【E課堂】電路設計中可能用到的浪涌保護器件科普
電氣產品在使用中如果出現(xiàn)浪涌電壓,會導致電路的電源電壓出現(xiàn)突變,影響電路的正常工作,如果是在數字信號線上出現(xiàn)浪涌電壓,更會導致數字邏輯出錯,甚至損壞接口電路。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201704/346205.htm由于浪涌脈沖的頻率很低,帶寬較寬(B=1/f),如果是低通濾波器,由于其原理是允許低于截止頻率的信號通過,而高于截止頻率信號不能通過,所以對于浪涌脈沖的抑制作用有限,故而在電路設計中一般采用專門的浪涌保護器件。
浪涌保護器件都有一個共同特點,即,在正常電壓時,對電路工作沒有影響,不起任何作用。一旦高脈沖電壓到來,浪涌保護器件的阻抗會變低,通過其自身的電流增大,迅速導通,從而使浪涌電壓的能力旁路掉,保證電路的電壓在合理的范圍內。
常用的浪涌保護器件有:氣體放電管,壓敏電阻,和TVS瞬態(tài)抑制二極管。
氣體放電管
氣體放電管的原理簡單來說,就是氣體放電。如題所示,當兩極之間的電壓充滿足夠大的電壓時,電極之間的氣體就會有絕緣狀態(tài)變成導電狀態(tài),形成通路,此時阻抗極低,接近短路。當處于導通狀態(tài)下時,兩極間的電壓會較低,一般是在20~50V之間,等于是旁路掉浪涌電壓的能量。
氣體放電管采用陶瓷密閉封裝,內部由兩個或數個帶間隙的金屬電極,充以惰性氣體(氬氣或氖氣)構成。它的優(yōu)點是能夠承受較大的電流,與其管徑有關,管徑越大,耐流能力越強。需要注意的是,如果該器件長時間應用于高壓直流電場合,會縮短氣體放電管的壽命,影響其功能。
應用電路舉例如下:
壓敏電阻
應用非常普遍的一種浪涌保護器件。但是缺點很明顯。首先,壓敏電阻在浪涌電壓過來后,阻抗減少,電流增加,使此處電路兩端電壓鉗位在一定的數值,但該鉗位電位卻是不固定的,和流經的電流有關,電流越大,壓敏電阻上的電壓越高,在浪涌電流的峰值到來時,壓敏電阻的電壓相應達到最高值,此時的保護效果就變差。另外,壓敏電阻并不耐熱,如果持續(xù)的受到浪涌電流的沖擊,會使之受到損壞,甚至會發(fā)生爆炸,造成安全問題。
為了防止這種問題的發(fā)生,使用壓敏電阻時,一般和溫度熔斷器(保險絲)一同使用,當壓敏電阻嚴重發(fā)熱時,熱熔保險自動把壓敏電阻切除,防止發(fā)生熱爆炸。
TVS瞬態(tài)抑制二極管
TVS也是一種應用廣泛的浪涌保護器件。它最大的優(yōu)點是響應速度快,當受到浪涌電壓時,會以10^-12S 量級速度,將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?,同時吸收高達數千瓦的浪涌功率。使兩極間的電壓箝位于一個安全值,有效地保護電子線路中的精密元器件免受浪涌脈沖的破壞。
TVS管有單向管和雙向管。單向TVS管一般應用在直流電路中,而雙向TVS管在交流電路中較常見。
上圖 直流應用
上圖 交流應用
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