电路保护中,常用的保护元器件有:TVS二极管、ESD静电保护二极管、陶瓷气体放电管、玻璃放电管、自恢复保险丝、半导体放电管、压敏电阻等等。
瞬态TVS抑制二极管
瞬态抑制器TVS二极管广泛应用于半导体及敏感器件的保护,通常用于二级保护,用在陶瓷气体放电管之后的二级保护,也可直接用于产品的一级保护。其特点为反应速度快(为 ps 级) 、小体积、脉冲功率大 、箝位电压低等。其 10/1000μs波脉冲功率从200W ~30KW,脉冲峰值电流从 0.52A~544A ,击穿电压从6.8V~550V,便于各种不同电压的电路使用。
压敏电阻
压敏电阻的响应时间为ns级,比空气放电管快,比TVS管稍慢一些,一般情况下用于电子电路的过电压保护。压敏电阻的结电容一般在几百到几千pf的数量级范围,不宜直接应用在高频信号线路的保护中,应用在交流电路的保护中时,因为其结电容较大会增加漏电流,在设计防护电路时需要充分考虑。压敏电阻的通流容量较大,但比气体放电管小。贴片压敏电阻主要用于保护元件和电路,防止在电源供应、控制和信号线产生的ESD。
陶瓷气体放电管
防雷器件中应用最广泛的是陶瓷气体放电管,无论是直流电源的防雷还是各种信号的防雷,陶瓷气体放电管都能起到很好的防护作用。其最大的特点是通流量大,级间电容小,绝缘电阻高,击穿电压可选范围大。
半导体放电管
半导体放电管是一种过压保护器件,是利用晶闸管原理制成的,依靠PN结的击穿电流触发器件导通放电,可以流过很大的浪涌电流或脉冲电流。其击穿电压的范围,构成了过压保护的范围。固体放电管使用时可直接跨接在被保护电路两端。具有精确导通、快速响应(响应时间ns级)、浪涌吸收能力较强、双向对称、可靠性高等特点。
玻璃放电管
玻璃放电管(强效放电管、防雷管)是20世纪末新推出的防雷器件,它兼有陶瓷气体放电管和半导体过压保护器的优点:绝缘电阻高(≥10^8Ω)、极间电容小(≤0.8pF)、放电电流较大(最大达3 kA)、双向对称性、反应速度快(不存在冲击击穿的滞后现象)、性能稳定可靠、导通后电压较低,此外还有直流击穿电压高(最高达5000V)、体积小、寿命长等优点。其缺点是直流击穿电压分散性较大(±20%)。
自恢复保险丝
自恢复保险丝PPTC就是一种过流电子保护元件,采用高分子有机聚合物在高压、高温,硫化反应的条件下,搀加导电粒子材料后,经过特殊的工艺加工而成。电路正常工作时它的阻值很小(压降很小),当电路出现过流使温度升高时,阻值急剧增大几个数量级,使电路中的电流减小到安全值以下,从而使后面的电路得到保护,过流消失后自动恢复为低阻值。
ESD静电放电二极管
ESD静电放电二极管是一种过压、防静电保护元件,是为高速数据传输应用的I/O端口保护设计的器件。ESD静电二极管是用来避免电子设备中的敏感电路受到ESD(静电放电)的影响。可提供非常低的电容,具有优异的传输线脉冲(TLP)测试,以及IEC6100-4-2测试能力,尤其是在多采样数高达1000之后,进而改善对敏感电子元件的保护。
电路保护器件
玻璃放电管(强效放电管、防雷管)是20世纪末新推出的防雷器件,它兼有陶瓷气体放电管和半导体过压保护器的优点:绝缘电阻高(≥100MΩ)、极间电容小(≤0.8pF)、放电电流较大(最大达3 kA)、双向对称性、反应速度快(不存在冲击击穿的滞后现象)、性能稳定可靠、导通后电压较低,此外还有直流击穿电压高(最高达5000V)、体积小、寿命长等优点。其缺点是直流击穿电压分散性较大(±20%)。玻璃放电管的工作原理是气体放电。
当外加电压增大到超过气体的绝缘强度时,
两极间的间隙将放电击穿,由原来的高阻抗转化为低阻抗,
放电时产生电弧,电弧电压大约为30V,
导通后放电管两极之间的电压维持在弧电压值水平 。
半导体放电管是一种过压保护器件,是利用晶闸管原理制成的,依靠PN结的击穿电流触发器件导通放电,可以流过很大的浪涌电流或脉冲电流。其击穿电压的范围,构成了过压保护的范围。半导体放电管使用时可直接跨接在被保护电路两端。
陶瓷气体放电管:气体放电管用陶瓷密闭封装,内部由两个或多个带间隙的金属电极,充以惰性气体氩气,氖气构成,当加到两电极端的电压达到使气体放电管内的气体击穿时,气体放电管开始放电,由高阻抗变成低阻抗,使电极两端的电压不超过击穿电压,并将过电流释放入地,陶瓷气体放电管常用于多级保护电路中的第一级或前两级,起泄放雷电暂态过电流和限制过电压作用。
①玻璃放电管(防雷管)既可以用作电源电路的保护,也可以用作信号电路的保护;既可以用作共模保护,也可以用作差模保护。但只能用在浪涌电流不大于3kA的地方。
②直流击穿电压VS的选择:直流击穿电压VS的最小值应大于可能出现的最高电源峰值电压或最高信号电压的1.2倍以上。
③在有可能出现续流的地方(如电源电路)使用时,必须串联限流电阻或自恢复保险丝,防止玻璃放电管击穿后长时间导通而损坏。
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