過壓、過流、過溫保護器件之選型技巧

　　電路保護主要有三種形式：過壓保護、過流保護和過溫保護。選擇適當?shù)碾娐繁Ｗo器件是實現(xiàn)高效、可靠的電路保護設(shè)計之關(guān)鍵的第一步，那么，如何合理選擇電路 保護器件?不同的保護器件其保護原理也各有不同，選擇的時候應(yīng)結(jié)合其保護原理、工作條件和使用環(huán)境來考慮。本文將介紹常用的幾種過壓、過流和過溫保護器件 之選型技巧，幫助工程師正確選擇電路保護器件。

　　1. 過壓保護器件的選型要點

　　過壓保護器件(OVP)用于保護后續(xù)電路免受甩負載或瞬間高壓的破壞，常用的過壓保護器件有壓敏電阻、瞬態(tài)電壓抑制器、靜電抑制器和放電管等。過壓保護器件選型應(yīng)注意以下四個要點：

　　1)關(guān)斷電壓Vrwm的選擇。一般關(guān)斷電壓至少要比線路最高工作電壓高10%

　　2)箝位電壓VC的選擇。VC是指在ESD沖擊狀態(tài)時通過TVS的電壓，它必須小于被保護電路的能承受的最大瞬態(tài)電壓

　　3)浪涌功率Pppm的選擇。不同功率，保護的時間不同，如600w(10/1000us);300W(8/20us)

　　4)極間電容的選擇。被保護元器件的工作頻率越高，要求TVS的電容要越小

　　1.1 ESD抑制器

　　選擇合適的ESD保護器件，最大的難點在于如何最容易地明確哪種器件可以提供最大的保護。系統(tǒng)供應(yīng)商一般是通過數(shù)據(jù)手冊上的ESD額定 值(或標稱值)來比較ESD保護器件的好壞。事實上，從這些額定值根本看不出器件保護系統(tǒng)的能力有多強，關(guān)鍵取決于其二極管參數(shù)。主要的參考系數(shù)應(yīng)該是：

　　?快速響應(yīng)時間

　　?低箝位電壓

　　?高電流浪涌承受能力

　　AEM(蘇州)科技有限公司副總經(jīng)理鄭索平介紹，選擇ESD器件應(yīng)該遵循下面的要求：

　　(1)選擇靜電保護器件注意：

　　? 箝制電壓不要超過受保護器件的最大承受電壓

　　? 電路電壓不超過保護器件工作電壓

　　? 低電容值、漏電流盡可能的減少干擾及損耗

　　(2)靜電保護器件盡量安裝在最接近靜電輸入的地方，遠離被保護器件

　　(3)靜電保護器件一定接的大地線，不是數(shù)字地線

　　(4)回地的線路盡量的短，靜電保護器件與被保護線路之間的距離盡量的短

　　(5)盡量避免被保護與未被保護線路并排走線

　　1.2壓敏電阻

　　壓敏電阻是一種用得最多的限壓器件。廣泛的應(yīng)用在汽車電子、通迅、計算機、消費類電子產(chǎn)品、軍用電子產(chǎn)品等方面，特別是在LCD、鍵 盤、I/O 接口、IC、MOSFET、CMOS、傳感器、手機、DVD、**、ABS、馬達控制板、MP3、PDA、USB接口及高速數(shù)據(jù)信號線路上進行保護等。

　　壓敏電阻選用時應(yīng)注意的是：連續(xù)施加在壓敏電阻兩端的電源電壓，不能超過規(guī)格表中列出的?°最大持續(xù)工作電壓?±值。還要充分考慮到電網(wǎng)(或電路)工作電 壓的波動幅度, 選取壓敏電阻的壓敏電壓值時，要留有足夠的余量。國內(nèi)一般的波動幅度為30%。通過壓敏電阻的最大浪涌電流不應(yīng)超過技術(shù)規(guī)格書中的?°最大沖擊電流?±值 (也就是最大通流量)?？紤]到要耐受多次沖擊時，應(yīng)該選用能耐受10次以上沖擊的浪涌電流值。 壓敏電阻的箝位電壓必須小于被保護的部件或設(shè)備能承受的最大電壓(即安全電壓)。

　　1.3 瞬態(tài)電壓抑制器TVS

　　瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)是一種二極管形式的高效能保護器件。當TVS二極管的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時，它能以10-12秒量級 的速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩梗崭哌_數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個預(yù)定值，有效地保護電子線路中的精密元器件，免受各種浪涌脈 沖的損壞。

　　瞬態(tài)電壓抑制二極管(TVS)廣泛應(yīng)用在半導(dǎo)體及敏感的電子零件過電壓、ESD保護上，主要包括：消費類產(chǎn)品、工業(yè)產(chǎn)品、通訊、電腦、汽車、電源供應(yīng)品、 信號線路保護及軍事、航天航空導(dǎo)航系統(tǒng)及控制系統(tǒng)上。最大箝位電壓VC不可大于被保護設(shè)備最大的安全電壓，以及反向工作電壓(反向斷態(tài)電壓)須大于線路正 常工作電壓，是使用TVS管時必須注意的問題，另外， 交流電壓只能用雙向TVS。

