电路保护有哪些元器件与保护电路的作用

电路保护有哪些元器件与保护电路的作用

目录

1.电路保护发展历程..............................................................1

2.电路保护的作用...............................................................1

3.防雷器件.....................................................................2

3.1.陶瓷气体放电管：.........................................................2

3.2.半导体放电管：............................................................2

3.3.玻璃放电管：..............................................................2

4.过压器件.....................................................................3

4.1.压敏电阻：...............................................................3

4.2.贴片压敏电阻的作用：....................................................3

4.3.瞬态抑制二极管：........................................................3

5.过流器件.....................................................................3

5.1.常用过流防护器件........................................................3

5.2.自恢复保险丝：..........................................................5

6.静电元件.....................................................................6

6.1.ESD静电放电二极管：.....................................................6

6.2.电感的作用：..............................................................6

6.3.磁珠的作用：..............................................................6

1.电路保护发展历程

19世纪末出现了放电保护间隙器，20世纪50年代出现碳化硅避雷器，70

年代末出现氧化锌避雷器.到目前多种多样的电路保护器件，压敏电阻，瞬态

抑制二极管，气体放电管，半导体放电管，PPTC等等。电子电路很容易在过压、

过流、浪涌等情况发生的时候损坏，电路保护元件也从简单的玻璃管保险丝，

变得种类更多，防护性能更优越。为帮助大家深入了解，本文将对电路保护元

器件的相关知识予以汇总。如果您对本文即将要涉及的内容感兴趣的话，那就

继续往下阅读吧。

2.电路保护的作用

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(1)由于如今电路板的集成度越来越高，为价格成本考虑都要加强保护。

(2)半导体器件•，IC的工作电压有越来越低的趋势，而电路保护的目的则是

降低能耗损失，减少发热现象，延长使用寿命。

(3)车载设备，由于使用环境的条件比一般电子产品更加恶劣，汽车行驶状

况万变，汽车启动时产生很大的瞬间峰值电压等。因此，在为这些电子设备配

套产品的电源适配器中，一般要使用过压保护元件。

(4)通信设备，通信场所对防雷浪涌有一定的要求，在这些设备中使用过压

保护、过流保护元件就变得重要起来，它们是保证用户人身安全和通信正常的

关键。

(5)大部分电子产品出现的故障，都是电子设备电路中出现的过压或者电路

现象造成的，电子电路保护也变得更加不容忽视。

那么电路保护如此重要，常用的电路保护元件有以下几种：

3.防雷器件

3.1.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。

3.2.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，构成了过压梁护的范围。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。

3.3.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：绝缘电阻高极间电容小

(<0.8pF).放电电流较大(最大达3kA)、双向对称性、反应速度快(不存在冲击

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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%）o

4.过压器件

4.1.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。压敏电阻的通流容帚较大，但比气体放电管

小。

4.2.贴片压敏电阻的作用：

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“

4.3.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10/1000口波脉冲功率从400W〜30KW,脉冲峰值乜流从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。

5.过流器件

5.1.常用过流防护器件

目前电路中常用的电流防护器件主要是熔丝和正温度系数热敏电阻（PTC）。

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1、熔丝包含保险丝和保险电阻。一旦线路中出现瞬间过电流，那么熔丝就

会热熔断，切断外部过电流，从而防止对后续电路的损坏。使用熔丝不会对线

路的传输性能造成影响，这时熔丝的优点，但大多数熔丝一旦过电流热熔断，

就需要人工恢复。庆幸的是，现在有了可恢复保险丝。

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附图21Y3PTC燃敏电阻器的阻值温度特性曲线

2、正温度系数热敏电阻（PTC）。由于热敏电阻的可自恢复性能使其在电路

防护中应用越来越广泛。热敏电阻在常温下一般有几欧到几十欧，当流过一定

电流时，所产生的热量是热敏电阻温度升高，热敏电阻的阻值也随之升高。当

温度超过特定温度点（成为热敏电阻的居里点）时，热敏电阻阻值急剧增大至几十

到几百千欧，从而达到阻断过电流的目的。热敏电阻呈高阻态后，还会有少量

漏电流流过以维持热敏电阻持续发热。过电流消失后，热敏电阻阻值又会随温

度的下降而逐步减小至常温阻值。所以热敏电阻不需要更换，免除了维护人员

的工作量。

热敏电阻分为陶瓷型PTC和高分子型PTC：

-陶瓷型PTC：容易做大阻值，稳定性较好，但动作速度不如高分子PTC快,

并且动作后表面温度高，耐压性能也不如高分子PTCo

-高分子PTC：动作速度快，动作后表面温度低，耐压性能较好，但阻值一

般较小，且稳定性较差，多次动作后回不到原阻值，有时甚至差别很大，不适

用于对双线平衡要求较高的电路。

5.2.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

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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限值很小（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。

6.静电元件

6.1.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