CN105185489B - 低温用小型脉冲大功率电阻及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温用小型脉冲大功率电阻及其制备方法。本发明根据电阻的阻值、外形尺寸，电阻应用电压、电流和温度条件，设计并加工电阻零件，并利用高压均压帽均匀电场，防止电场集中；然后通过在电阻制备工艺上保证电阻被封装前的洁净性；在封装工艺上，确保封装材料的高绝缘性、高环境适应性，并采用真空压差注入法和梯度温差固化工艺，获得低温用小型脉冲大功率电阻。利用本发明的制备方法制备得到的电阻，减小了大功率脉冲环境下电阻的体积，提高了电阻低温环境应用性能及脉冲高功率下电阻稳定性；并且利用本发明制备方法可制备出体积小、高功率电阻变化系数小、低温环境应用性能好的电阻。
Description
技术领域
本发明涉及电阻器，具体涉及低温用小型脉冲大功率电阻及其制备方法。
背景技术
电阻器在日常生活中一般直接称为电阻。是一个限流元件，将电阻接在电路中后，电阻器的阻值是固定的，一般是两个引脚做电极，它可限制通过它所连支路的电流大小。电阻在电路中通常起分压、分流的作用。
大功率的电阻通常应用在高电压、大电流环境下，因此需考虑电阻本身的功率能否满足要求、高电压下电阻两个引脚电极间的耐电击穿距离能否满足要求。
目前脉冲大功率电阻包括氧化膜电阻、陶瓷电阻、水电阻等。为了满足功率大的要求，电阻的体积都很大，如能经受同等脉冲功率的RY31A氧化膜超高频电阻器，其外形尺寸为Φ25mm×265mm，体积130cm3。体积大的大功率电阻在应用上具有较大局限性。另一方面，水电阻等大功率电阻在低温环境下性能会发生大的变化，如阻值不稳定、耐电压性能下降等。
发明内容
[要解决的技术问题]
本发明的目的是解决上述现有技术的问题，提供一种低温用小型脉冲大功率电阻及其制备方法。本发明将高功率电阻、绝缘结构、低温环境适应性结合起来，成功实现了体积小、脉冲功率高、低温环境应用性能好的电阻制备。
[技术方案]
为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：
本发明根据电阻的阻值、外形尺寸，和电阻应用的电压、电流、温度条件，设计并加工电阻零件，并利用高压均压帽均匀电场，防止电场集中；然后通过在电阻制备工艺上保证电阻被封装前的洁净性；在封装工艺上，确保封装材料的高绝缘性、高温度环境适应性，并采用真空压差注入法和梯度温差固化，获得低温用小型脉冲大功率电阻。
一种低温用小型脉冲大功率电阻的制备方法，它包括以下步骤：
(1)确定电阻的阻值、外形尺寸，并确定电阻应用的电压、电流和温度条件，然后根据电阻的阻值、外形尺寸，电阻应用的电压、电流和温度条件设计并加工电阻零件，并对电阻零件进行抛光、清洗；所述电阻零件包括电阻骨架、电极、高压均压帽；
(2)将电阻丝按照等距反匝方式均匀缠绕在由绝缘材料制备的电阻骨架上，并与电极焊接，使其定位在电阻骨架两端，形成裸电阻；
(3)将裸电阻除杂去污，然后用酒精脱水后再进行高温烘干；接着将裸电阻两端安装高压均压帽后，装入灌封模具中；
(4)向模具以真空压差注入法的方式注入耐低温、绝缘的灌封胶后，排除模具内的气泡；然后采用梯度温差固化，得到所述低温用小型脉冲大功率电阻。
本发明更进一步的技术方案，所述的电阻骨架是由YB-2航空有机玻璃、聚酰亚胺或聚四氟乙烯制备而成。
本发明更进一步的技术方案，所述电阻丝为电阻率为1.33±0.07μΩ·m、温度系数α为±5×10-6/℃、直径为0.6mm～1.2mm的合金电阻丝。
本发明更进一步的技术方案，所述裸电阻除杂去污是将裸电阻用去污液浸泡，并进行超声清洗，去掉其表面杂质、油污。
本发明更进一步的技术方案，所述灌封胶是绝缘电阻不小于500MΩ的环氧胶。
本发明更进一步的技术方案，所述低温用小型脉冲大功率电阻表面设计为波纹状。
本发明更进一步的技术方案，所述梯度温差固化的温差为10℃。
一种利用上述制备方法制备得到的低温用小型脉冲大功率电阻。它包括电阻骨架、电极和高压均压帽，所述电阻骨架上以等距反匝方式缠绕电阻丝；所述电阻丝与电极焊接并定位在电阻骨架的两端；所述高压均压帽包裹在电阻骨架两端并设置在电极外侧，并且所述高压均压帽中心开口以使电极通过开口与电阻器外部电线连接；所述电阻骨架、电极和高压均压帽外还包裹一层低温绝缘灌封层，所述低温绝缘灌封层表面为波纹状。
下面将详细地说明本发明。
