防雷保护器件的选型

1、值 得 信 赖 的 电 子 电 路 过 电 流 过 电 压 保 护 专 家保护器件的比较 值 得 信 赖 的 电 子 电 路 过 电 流 过 电 压 保 护 专 家保护器件的比较 保护器件的选型保护器件的选型 市场上有一系列对电子系统起保护作用的产品。下面表1简单描述了各种产品的特征。 表1 不同保护产品的优缺点 类型类型极性极性钳位钳位/ / / /消弧消弧保护机制保护机制 气体放电电子管GDT双向消弧高压时气体的分解 晶闸管浪涌保护器件TSPD双向或单向消弧藕合双极晶体管的导通 聚合体 ESD 保护器件PESD双向消弧聚合体微粒之间的电弧放电 金属氧化物压敏电阻MOV双向钳位陶瓷/氧化锌晶

2、粒非线性电阻 瞬态电压抑制器TVS双向或单向钳位正向和方向偏置二极管导通 单向和双向保护单向和双向保护 只有正或者负电压节点的保护需求跟那些即可以正也可以负电压节点的保护是不同的。通过单项的和双向的保护元件来解决这 个问题。用 TVS 设备作为例子我们可以容易的解释。 图1表示一个输入当中进行单向和双向的 TVS 保护的一个例子。一个单向 TVS 设备的 I-V 关系曲线跟一个标准二极管的 I-V 关 系曲线很相似。如果一个单向的 TVS 接入到如图一所示的电路当中，假如信号电压保持在0 V 和反击穿电压之间，那么它将会 失真。对于负电压应力，单向 TVS 由 TVS 的正向偏压保护。对于在信

3、号线上的正电压应力，TVS 由反击穿偏压保护。如果信 号的范围在0 V 和负电压之间，那么单向的 TVS 器件可以反向插入。 图1：I-V 关系曲线，单向和双向 TVS 装置中的符号 一个双向 TVS 作用相当于两个反平行二极管。 如果一个双向 TVS 装置用于如图当中的保护设备， 输入电压可以在正负值之间 变化。反向击穿偏压提供保护，在串联中由前向偏压二极管连接在两端。 值 得 信 赖 的 电 子 电 路 过 电 流 过 电 压 保 护 专 家保护器件的比较 值 得 信 赖 的 电 子 电 路 过 电 流 过 电 压 保 护 专 家保护器件的比较 钳位和消弧保护器件钳位和消弧保护器件 保护器

4、件的另一类是钳位/消弧保护器件。其中 TVS 器件是钳位器件，因为一个激励突发时，TVS 器件会钳制电位到一定值达 到保护的目的；而当一个激励触发时，消弧保护器件通常是产生一个短路通道来实现保护目的。图2是二者原理的示意图。 图：双向消弧保护器件(黑色)和单向钳位保护器件(红色)的 I-V 曲线 消弧保护器件在保护应用中是非常有效。消弧保护器件有着非常低的导通压降，这样可以使得其电压低于敏感电子器件的临界 电位；并且由于过压保护器件本身超低的功耗，其可以承受很大的电流而不会由于大电流对自己损坏。我们在用消弧保护器件 的时候必须小心。可以用来维持消弧保护器件的最低的电流和电压点是一个很重要的参数

5、并且我们经常称之为保持点，如图2所 示。如果受保护的电气节点可以提供电压和电流在保持点的水平，在电气应力消除后一个消弧保护器件也可能不会关闭。仔细 选择消弧保护器件是必须的或者预先做好准备以保证在应力消除时关闭保护和在正常操作期间不打开。 电压钳位保护器件在应力时不会发生不关闭的问题，但是他们也要仔细选择。以反向偏置方向保护的电压钳位保护器件自身内 部会产生相当可观的功耗。钳位保护器件在导通状态时需要非常低的动态阻抗，以保证在传输大电流时，电压不会超过敏感元 件允许的电平。 保护器件技术保护器件技术 气体放电电子管主要靠在密封容器里一种气体的衰弱，是固有的一种双向过压保护器件。它们限制相对过高

6、的起始工作电压， 但是可以承受相当大的电流并且通常应用在初级保护。 压敏电阻这个术语是“变化的”和“电阻器”两个单词的结合体。在低电流电压下，压敏电阻具有高阻抗但是在更高的电压电流下， 阻抗会急剧地下降。阻抗体现在氧化锌颗粒构成的陶瓷上。压敏电阻通常是双向的电压钳位器件。 聚合体 ESD 器件由充满导电粒子的聚合体组成。在粒子间的高电压电弧会造成低阻抗，以导致电压的下降。聚合体设备是双向 过压保护器件。 晶闸管是有 N 型和 P 型掺杂的基于硅材料的多极性开关，可以形成双极性晶体管。当双极性晶体管被触发时，它们呈现连续的 低阻抗状态。晶闸管本质上是单向的过压保护器件。基本的晶闸管已经衍生出了多

7、种双向和单向的产品。 值 得 信 赖 的 电 子 电 路 过 电 流 过 电 压 保 护 专 家保护器件的比较 值 得 信 赖 的 电 子 电 路 过 电 流 过 电 压 保 护 专 家保护器件的比较 瞬态电压抑制器(TVS)是基于雪崩和被设计来处理大电流抑制的稳压二极管。 单一的二极管本质上是单向的钳位设备。 但是 TVS 器件是为了针对类似于集成电路的问题而制造的，为生产多种双向、单向、多极的保护元件提供了可能。TVS 器件可以应用在 要求多信号线保护、简单、小体积的场合。 表 2 保护器件的优点和缺点 类型类型速度速度 电压准确电压准确 性性 电 流 承 受电 流 承 受 力力 电 路 板电 路 板 尺寸尺寸 最小触发电最小触发电 压压 损坏损坏 大功率浪涌保护系列大功率浪涌保护系列- - - - 8x208x208x208x20 s,s,s,s, 10 x100010 x100010 x100010 x1000 s,s,s,s, 等等。等等。 气体放电电子管GDT慢一般高大75V不 晶闸管浪涌保护器件TSPD一般好中小80V不 瞬态电压抑制器TVS快好低小未知不 金属氧化物压敏电阻MOV一般差中小未知会 高速的浪涌保护系列高速的浪涌保护系列 ESDESDESDESD