随着电子@@系统的@@复杂性和集成度越来越高@@，而工作@@电压越来越低@@，电子@@系统对可靠性@@、稳定性和安全性的@@要求@@也越来越高@@，电路保护设计的@@重要性也越来越强@@。在电路保护设计中@@，电路保护器件@@@@的@@选择@@@@和应用是否合理@@，将直接影响电子@@系统电路保护方案的@@保护效果@@。
为了帮助工程师正确选择@@电路保护器件@@@@@@@@，合理应用电路保护器件@@@@设计高效的@@电路保护解决方案@@，下面将分三部分进行介绍@@：
第一部分介绍常见的@@电路保护器件@@@@之选型技巧@@;
第二部分重点分析保险丝@@、瞬态电压抑制器@@@@、ESD保护器件@@@@、防雷保护器件@@@@等的@@@@ 实际应用方案@@;
第三部分讨论电路保护器件@@@@@@，整理出电路保护设计过程中较常遇到@@的@@难题@@Q&A。
电路保护主要有三种形式@@：过压保护@@、过流保护和过温保护@@。
选择@@适当@@的@@电路保护器件@@@@是实现高效@@、可靠的@@电路保护设计之关键的@@第一步@@，那么@@，如@@何合理选择@@电路保护器件@@@@@@?
不同的@@保护器件@@@@其保护原理也各有不同@@，选择@@的@@时@@候应结合其保护原理@@、工作@@条件和使用环境来考虑@@。
本文将介绍常用的@@几种过压@@、过流和过温保护器件@@@@之选型技巧@@，帮助工程师正确选择@@电路保护器件@@@@@@。
1. 过压保护@@器件@@@@的@@选型要点@@
过压保护@@器件@@@@(OVP)用于保护后续电路免受甩负载或@@瞬间高压的@@破坏@@，常用的@@过压保护@@器件@@@@有压敏电阻@@@@、瞬态电压抑制器@@@@、静电抑制器@@和放电管等@@。过压保护@@器件@@@@选型应注意以下四个要点@@：
1)关断电压@@Vrwm的@@选择@@@@。一般关断电压@@至少要比线路最高工作@@电压高@@10%
2)箝位电压@@VC的@@选择@@@@。VC是指在@@ESD冲击状态时@@通过@@TVS的@@电压@@，它必须小于被保护电路的@@能承受的@@最大瞬态电压@@
3)浪涌功率@@Pppm的@@选择@@@@。不同功率@@，保护的@@时@@间@@不同@@，如@@600w(10/1000us);300W(8/20us)
4)极间电容的@@选择@@@@@@。被保护元器件@@的@@工作@@频率越高@@，要求@@TVS的@@电容要越小@@
1.1 ESD抑制器@@
选择@@合适的@@@@ESD保护器件@@@@，最大的@@难点在于如@@何最容易地明确哪种器件@@可以提供最大的@@保护@@。系统供应商一般是通过数据手册上的@@@@ESD额定值@@@@(或@@标称值@@@@)来比较@@ESD保护器件@@@@的@@好坏@@。事实上@@，从@@这些额定值@@@@根本看不出器件@@保护系统的@@能力有多强@@，关键取决于其二极管参数@@。主要的@@参考系数应该是@@：
快速响应时@@间@@@@
低箝位电压@@@@
高电流浪涌承受能力@@
选择@@ESD器件@@应该遵循下面的@@要求@@@@：
(1)选择@@静电保护器件@@@@注意@@：
• 箝制电压不要超过受保护器件@@@@的@@最大承受电压@@
• 电路电压不超过保护器件@@@@工作@@电压@@
• 低电容值@@@@、漏电流尽可能的@@减少干扰及损耗@@
(2)静电保护器件@@@@尽量安装在最接近静电输入的@@地方@@，远离被保护器件@@@@@@
(3)静电保护器件@@@@一定接的@@大地线@@，不是数字地线@@
(4)回地的@@线路尽量的@@短@@，静电保护器件@@@@与被保护线路之间的@@距离尽量的@@短@@
(5)尽量避免被保护与未被保护线路并排走线@@
1.2压敏电阻@@
压敏电阻@@是一种用得最多的@@限压器件@@@@。广泛的@@应用在汽车@@电子@@@@、通迅@@、计算机@@、消费类电子@@产品@@、军用电子@@产品等方面@@，特别是在@@LCD、键盘@@、I/O 接口@@、IC、MOSFET、CMOS、传感器@@、手机@@、DVD、AV、ABS、马达控制板@@、USB接口@@及高速数据信号线路上进行保护等@@。