一种低温用小型脉冲大功率电阻的制备方法，它包括以下步骤：
(1)确定电阻的阻值、外形尺寸，并确定电阻应用的电压、电流和温度条件，然后根据电阻的阻值、外形尺寸，电阻应用的电压、电流和温度条件设计并加工电阻零件，并对电阻零件进行抛光、清洗；所述电阻零件包括电阻骨架、电极、高压均压帽；
在步骤(1)中对电阻零件进行抛光、清洗是为了保证零件的圆润，减小外形与加工瑕疵对高电压、大电流应用的影响。
(2)将电阻丝按照等距反匝方式均匀缠绕在由绝缘材料制备的电阻骨架上，并与电极焊接，使其定位在电阻骨架两端，形成裸电阻；
本发明所述的等距反匝方式缠绕，是将电阻丝先正向缠绕N匝后，再等距反向缠绕N匝，接着继续等距正向缠绕N匝；根据电阻阻值大小重复适量匝数，以减小电阻的电感参数。这里所述的正向缠绕总匝数和反向缠绕的总匝数相同，并且正向缠绕距离与反向缠绕距离相等。
(3)将裸电阻除杂去污，然后用酒精脱水后再进行高温烘干；接着将裸电阻两端安装高压均压帽后，装入灌封模具中；
在步骤(3)中使用的高压均压帽是根据本发明电阻的形状要求设计的电阻零件，起均匀电场、减小电场集中的作用。
(4)向模具以真空压差注入的方式注入耐低温、绝缘的灌封胶后，排除模具内的气泡；然后采用梯度温差固化，得到所述低温用小型脉冲大功率电阻。
本发明通过真空压差注入法确保封装材料与被封装件的浸润、无气泡、界面粘接力高；并且采用的梯度温差固化，以释放灌封胶的残余应力，避免温差较大时残余应力引起电阻不同材料界面脱粘、甚至开裂等导致耐高电压性能下降的问题。
本发明更进一步的技术方案，所述的电阻骨架是由YB-2航空有机玻璃、聚酰亚胺或聚四氟乙烯制备而成。
本发明更进一步的技术方案，所述电阻丝为电阻率为1.33±0.07μΩ·m、温度系数α为±5×10-6/℃、直径为0.6mm～1.2mm的合金电阻丝。上述电阻率是指在温度为20℃时的电阻率。本发明根据电阻阻值及外形尺寸的要求具体选择电阻丝的规格。
本发明更进一步的技术方案，所述裸电阻除杂去污是将裸电阻用去污液浸泡，并进行超声清洗，去掉其表面杂质、油污。
本发明更进一步的技术方案，所述灌封胶是绝缘电阻不小于500MΩ的环氧胶。
所述的环氧胶优选为低温度环境适应性强的灌封胶。
本发明使用电阻骨架、电阻丝、灌封胶都是绝缘性高、温度环境适应性好的材料，以确保获得体积小、高功率电阻变化系数小、低温环境应用性能好的电阻。
本发明更进一步的技术方案，所述低温用小型脉冲大功率电阻表面设计为波纹状。采用波纹状的表面设计以增加沿面距离，增强耐高电压的性能。
本发明更进一步的技术方案，所述梯度温差固化的温差为10℃。
一种利用上述制备方法制备得到的低温用小型脉冲大功率电阻，它包括电阻骨架、电极和高压均压帽，所述电阻骨架上以等距反匝方式缠绕电阻丝；所述电阻丝与电极焊接并定位在电阻骨架的两端；所述高压均压帽包裹在电阻骨架两端并设置在电极外侧，并且所述高压均压帽中心开口以使电极通过开口与电阻器外部电线连接；所述电阻骨架、电极和高压均压帽外还包裹一层低温绝缘灌封层，所述低温绝缘灌封层表面为波纹状。
本发明利用上述制备方法可制备出在脉冲功率为1MW～5MW的范围内，体积小于12cm3的电阻，该电阻在-40℃～60℃的环境条件下，电阻脉冲功率性能不受影响；并且在高功率脉冲运行条件下，电阻阻值稳定，变化小于3％。
[有益效果]
本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：
利用本发明的制备方法制备得到的电阻，减小了大功率脉冲环境下电阻的体积，提高了电阻低温环境应用性能及脉冲高功率下电阻稳定性；并且利用本发明制备方法可制备出体积小、高功率电阻变化系数小、低温环境应用性能好的电阻。
本发明的低温用小型脉冲大功率电阻在脉冲功率为1MW～5MW的范围内，体积小于12cm3的电阻，该电阻在-40℃～60℃的环境条件下，电阻脉冲功率性能不受影响；并且在高功率脉冲运行条件下，电阻阻值稳定，变化小于3％。
附图说明
图1为本发明制备的低温用小型脉冲大功率电阻示意图；
附图标记说明如下：
1为电阻骨架；2为电极；3为高压均压帽；4为电阻丝；5为低温绝缘灌封层。
具体实施方式
下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。
本发明制备的一种阻值范围为1kΩ～10kΩ连续可调、在微秒时间内功率范围1MW～5MW、温度范围-40℃～60℃的环境条件应用的电阻。
