电路保护主要是保护电子电路中的元器件在受到过压、过流、浪涌、电磁干扰等情况下不受损坏,随着科学技术的发展,电力/电子产品日益多样化、复杂化,所应 用的电路保护元件己非昔日的简单的玻璃管保险丝,通常保护器件有压敏电阻、TVS、气体放电管等。己经发展成为一个门类繁多的新兴电子元件领域。
电路保护元件的重要性在各类电子产品中,设置过电流保护和过电压保护元件的趋势日益增强,之所以如此,归纳起来主要有以下几个方面的因素:
(1)随着电子产品发展的需求,IC的功能(集成度)也越来越强,其“身价”自然越来越高贵,因而需要加强保护。
(2)为了降低功耗、减少发热、延长使用寿命,半导体元件和IC的工作电压越来越低,据SIA(美国半导体行业协会)统计,目前工作电压在1.5V左右,到2004年将降到1.2V以下,因而其抗过电流/过电压的能力需要适应新的保护要求。
(3)移动式电子产品越来越多,如手持机、PDA、笔记本电脑、摄录机、数码相机、光盘机等,这些电子产品都需要电池组件作为,在电池组件和电池充电器中都必须配备保护元件。
(4)在现代豪华型汽车中,装备的电子设备越来越多,而且工作条件比一般的电子产品更恶劣,如汽车行驶状况和环境瞬息万变、汽车起动时会产生很大的瞬间峰值电压等。因此,在为这些电子设备配套的电源适配器中,一般都需要同时安装过电流和过电压保护元件。
(5)众多电力/电子产品都需要防止雷击以及电源线与电话线的交扰,以保证正常通信和用户人身安全。所以,随着电力/电子产品的发展,过电流/过电压保护元件的需求呈上升趋势。
(6)据统计,在电子产品出现的故障中,有75%是由于过电流/过电压造成的。IBM曾分析过计算机电源的故障原因,其中88.5%是由于过电流/过电压造成的。随着人们对电子产品质量的苛求,制造厂家为了提高市场竞争力,就必须大量采用电路保护元件。
电路保护的几种常见类型1.过流保护(over current)
是当电流过大时自动断电,防止电路与案件因超过额定电流而造成的损坏。
2.过压保护(Over-Voltage Protection)
主要是防止过电压或静电放电(Discharge Suppression)对电子元器件的损坏,被广泛地应用于电话机、传真机及高速传输接口(USB,IEEE1394,HDMI,SATA)等各种电子 系统产品,尤其是电子通讯设备,对于如何避免因为电压异常(Over-Voltage or EOS(Electrical Over-Stress))或静电放电(ESD)而对电子备造成伤害损失尤为重要。
3.过温保护(OT)
温度保护组件从商品化到现在,已经走过了一个甲子,目前过温保护组件广泛运用于对温度有特殊要求的场合,此类保护组件按照作动原理可分为化学药品作动型、 低温合金作动型,其中化学药品作动型产品的主要特点是可以做低温型产品(目前有做到48℃),但结构较为复杂,成本较高;低温合金型作动主要是一根直径较 大的低温熔丝起导通作用,必须保证在通过额定电流产生的热量不会使熔丝熔化,此低温熔丝一般是通过调节锡(Sn)、铜(Cu)、银(Ag)、铋(Bi)、 铟(In)等成份的比例来调节其熔点。
4.过温过流保护(TFR)
近年来,随着应用的提升, 单纯的温度保护功能, 已不能满足日新月异电器、电机、马达及3C产品安全保护的需求, 因此再研发出能因应因温度、电流及电压异常情况下同时监控并及时保护的组件, 而此样组件的兴起主要以锂离子电池及锂高分子电池为最大应用。
5.过流过压(OCOV)
随着现代电子产品的复杂化,对于保护组件运用的要求也日益提高,如保护的全面性、有限的预留空间等,随着这些要求的提出,保护组件界掀起了一场组合封装的 热潮,如上面提到过流过温保护也算组合封装的一种,但过流过压保护组合封装产品目前大多数还处在研发阶段,还没有成熟的商业化产品面市。
电路保护的方法举例
一、过压保护过压的原因
1 操作过电压:由拉闸,合闸,快速直流开关的切断等 经常性操作中的电磁过程引起的过压.
