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
没有关系。只是同名的不同产业。
伯恩半导体有限公司是一家以自主研发设计、生产销售为主体的半导体公司,是专业从事保护器件和功率器件的晶元设计研发与生产销售的高新技术企业,是国际掌握半导体过压保护器件和保护集成电路核心技术的供应商之一。
防雷元件一般分为:开关元件类、限压元件类、防过流和过热保护元件类三种。开关元件类
开关元件类有陶瓷气体放电管、玻璃放电管(强效放电管)、半导体过压保护器(半导体放电管、固体放电管)三种类型。它们的优点是:①击穿(导通)前相当于开路,电阻很大,几乎没有漏电流;②击穿(导通)后相当于短路,可通过很大的电流,压降很小;③脉冲通流容量(峰值电流)大:陶瓷气体放电管的8/20μs波峰值电流常用的有5kA、10kA、20kA等几种(当然还有更大的,达100kA以上),10/1000μs波峰值电流在几十至几百A之间;玻璃放电管的8/20μs波峰值电流现有500A、1kA、3kA三种;半导体过压保护器的10/1000μs波峰值电流在几十至上百A之间。④除了个别半导体过压保护器外,它们都具有双向对称特性。⑤陶瓷气体放电管和玻璃放电管的电容都很小,在3pF以下。⑥玻璃放电管和半导体过压保护器的响应速度都很快,在ns量级。⑦玻璃放电管的击穿电压可以做得很高,最高的达5kV。⑧半导体过压保护器的击穿电压可以做得很准确。
它们的缺点分别是:
陶瓷气体放电管:①由于气体电离需要一定的时间,所以响应速度较慢,反应时间一般为0.2~0.3μs(200~300ns),最快也就是0.1μs(100ns)左右,在它未导通前,会有一个幅度较大的尖脉冲漏过去。②击穿电压一致性较差,分散性较大,一般为±20%。③击穿电压只有几个特定值。玻璃放电管和半导体过压保护器:①通流容量较陶瓷气体放电管小得多。②击穿电压尚未形成系列值。③玻璃放电管击穿电压分散性较大,为±20%。④半导体过压保护器电容较大,有几十至几百pF。
限压元件类
有压敏电阻、TVS管(瞬态电压抑制二极管)等。它们象稳压二极管那样具有限压特性。当外加电压小于其导通电压时,它具有很大的内阻,漏电流很小;当外加电压大于其导通电压时,其内阻急剧减小,可以流过很大的电流,而其两端的电压却只有少量的上升。它们的导通电压都有从低压到高压的系列值,便于在各种不同电压的电路中使用。另外,两者的电容都较大(TVS管也有低电容产品),不适于在高频电路中使用。
压敏电阻与TVS管的区别在于:压敏电阻能承受更大的浪涌电流,而且其体积越大所能承受的浪涌电流越大,最大可达几十kA到上百kA;但压敏电阻的漏电流较大,非线性特性较差(动态电阻较大),大电流时限制电压较高,且所能耐受的冲击电流的大小随冲击次数的增加而减小(降额特性),较易老化。TVS管的非线性特性和稳压管完全一样,动态电阻较小,限制电压较低,且不易老化,使用寿命长,但通流能力较小(10/1000μs波峰值电流在几A至几百A之间)。再有就是反应速度不同,TVS管的反应速度极快,为ps级,而压敏电阻反应速度稍慢,为ns级。
防过流和过热保护元件类
防过流元件有自恢复保险丝、电流保险丝、电阻,防过热保护和过热检测元件有温度保险管和温度保险丝。自恢复保险丝是一种正温度系数热敏电阻,当流过它的电流小于其保持电流时(温度较低),它的阻值很小;当流过它的电流超过其触发电流时(温度升高),它的阻值急剧增大,从而阻断雷电流的继续侵入或者电路的续流,温度降低后能自行恢复。但由于热惰性,其反应速度很慢,一般为秒级(流过的电流越大或温度越高,反应越快)。自恢复保险丝可以用于代替电流保险丝,免除经常更换的麻烦。温度保险管和温度保险丝是一种温度开关元件,正常工作时是短路的,当温度高于其断开温度时开关断开(不可恢复),常用于过热保护和过热检测。
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