且具有高导热性。这些通常与连接到它们的散热器或空气或液体冷却装置组装在一起。使用散热器、风冷或液冷的唯一目的是最大化这些电阻器的散热能力。它们的设计方式还使得它们在保持紧凑尺寸的同时能够最大程度地耗散功率。

功率电阻主要有以下几种类型
1) 线绕式
2) 栅格式
3) SMD
4) 水式
5) 液体变阻器

线绕功率电阻器
线绕电阻器以高精度和稳定性着称。有些线绕电阻器可以承受高达 450°C 的温度。这些电阻器是通过将电阻丝缠绕在陶瓷、塑料或玻璃纤维芯上制成的。金属帽和引线连接在绕组的两端，用于电路连接。绕组涂有非导电塑料或搪瓷涂料，以保护电阻器免受潮湿和其他环境磨损。

线绕功率电阻示例（图片来源：Stackpole）。

用于缠绕的电阻丝通常由镍铬合金或锰铜等合金制成。线绕功率电阻器可以有三种类型的绕组——螺旋（螺旋）绕组、双线绕组和边缘绕组。在螺旋绕组中，电阻丝缠绕在圆柱形磁芯周围。这种类型的绕组很容易制造，但由于线圈结构而具有感应电感的主要缺点。在双线绕组中，电阻丝沿两个相反的方向缠绕在不导电的铁芯上。这抵消了绕组引起的总电感。在边缘缠绕中，电阻丝被其较宽的边缘缠绕。边绕功率电阻器通常没有磁芯并且有空气冷却装置。

线绕功率电阻器适用于大功率、高精度应用。典型的线绕功率电阻器（螺旋型）用于高达 50 W 的功率耗散，而边绕电阻器用于高达 3.5 kW 的功率耗散。但是，这些电阻不适合高频应用。通常，线绕电阻器不应用于信号频率高于 50 KHz 的电路中。查看此电阻器选择参考表以获取更多信息。

贴片电阻

SMD 电阻器示例（图片来源：TT Electronics）

有贴片电阻或贴片电阻，功耗高达450W。由于线绕电阻不适合高频应用，贴片电阻可用于高频、大功率电路。这些电阻器通常用于额定功率为 5 瓦左右的电子应用。然而，SMD 功率电阻器不如线绕电阻器精确，典型公差约为 20%。SMD 功率电阻器是通过在非导电陶瓷基板上沉积电阻涂层制成的。这些电阻器主要有两种类型——薄膜和厚膜 SMD 电阻器。其构造中使用的电阻材料可以是碳、金属、金属氧化物、金属陶瓷或金属箔。一些 SMD 电阻器也可采用线绕结构。

栅格电阻器
栅格电阻器是通过在两个电极之间组装电阻金属条矩阵而构建的。这些是笨重的电阻器，额定电流可高达 500 A。它们通常用作火车和发电机中的制动电阻器和负载组，电阻可低至 0.04 欧姆至几兆欧姆。这些电阻器仅用于引导轨道车辆制动中的散热或用于变电站中的谐波过滤。典型的功耗约为 100 kW。

水电阻器
水电阻器由装满盐水或硫酸铜溶液的管子制成，管子连接在两个电极之间。由于水是良好的电导体，通过改变水中适当盐类的浓度，可以将其用作电阻材料。水也是热的良导体，这使得水电阻器具有高导热性和高功率耗散能力。大功率防水电阻使用硫酸铜溶液代替盐溶液。水电阻器用于要求典型功耗超过 500 mW 的电气应用中。它们不会瞬间耗散额定功率；相反，它们会在指定的时间段内耗散大量的功率（热量）。

液体变阻器
液体变阻器是一种可变水电阻器。这些仍在一些发电机中使用。这些是通过将电极浸入盐溶液中而构建的，在盐溶液中可以改变电极的位置以改变有效电阻。

功率电阻器不用于常规电子电路，特定计算机和服务器电路中的某些 SMD 电阻器除外。本文介绍了这些电阻器，以呈现电阻器电气应用的大小和电阻特性的使用。在下一篇文章中，我们将讨论电容器。