制备方法如下：
(1)根据电阻的阻值、外形尺寸，电阻应用的电压、电流和温度条件设计并加工电阻零件，并对电阻零件进行抛光、清洗；所述电阻零件包括电阻骨架、电极、高压均压帽；
(2)将电阻率为1.33±0.07μΩ·m、温度系数α为±5×10-6/℃、直径为0.6mm～1.2mm的合金电阻丝按照等距反匝方式均匀缠绕在由绝缘材料制备的电阻骨架上，并与电极焊接，使其定位在电阻骨架两端，形成裸电阻；
(3)将裸电阻用去污液浸泡，并进行超声清洗，去掉其表面杂质、油污，然后用酒精脱水后再进行高温烘干；接着将裸电阻两端安装高电压均压帽后，装入灌封模具中；
(4)向模具以真空压差注入法的方式注入绝缘电阻不小于500MΩ的低温度环境适应性强的环氧胶后，排除模具内的气泡；然后采用梯度温差固化，得到所述低温用小型脉冲大功率电阻。
本实施例的低温用小型脉冲大功率电阻结构如图1所示，它包括电阻骨架1、电极2和高压均压帽3，所述电阻骨架1上以等距反匝方式缠绕电阻丝4；所述电阻丝4与电极2焊接并定位在电阻骨架1的两端；所述高压均压帽3安装在电阻骨架1两端并设置在电极2外侧，并且所述高压均压帽3中心开口以使电极通过开口与电阻器外部电线连接；所述电阻骨架1、电极2和高压均压帽3外还包裹一层低温绝缘灌封层5，所述低温绝缘灌封层5表面为波纹状。
本发明的低温用小型脉冲大功率电阻在微秒时间内功率可达到1MW～5MW，尺寸可做到D＝Φ16mm，L＝58mm(体积小于12cm3)，并且该电阻在-40℃～60℃的环境条件下，电阻脉冲功率性能不受影响；在高功率脉冲运行条件下，如在脉冲宽度为5μs，功率为5MW的条件下，电阻阻值稳定，变化小于3％。
本发明的目的是提供一种脉冲功率技术中小体积低温应用电阻的制备技术，以解决小型低温用脉冲大功率电阻的稳定性和相关制备问题。本发明制备的电阻具有体积小、电阻电压系数小、低温环境应用性能好及脉冲高功率重复运行时电阻阻值稳定等特性。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。
Claims (4)
1.一种低温用小型脉冲大功率电阻的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：
(1)确定电阻的阻值、外形尺寸，并确定电阻应用的电压、电流和温度条件，然后根据电阻的阻值、外形尺寸，电阻应用的电压、电流和温度条件设计并加工电阻零件，并对电阻零件进行抛光、清洗；所述电阻零件包括电阻骨架、电极、高压均压帽；
(2)将电阻丝按照等距反匝方式均匀缠绕在由绝缘材料制备的电阻骨架上，并与电极焊接，使其定位在电阻骨架两端，形成裸电阻；
(3)将裸电阻除杂去污，然后用酒精脱水后再进行高温烘干；接着将裸电阻两端安装高压均压帽后，装入灌封模具中；
(4)向模具以真空压差注入的方式注入耐低温、绝缘的灌封胶后，排除模具内的气泡；然后采用梯度温差固化，得到所述低温用小型脉冲大功率电阻；
所述电阻丝为电阻率为1.33±0.07μΩ·m、温度系数α为±5×10-6/℃、直径为0.6mm～1.2mm的合金电阻丝；
所述灌封胶是绝缘电阻不小于500MΩ的环氧胶；
所述低温用小型脉冲大功率电阻表面设计为波纹状；
所述的电阻骨架是由YB-2航空有机玻璃、聚酰亚胺或聚四氟乙烯制备而成。
2.根据权利要求1所述的低温用小型脉冲大功率电阻的制备方法，其特征在于所述裸电阻除杂去污是将裸电阻用去污液浸泡，并进行超声清洗，去掉其表面杂质、油污。
3.根据权利要求1所述的低温用小型脉冲大功率电阻的制备方法，其特征在于所述梯度温差固化的温差为10℃。
4.一种如权利要求1～3任意一项所述的制备方法制备得到的低温用小型脉冲大功率电阻，其特征在于它包括电阻骨架(1)、电极(2)和高压均压帽(3)，所述电阻骨架(1)上以等距反匝方式缠绕电阻丝(4)；所述电阻丝(4)与电极(2)焊接并定位在电阻骨架(1)的两端；所述高压均压帽(3)安装在电阻骨架(1)两端并设置在电极(2)外侧，并且所述高压均压帽(3)中心开口以使电极通过开口与电阻器外部电线连接；所述电阻骨架(1)、电极(2)和高压均压帽(3)外还包裹一层低温绝缘灌封层(5)，所述低温绝缘灌封层(5)表面为波纹状。
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