质量/电容器博客
高压厚膜电阻网络阵列分压器套件
在高压电子领域，对能够在极端电应力下可靠、精确工作的元件的需求与日俱增。
高压厚膜电阻网络阵列分压器套件
工程答案
HVC厚膜电阻网络、阵列和分压器套件可在高压下提供匹配的电阻比：扁平型电阻器电压范围为5 kV至50 kV，管型电阻器电压范围为10 kV至100 kV，公差低至±1%，并具有TCR跟踪功能，可确保分压器精度随温度变化保持稳定。丝网印刷在高纯氧化铝上的氧化钌薄膜赋予了电阻器单轴向电阻器无法比拟的耐压性、功率容量和长期稳定性。
- 选择时应考虑额定电压、电阻比、容差和 TCR 跟踪，而不能只看零件编号。
- 在产品发布前，请在实际电压和温度条件下验证分压比。
- 根据组件的机械性能和爬电要求，选择合适的封装样式和端接方式。
抽象
分压器、泄放网络和分级阵列满足高压测量和偏置电路的精度要求。本文将阐述厚膜电阻网络和分压器套件的功能，印刷薄膜实现高精度和稳定性的物理原理，分压器设计中的难点，以及如何选择和验证HVC HVR网络系列产品。
1. 应用背景：高压下的高精度
在高压电子领域，对能够在极端电应力下可靠、精确运行的元件的需求与日俱增。此类元件的开发和改进对于众多行业的进步至关重要，涵盖医疗成像系统、工业自动化、电信基础设施和科学仪器等领域。在这些关键元件中，高压厚膜电阻网络、电阻阵列、专用分压器套件和高压陶瓷电容器构成了一个基础生态系统，它们各自发挥着独特而又相互关联的作用，共同确保系统的完整性、精度和安全性。
厚膜电阻器的技术代表着在严苛电气环境下实现稳定性和性能方面的一项重大飞跃。与薄膜电阻器不同，厚膜电阻器是通过丝网印刷将一种特殊的电阻浆料（通常由金属氧化物和玻璃粉混合而成）涂覆到陶瓷基板上制成的。这种基板通常由高纯度氧化铝制成，具有优异的机械强度和导热性，印刷后的薄膜可以通过激光精确切割成所需阻值，并用玻璃釉进行保护。
三、技术要求
2.1 通过匹配网络实现比率准确率。 分压器的精度取决于其两部分之间的比例。网络或套件在同一基板上采用相同的工艺对两个元件进行微调，因此其比例比两个单独购买的电阻器要精确得多：
2.2 TCR 随温度变化的跟踪。 即使在 25°C 时达到完美比例，如果两个元件的温度系数不同，比例也会发生漂移。匹配的网络会相互跟踪，因此分压比在整个工作范围内保持稳定：
2.3 每个元件的电压耐压。 网络中的每个元件都必须承受其应承担的施加电压，且不得发生表面闪络。扁平式绝缘子将薄膜铺展在较长的爬电路径上，而管状绝缘子则将薄膜缠绕在圆柱体上，以实现更高的绝缘距离：
2.4 功率和稳定性。 氧化铝基板能将热量从薄膜上导出，从而使网络能够有效散热，而覆层则能保护薄膜免受潮气和污染的影响。最终，该组件能够在多年的连续使用中保持其价值。
图 1 — 厚膜分隔网络和 HVR 元件的层结构。
3. 工程师痛点（现场反馈）
疼痛 1 — 分隔线随温度变化而移动。 “高压表读数在冬夏两季之间波动了3%。”两个不匹配的电阻器阻值变化速率不同；使用带TCR跟踪功能的匹配高压分压器套件可以保持分压比稳定。
疼痛 2 — 关节处的弦呈弧形弯曲。 “我们堆叠了十个电阻，结果中间那个烧毁了。” 离散的电阻串将电压集中在每个焊点；而HVR管式电路中的单个长爬电体则能将磁场均匀地扩散开来。
痛点 3 — 收到的套件部件不匹配。 “所谓的‘匹配’电阻对实际上是从一堆随机电阻中挑选出来的两个电阻。” 需要对其中一个基板上的电阻进行比例微调；HVC 分压器套件是成对微调的，并且出厂时已记录了微调后的比例。
4. 组件比较：分路器网络选项
| 参数 | HVC扁平网络 | 高压真空管网 | 离散轴向弦 |
|---|---|---|---|
| 电压范围 | 5–50 伏 | 10–100 伏 | 取决于计数 |