　　TVS管的選用應(yīng)注意以下幾點：

　　? 確定被保護電路的最大直流或連續(xù)工作電壓、電路的額定標準電壓和“高端”容限。

　　? TVS額定反向關(guān)斷VWM應(yīng)大于或等于被保護電路的最大工作電壓。若選用的VWM太低，器件可能進入雪崩或因反向漏電流太大影響電路的正常工作。串行連接分電壓，并行連接分電流。

　　? TVS的最大箝位電壓VC應(yīng)小于被保護電路的損壞電壓。

　　? 在規(guī)定的脈沖持續(xù)時間內(nèi)，TVS的最大峰值脈沖功耗PM必須大于被保護電路內(nèi)可能出現(xiàn)的峰值脈沖功率。在確定了最大箝位電壓后，其峰值脈沖電流應(yīng)大于瞬態(tài)浪涌電流。

　　? 對于數(shù)據(jù)接口電路的保護，還必須注意選取具有合適電容C的TVS器件。

　　? 根據(jù)用途選用TVS的極性及封裝結(jié)構(gòu)。交流電路選用雙極性TVS較為合理;多線保護選用TVS陣列更為有利。

　　? 溫度考慮。瞬態(tài)電壓抑制器可以在-55~+150℃之間工作。如果需要TVS在一個變化的溫度 工作，由于其反向漏電流IR是隨增加而增大;功耗隨 TVS結(jié)溫增加而下降，從+25℃到+175℃，大約線性下降50%雨擊穿電壓VBR隨溫度的增加按一定的系數(shù)增加。因此，必須查閱有關(guān)產(chǎn)品資料，考慮溫 度變化對其特性的影響。

　　1.4 陶瓷氣體放電管

　　陶瓷氣體放電管屬于開關(guān)組件，用于電源防雷器共模電路中將雷電流泄放入地，也可用在差模電路中與壓敏電阻串聯(lián)而阻斷其漏電流。在信號防雷器中常用于第一級泄放浪涌電流，由于其反應(yīng)速度慢，還要用第二級作限壓保護。

　　在選擇陶瓷氣體放電管時應(yīng)注意：

　　?陶瓷氣體放電管不能直接用在電源上做差模保護;

　　?擊穿電壓要大于線路上最大信號電頻電壓;

　　?耐電流不能小于線路上可能出現(xiàn)的最大異常電流;

　　?還有脈沖擊穿電壓須小于被保護線路電壓。

　　2 過流保護器件的選型

　　過流保護器件主要有一次性熔斷器、自恢復(fù)熔斷器、熔斷電阻和斷路器等，其中，最重要的過流保護器件是熔斷器，也叫保險絲。它一般串聯(lián)在電路中，要求其電阻 要小(功耗小)，當電路正常工作時，它只相當于一根導(dǎo)線，能夠長時間穩(wěn)定的導(dǎo)通電路;由于電源或外部干擾而發(fā)生電流波動時，也應(yīng)能承受一定范圍的過載;只 有當電路中出現(xiàn)較大的過載電流(故障或短路)時，熔斷器才會動作，通過斷開電流來保護電路的安全，以避免產(chǎn)品燒毀的危險。

　　在熔斷器分斷電路的過程中，由于電路電壓的存在，在熔體斷開的瞬間會發(fā)生電弧，高質(zhì)量的熔斷器應(yīng)該盡量避免這種飛弧;在分斷電路后，熔斷器應(yīng)能耐受加在兩 端的電路電壓。熔斷器受脈沖損傷會逐步降低承受脈沖的能力，選用時需要考慮必要的安全余量;這個安全余量是指熔斷器的總?cè)蹟?動作)時間，它是預(yù)飛弧時間 和飛弧時間之和。所以在選擇的時候需要留意它的熔斷特性和額定電流這個基本條件;另外安裝時要考慮熔斷器周邊的環(huán)境，熔斷器只有達到本身的熔化熱能值的時 候才會熔斷，如果是在環(huán)境較冷的狀況下，它的熔斷時間會變化，這是使用時必須留意的。

　　總的來說，保險絲的選型應(yīng)注意以下十個要素：

　　?額定電流;

　　?額定電壓;

　　?環(huán)境溫度;

　　?電壓降 / 冷電阻;

　　?熔斷特性: 過載能力，時間 / 電流特性;

　　?分斷能力;

　　?熔化熱能值;

　　?耐久性(壽命);

　　?結(jié)構(gòu)特征：外形 / 尺寸，安裝形式;

　　? 安全認證

　　結(jié)合以上的十個保險絲選用注意要素，保險絲的選用可根據(jù)下圖所示的流程來進行。