有源瞬變高壓保護器(08-100)

　　前言

　　絕大多數電子系統需要過壓、電池反接和瞬變保護。這些強干擾會降低系統性能、使功能失常、甚至損壞電子部件。例如，在汽車電子系統中，電子模塊是由汽車電池直接或間接供電的，即便在正常工作條件下也會產生各種電氣干擾，并通過導線以傳導、耦合和輻射方式影響各模塊中的電子部件。干擾源包括點火系統、電機、開關抖動以及“負載泵”效應(即直流馬達工作時切斷電源所產生的電壓)等。負載泵效應可持續幾百毫秒，電壓超過100V。另一個危害是汽車起動時，起動器會讓電源電壓從12V突然降至5V，至少能持續數十毫秒，使電子系統瞬時不能工作。最后，一些誤操作，比如電池接反了，也是要考慮到的。

　　標準分立器件

　　在電路板一級，用來箝制電壓的常用器件有：

　　·壓敏電阻(Varistor)：壓敏電阻是一種非線性電阻元件，電阻值隨電壓而變，在高于某個阻值時，電阻突然降低，從而使過電壓箝位在一定值。它的功能類似于兩個背靠背的穩壓二極管，因而能箝制正電壓，也能箝制負電壓。外面用環氧樹脂包封。由于它的突波承受能力取決于它的物理尺寸，因而有可能獲得較高的浪涌電流值，但在接近擊穿電壓處漏電較大，且擊穿電壓隨流過的電流而稍有增加。還有一點要注意，壓敏電阻可靠性較差，易老化。嚴格地說，它是一次性使用的，因為受到過壓沖擊后，其內部結構發生不可逆的變化。

　　·瞬變電壓抑制二極管(TVS)：這是一種在穩壓二極管基礎上發展起來的產品。當TVS管兩端經受瞬間的高能量沖擊時，它能以極高速度使其阻抗驟然降低，同時吸收一個大電流，將其兩端間電壓箝位在一個預定的數值上，從而確保后面的電路元件免受瞬態高能量的沖擊而損壞。TVS的電路符號與普通穩壓二極管相同，它的正向特性與普通二極管相同，反向特性為典型的PN結雪崩器件。由于它具有響應時間快、瞬態功率大、漏電流小、箝位電壓較易控制、體積小等優點，目前已廣泛地使用。

　　傳統保護電路

　　一種簡單而又經濟實用的保護敏感電路的方法如圖1(a)所示，即在負載處并聯一個箝位元件，如TVS二極管，前面再串聯一個保險絲。TVS二極管能將瞬變過壓箝制在擊穿電壓;對瞬變反向電壓或穩態負電奪，TVS偏置在正向，限制在1V以下，從而也保護了下游電路。如果正向或反向電壓持續時間過長，保險絲將被燒毀。

　　圖1(a) 過壓保護電路                               圖1(b) 過壓和電池接反保護電路     　圖1(c) 壓敏電阻保護電路

　　為了使電路能連續地工作，可用一個二極管來替代保險絲，變成圖1(b)形式。串聯的二極管D1能防止電池接反而損壞電路元件，也能保護大于TVS二極管D2擊穿電壓的脈沖過壓對器件可能造成的損害，這時相當于串聯了一個限流二極管。請注意，D1的反向擊穿電壓應大于最大可能的負瞬變電壓。

　　出于體積小、功耗高的考慮，在電路板面積有限、電路元件對正、負過壓有一定容限的應用，也常用壓敏電阻來替代TVS二極管D2，如圖1(c)。對于正、負過壓脈沖，只要大于它的擊穿電壓，都能起到保護作用。