2 浪涌过压:由雷击等偶然原因引起,从电网进入变换 器的过压.
3 电力电子器件关断过电压:电力电子器件关断时产生 的过压.
4 在电力电子变换器-电动机调速系统中,由于电动机 回馈制动造成直流侧直流电压过高产生的过压.也称为泵升电压.
过压保护的基本原则是:根据电路中过压产生的不同部 位,加入不同的附加电路,当达到—定过压值时,自动 开通附加电路,使过压通过附加电路形成通路,消耗过 压储存的电磁能量,从而使过压的能量不会加到主开关 器件上,保护了电力电子器件.保护电路形式很多,也很复杂。
二、过流保护过流的原因
当电力电子变换器内部某一器件击穿或短路,触发电路 或控制电路发生故障,出现过载,直流侧短路,可逆传 动系统产生环流或逆变失败,以及交流电源电压过高或 过低,缺相等,均可引起变换器内元件的电流超过正常 工作电流,即出现过流.由于电力电子器件的电流过载 能力比一般电气设备差得多,因此,必须对变换器进行 适当的过流保护.变换器的过流一般主要分为两类:过载过流和短路过流.
电路保护器件作用介绍
目前硕凯电子的主营电路保护器件有:放电管(陶瓷放电管、气体放电管、半导体放 电管、玻璃放电管、固体放电管)、二极管(TVS二极管、瞬态抑制二极管、ESD放电二极管)、压敏电阻(插件压敏电阻、贴片压敏电阻)、PTC自恢复保 险丝(插件保险丝、贴片保险丝)等。

防雷器件:
市场中常见的防雷器件有以下几种:陶瓷气体放电管、 半导体放电管和强效放电管(玻璃放电管),至于如何选择这三款防雷器件呢,就要根据实际产品应用的防护等级、工作电压、工作电流以及功率和其他的参数值来确定。
1、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,之所以说陶瓷气体放电管是应用最广泛的防雷器件,是因为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。
2、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。
3、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%)。
过压器件:
过压保护器件多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、瞬态抑制二极管、ESD放电二极管和陶瓷放电管、玻璃放电管以及半导体放电管等防雷器件,防雷器件在上面已经有介绍过,接下来就主要介绍常用的过压器件压敏电阻、贴片压敏电阻和瞬态抑制二极管,其中贴片压敏电阻是贴片式的压敏电阻就不再另外做介绍。
4、压敏电阻:
压敏电阻也是一种用得最多的限压器件。利用压敏电阻的非线性特性,当过电压出现在压敏电阻的两极间,压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值,从而实现对后级电路的保护。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其响应速度可以满足要求。压敏电阻的结电容一般在几百到几千pF的数量级范围,很多情况下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。
5、瞬态抑制二极管:
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。基本都会是用于在陶瓷气体放电管之后的二级保护,也有用户直接将其用于产品的一级保护。其特点为反应速度快(为 ps 级) ,体积小 ,脉冲功率较大 ,箝位电压低等。其 10/1000μs波脉冲功率从400W ~30KW,脉冲峰值电流从 0.52A~544A ;击穿电压有从6.8V~550V的系列值,便于各种不同电压的电路使用。
过流器件:
很多电子设备都有个额定电流,不允许超过额定电流,不然会烧坏设备。所以有些设备就做了电流保护模块。自恢复保险丝由于具有自动恢复的特性因此成为众多工程师电流保护模块的首选过流保护器件。
6、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。自恢复保险丝(PPTC: 高分子自恢复保险丝)是一种正温度系数聚合物热敏电阻,作过流保护用,可代替电流保险丝。电路正常工作时它的阻值很小(压降很小),当电路出现过流使它温 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。
静电元件:
静电放电肉眼不容易看见,但是它对电器的隐性伤害却是不容忽视的,静电的积累以及随后放电的问题是不可控制的,关键在于如何防护。抑制ESD的办法就是给它提供一条理想的泄放通道,将ESD的电流泄放掉,这个理想的泄放通道就是所用的瞬态电压抑制二极管和ESD静电放电二极管。
7、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。
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