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详谈过温保护器件选择方法

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,本期大讲台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;第三部分将结合电子元件技术网论坛和电路保护与电磁兼容研讨会中关于选用电路保护器件的讨论,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

AEM(苏州)科技有限公司副总经理郑索平介绍,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、MP3、PDA、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。

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责任编辑:张明