压敏电阻@@选用时@@应注意的@@是@@：连续施加在压敏电阻@@两端的@@电源电压@@，不能超过规格表中列出的@@@@¡°最大持续工作@@电压@@¡±值@@。还要充分考虑到@@电网@@@@(或@@电路@@)工作@@电压的@@波动幅度@@, 选取压敏电阻@@的@@压敏电压值@@时@@@@，要留有足够的@@余量@@。国内一般的@@波动幅度为@@30%。通过压敏电阻@@的@@最大浪涌电流不应超过技术@@规格书中的@@@@¡°最大冲击电流@@¡±值@@ (也就是最大通流量@@)。考虑到@@要耐受多次冲击时@@@@，应该选用能耐受@@10次以上冲击的@@浪涌电流值@@@@。 压敏电阻@@的@@箝位电压@@必须小于被保护的@@部件或@@设备@@能承受的@@最大电压@@(即安全电压@@)。
1.3 瞬态电压抑制器@@@@TVS
瞬态电压抑制器@@@@(TVS)是一种二极管形式的@@高效能保护器件@@@@@@。当@@TVS二极管的@@两极受到@@反向瞬态高能量冲击时@@@@，它能以@@10-12秒量级的@@速度@@，将其两极间的@@高阻抗变为低阻抗@@，吸收高达数千瓦的@@浪涌功率@@@@，使两极间的@@电压@@箝位于一个预定值@@@@，有效地保护电子@@线路中的@@精密元器件@@@@，免受各种浪涌脉冲的@@损坏@@。
瞬态电压抑制二极管@@(TVS)广泛应用在半导体及敏感的@@电子@@零件过电压@@、ESD保护上@@，主要包括@@：消费类产品@@、工业产品@@、通讯@@、电脑@@、汽车@@、电源供应品@@、信号线路保护及军事@@、航天航空导航系统及控制系统上@@。最大箝位电压@@@@VC不可大于被保护设备@@最大的@@安全电压@@，以及反向工作@@电压@@(反向断态电压@@)须大于线路正常工作@@电压@@，是使用@@TVS管时@@必须注意的@@问题@@，另外@@， 交流电压只能用双向@@TVS。
TVS管的@@选用应注意以下几点@@：
确定被保护电路的@@最大直流或@@连续工作@@电压@@、电路的@@额定标准电压和@@“高端@@”容限@@。
TVS额定反向关断@@VWM应大于或@@等于被保护电路的@@最大工作@@电压@@。若选用的@@@@VWM太低@@，器件@@可能进入雪崩或@@因反向漏电流太大影响电路的@@正常工作@@@@。串行连接分电压@@，并行连接分电流@@。
TVS的@@最大箝位电压@@@@@@VC应小于被保护电路的@@损坏电压@@。
在规定的@@脉冲持续时@@间@@内@@，TVS的@@最大峰值@@脉冲功耗@@PM必须大于被保护电路内可能出现的@@峰值@@脉冲功率@@。在确定了最大箝位电压@@@@后@@，其峰值@@脉冲电流应大于瞬态浪涌电流@@。
对于数据接口@@电路的@@保护@@，还必须注意选取具有合适电容@@C的@@TVS器件@@。
根据用途选用@@TVS的@@极性及封装结构@@。交流电路选用双极性@@TVS较为合理@@;多线保护选用@@TVS阵列更为有利@@。
温度考虑@@。瞬态电压抑制器@@@@可以在@@-55~+150℃之间工作@@@@。如@@果需要@@TVS在一个变化的@@温度@@ 工作@@，由于其反向漏电流@@IR是随增加而增大@@;功耗随@@ TVS结温增加而下降@@，从@@+25℃到@@+175℃，大约线性下降@@50%雨击穿电压@@VBR随温度的@@增加按一定的@@系数增加@@。因此@@，必须查阅有关产品资料@@，考虑温@@ 度变化对其特性的@@影响@@
1.4 陶瓷气体放电管@@
陶瓷气体放电管@@属于开关组件@@，用于电源防雷器共模电路中将雷电流泄放入地@@，也可用在差模电路中与压敏电阻@@串联而阻断其漏电流@@。在信号防雷器中常用于第一级泄放浪涌电流@@，由于其反应速度慢@@，还要用第二级作限压保护@@。
在选择@@陶瓷气体放电管@@时@@应注意@@：
- 陶瓷气体放电管@@不能直接用在电源上做差模保护@@;
