當(dāng)前位置:首頁 > 模擬 > 模擬
[導(dǎo)讀]隨著電子系統(tǒng)的復(fù)雜性和集成度越來越高,而工作電壓越來越低,電子系統(tǒng)對可靠性、穩(wěn)定性和安全性的要求也越來越高,電路保護設(shè)計的重要性也越來越強。在電路保護設(shè)計中,電路保護器件的選擇和應(yīng)用是否合理,將直接影

隨著電子系統(tǒng)的復(fù)雜性和集成度越來越高,而工作電壓越來越低,電子系統(tǒng)對可靠性、穩(wěn)定性和安全性的要求也越來越高,電路保護設(shè)計的重要性也越來越強。在電路保護設(shè)計中,電路保護器件的選擇和應(yīng)用是否合理,將直接影響電子系統(tǒng)電路保護方案的保護效果。為了幫助工程師正確選擇電路保護器件,合理應(yīng)用電路保護器件設(shè)計高效的電路保護解決方案,本期大講臺將分三部分進行介紹:第一部分介紹常見的電路保護器件之選型技巧;第二部分重點分析保險絲、瞬態(tài)電壓抑制器、ESD保護器件、防雷保護器件等的 實際應(yīng)用方案;第三部分將結(jié)合電子元件技術(shù)網(wǎng)論壇和電路保護與電磁兼容研討會中關(guān)于選用電路保護器件的討論,整理出電路保護設(shè)計過程中較常遇到的難題Q&A。

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(dāng)?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(fù)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(biāo)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(yuǎn)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、AV、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(dāng)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?,吸收高達數(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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)電路正常工作時,它只相當(dāng)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(dāng)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?jǐn)嚯娐返倪^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?jǐn)嚯娐泛螅蹟嗥鲬?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?jǐn)嗄芰?

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(rèn)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。

3 過溫保護器件的選型

過溫保護器件主要有熱敏電阻、溫度開關(guān)和溫度熔斷器等。在電源設(shè)計中經(jīng)常使用NTC熱敏電阻型浪涌抑制器作過溫保護,因為其抑制浪涌電流的能力與普通電阻相當(dāng),但在電阻上的功耗則可降低幾十到上百倍。

NTC熱敏電阻,即負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻,其特性是電阻值隨著溫度的升高而呈非線性的下降。NTC熱敏電阻的選型要考慮以下幾個要點:

1)最大額定電壓和濾波電容值

濾波電容的大小決定了應(yīng)該選用多大尺寸的NTC。對于某個尺寸的NTC熱敏電阻來說,允許接入的濾波電容的大小是有嚴(yán)格要求的,這個值也與最大額定電壓有關(guān)。在電源應(yīng)用中,開機浪涌是因為電容充電產(chǎn)生的,因此通常用給定電壓值下的允許接入的電容量來評估NTC熱敏電阻承受浪涌電流的能力。簡單來說,就是輸入電壓越大,允許接入的最大電容值就越小,反之亦然。NTC熱敏電阻產(chǎn)品的規(guī)范一般定義了在220Vac下允許接入的最大電容值。

2)產(chǎn)品允許的最大啟動電流值和長期加載在NTC熱敏電阻上的工作電流

電子產(chǎn)品允許的最大啟動電流值決定了NTC熱敏電阻的阻值。產(chǎn)品正常工作時,長期加載在NTC熱敏電阻上的電流應(yīng)不大于規(guī)格書規(guī)定的電流。

擴展閱讀:與初學(xué)者談電子制作

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點,本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請及時聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫毥谦F公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關(guān)鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運行,同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險,如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機 衛(wèi)星通信

要點: 有效應(yīng)對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競爭力 堅持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強核心競爭優(yōu)勢...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運營商 數(shù)字經(jīng)濟

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術(shù)學(xué)會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(shù)(集團)股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