| 比率容差 | ±1％ | ±1％ | ±5% 综合 |
| TCR追踪 | ≤ ±25 ppm/°C | ≤ ±25 ppm/°C | 无与伦比 |
| 蔓延路径 | 单长体 | 圆柱形包裹 | 许多关节 |
| 组装风险 | 低 | 低 | 高 |
5. 选择和HVC解决方案
| 职务 | 推荐的HVC系列 | 电压 | 关键规格 |
|---|---|---|---|
| 测量分规 | HVR平板隔板套件 | 5–50 伏 | 配对样本，±1% |
| 高压分级 | 高压输电管网 | 10–100 伏 | 爬电时间长，功率高 |
| 出血者/偏见 | HVR 平面阵列 | 5–50 伏 | 紧凑、稳定 |
方案 1 — 在同一基材上进行匹配修剪。 分隔线的两半是在同一工艺中印刷和激光切割的，因此比例是直接控制的，而不是依靠两个独立部件的运气。
方案 2 — TCR 跟踪以实现温度稳定性。 匹配的薄膜成分在整个工作范围内保持一致，因此从冷启动到满载，分压比始终保持在规格范围内，无需重新校准。
方案 3 — 长爬电体，实现高间距。 扁平管状几何形状将电场沿连续体扩散，消除了困扰离散串联电路的接头电弧。
6. 工程案例研究
一家高压测试仪器制造商生产了一种50 kV探头，其分压器采用十个串联的离散轴向电阻器。该探头每年校准失败两次：一是分压比随温度漂移，因为十个电阻器的阻值系数不匹配；二是五分之一的探头内部元件焊点处发生电弧放电，维修团队只能通过打开探头并逐个测试焊点才能发现问题。
重新设计后，用一个 HVC 平面分度器套件取代了原来的线串，该套件被修剪成一对匹配的元件，安装在同一基板上，并对探头进行了一整年的重新认证：
| 测量参数 | 之前 | 后 |
|---|---|---|
| 比率漂移（0–60 °C） | ±2.8％ | ±0.4％ |
| 每100个探针的内部电弧故障 | 5 | 0 |
| 每年校准周期 | 2 | 0.5 |
| 每个探针的组装时间 | 18分钟 | 6分钟 |
除了数据之外，还有两项发现至关重要。首先，匹配比例使探头能够在整个运行年度内保持校准状态，因此客户无需再将设备寄回进行季节性重新认证，仪器公布的精度规格在实际应用中也变得可信。其次，取消内部连接线彻底消除了电弧故障模式；探头的保修成本大幅下降，而且单根长爬电式探头主体比旧式焊接连接线更耐潮湿。现在，分压器套件已成为整个探头系列的标准配置。
7. 设计考虑
- 比率与容差： 对于测量电路，应指定分压比及其温度稳定性，而不仅仅是各个电阻值。
- 加载错误： 保持分压器的总电阻足够高，使信号源和仪表负载不会改变分压比；R1 + R2 是一个设计决定，而不是默认值。
- 爬升和清除： 在施加电压和工作海拔高度下验证本体的爬电性能；细长的本体需要清洁、干燥的环境。
- 功率降额： 网络必须耗散分压电流；根据环境温度降低功率；并在组件运行温度较高的地方提供气流。
- 保护： 高压轨上的分压器应与泄放放电路径配合使用，并且在可能出现瞬态的情况下，输入端还应并联一个火花隙或 MOV。
- 测量方式： 在实际工作电压下验证该比率，因为场泄漏和表面泄漏可能会使高阻抗分压器产生偏置。
8。 参考
- IEC 60115-1:2020，电子设备用固定电阻器—第1部分：通用规范。
- IEC 60060-1:2010，高压试验技术—第1部分：通用定义和试验要求。
- P. Horowitz 和 W. Hill，《电子学艺术》，第 3 版，剑桥大学出版社，2015 年。
- 陈景亮等，高电压试验技术，中国电力出版社，2005。
- HVC高压电阻器扁平型数据手册 HVC电容器2024。
- HVC 高压电阻管式数据表，HVC 电容器，2024。
相关HVC产品页面： 高压陶瓷圆片电容器.