- 击穿电压要大于线路上最大信号电频电压@@;
- 耐电流不能小于线路上可能出现的@@最大异常电流@@;
- 还有脉冲击穿电压须小于被保护线路电压@@。
2. 过流保护器件@@@@的@@选型@@
过流保护器件@@@@主要有一次性熔断器@@、自恢复熔断器@@、熔断电阻和断路器等@@，其中@@，最重要的@@过流保护器件@@@@是熔断器@@，也叫保险丝@@。它一般串联在电路中@@，要求@@其电阻要小@@(功耗小@@)，当@@电路正常工作@@时@@@@，它只相当@@于一根导线@@，能够长时@@间@@稳定的@@导通电路@@;由于电源或@@外部干扰而发生电流波动时@@@@，也应能承受一定范围的@@过载@@;只有当@@电路中出现较大的@@过载电流@@(故障或@@短路@@)时@@，熔断器才会动作@@@@，通过断开电流来保护电路的@@安全@@，以避免产品烧毁的@@危险@@。
在熔断器分断电路的@@过程中@@，由于电路电压的@@存在@@，在熔体断开的@@瞬间会发生电弧@@，高质量的@@熔断器应该尽量避免这种飞弧@@;在分断电路后@@，熔断器应能耐受加在两端的@@电路电压@@。熔断器受脉冲损伤会逐步降低承受脉冲的@@能力@@，选用时@@需要考虑必要的@@安全余量@@;这个安全余量是指熔断器的@@总熔断@@(动作@@)时@@间@@，它是预飞弧时@@间@@和飞弧时@@间@@之和@@。所以在选择@@的@@时@@候需要留意它的@@熔断特性@@和额定电流@@这个基本条件@@;另外@@安装时@@要考虑熔断器周边的@@环境@@，熔断器只有达到@@本身的@@熔化热能值@@@@的@@时@@候才会熔断@@，如@@果是在环境较冷的@@状况下@@，它的@@熔断时@@间@@会变化@@，这是使用@@时@@必须留意的@@@@。
总的@@来说@@，保险丝的@@选型应注意以下十个要素@@：
- 额定电流@@;
- 额定电压@@;
- 环境温度@@;
- 电压降@@ / 冷电阻@@;
- 熔断特性@@: 过载能力@@，时@@间@@ / 电流特性@@;
- 分断能力@@;
- 熔化热能值@@@@;
- 耐久性@@(寿命@@);
- 结构特征@@： 外形@@ / 尺寸@@，安装形式@@;
- 安全认证@@
结合以上的@@十个保险丝选用注意要素@@，保险丝的@@选用可根据下图所示的@@流程来进行@@。
3. 过温保护器件@@@@的@@选型@@
过温保护器件@@@@主要有热敏电阻@@@@、温度开关和温度熔断器等@@。在电源设计中经常使用@@NTC热敏电阻@@型浪涌抑制器@@作过温保护@@，因为其抑制浪涌电流的@@能力与普通电阻相当@@@@，但在电阻上的@@功耗则可降低几十到@@上百倍@@。
NTC热敏电阻@@，即负温度系数热敏电阻@@@@，其特性是电阻值@@随着温度的@@升高而呈非线性的@@下降@@。NTC热敏电阻@@的@@选型要考虑以下几个要点@@：
1)最大额定电压@@和滤波电容值@@@@
滤波电容的@@大小决定了应该选用多大尺寸@@的@@@@NTC。对于某个尺寸@@的@@@@NTC热敏电阻@@来说@@，允许接入的@@滤波电容的@@大小是有严格要求@@的@@@@，这个值@@也与最大额定电压@@有关@@。在电源应用中@@，开机浪涌是因为电容充电产生的@@@@，因此@@通常用给定电压值@@下的@@允许接入的@@电容量来评估@@NTC热敏电阻@@承受浪涌电流的@@能力@@。简单来说@@，就是输入电压越大@@，允许接入的@@最大电容值@@就越小@@，反之亦然@@。NTC热敏电阻@@产品的@@规范一般定义了在@@220Vac下允许接入的@@最大电容值@@@@。
2)产品允许的@@最大启动电流值@@和长期加载在@@@@NTC热敏电阻@@上的@@工作@@电流@@
电子@@产品允许的@@最大启动电流值@@决定了@@NTC热敏电阻@@的@@阻值@@@@。产品正常工作@@时@@@@，长期加载在@@NTC热敏电阻@@上的@@电流应不大于规格书规定的@@电流@@。
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