保護(hù)元器件選型說明 (2)課件

SpecialistovervoltageProtector元器件產(chǎn)品說明一、產(chǎn)品分類二、主要應(yīng)用領(lǐng)域三、各種防雷元器件介紹四、應(yīng)用案例一、產(chǎn)品分類：過壓保護(hù)元器件過流保護(hù)元器件

過壓保護(hù)元器件

按其作用機(jī)理可分為二大類：1、開關(guān)型元件：陶瓷氣體放電管強(qiáng)效放電管半導(dǎo)體放電管共同特點(diǎn)是：

①擊穿（導(dǎo)通）前相當(dāng)于開路，電阻很大，幾乎沒有漏電流②擊穿（導(dǎo)通）后相當(dāng)于短路，可通過很大的電流，壓降很?、勖}沖通流容量（峰值電流）很大：陶瓷氣體放電管的8/20μs波（短波）峰值電流常用的有5kA、10kA、20kA、40KA、60KA，更大的，達(dá)100kA、200KA以上；玻璃放電管（強(qiáng)效放電管）的8/20μs波（短波）峰值電流現(xiàn)有500A、1kA、3kA三種；半導(dǎo)體過電壓保護(hù)器的10/1000μs波（長(zhǎng)波）峰值電流在幾十至上百A之間。④除了個(gè)別半導(dǎo)體過電壓保護(hù)器外，它們都具有雙向?qū)ΨQ特性⑤陶瓷氣體放電管和玻璃放電管（強(qiáng)效放電管）的電容都很小，在3pF以下。⑥玻璃放電管（強(qiáng)效放電管）和半導(dǎo)體過電壓保護(hù)器的響應(yīng)速度都很快，小于ns量級(jí)。2、限壓型（箝壓）元件壓敏電阻（MOV）TVSDIODE（瞬態(tài)電壓抑制二極管）TVS/ESDARRAYCOMPONENT特點(diǎn)：它們不象開關(guān)元件類具有開關(guān)特性，而是象穩(wěn)壓二極管那樣具有穩(wěn)壓特性。當(dāng)外加電壓小于其導(dǎo)通電壓時(shí)，它具有很大的內(nèi)阻，因而漏電流很小；當(dāng)外加電壓大于其導(dǎo)通電壓時(shí)，其內(nèi)阻急劇減小，可以流過很大的電流，而其兩端的電壓卻基本上維持不變，只有些微上升。壓敏電阻與TVS管的差別在于：壓敏電阻能承受更大的浪涌電流，而且其體積越大所能承受的浪涌電流越大，最大單體可達(dá)幾70kA；但壓敏電阻易老化，大電流時(shí)限制電壓較高，低電壓時(shí)漏電流較大。TVS管的非線性特性和穩(wěn)壓管一樣，擊穿前漏電流很小，擊穿后是標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)壓特性，抑制電壓能力特別強(qiáng)，限制電壓（最大箝位電壓）較低，但通流能力較小。再有就是反應(yīng)速度不同，TVS管的反應(yīng)速度很快，為1ps級(jí)，而壓敏電阻反應(yīng)速度較慢，為25nS級(jí)。另外，兩者的電容都較大（TVS管有低電容產(chǎn)品）。過流保護(hù)元件

（PPTC）PPTC：自恢復(fù)保險(xiǎn)絲是一種正溫度系數(shù)熱敏電阻，當(dāng)流過它的電流小于其保持電流IH時(shí)（溫度較低），它的阻值很小，近似于短路；當(dāng)流過它的電流超過其觸發(fā)電流IT時(shí)（溫度升高），它的阻值急劇增大，從而阻斷電流的侵入或者阻斷信號(hào)的續(xù)流，但由于熱惰性，反應(yīng)速度很慢，（流過的電流越大，反應(yīng)越快）；若能同時(shí)與過壓保護(hù)器件配合使用既其到過壓保護(hù)又起到過流保護(hù)，是比較理想的配合保護(hù)方案。三、各種防雷（電涌）元器件介紹壓敏電阻

（MOV）1、概述：壓敏電阻是一種用得最多的限壓器件?，F(xiàn)在大量使用的是氧化鋅（ZnO）壓敏電阻，屬于半導(dǎo)體電阻器的一種。由于它的電壓系列齊全（12V～1800V）、通流量大小兼?zhèn)洌◤膸装貯到幾十kA，甚至上百kA），適合于用在各種交直流電源電路和低頻信號(hào)/控制電路中作浪涌防護(hù)。它的封裝形式主要有圓片形和方片形兩大類，圓片形的基體直徑有Ф5、Ф7、Ф10、Ф14、Ф20、Ф25、Ф32、Ф40、Ф53等幾種，方片形的主要是34×34mm的被銀裸片。2、特性：

顧名思義，壓敏電阻是一種“電阻值對(duì)電壓敏感”的電阻器。隨著加在它上面的電壓不斷增大，它的電阻值可以從MΩ（兆歐）級(jí)變到mΩ（毫歐）級(jí)。其典型伏安特性如下圖所示：壓敏電阻的主要特性參數(shù)①壓敏電壓UN：通常以在壓敏電阻上通過1mA直流電流時(shí)的電壓來表示其是否導(dǎo)通的標(biāo)志電壓，這個(gè)電壓就稱為壓敏電壓UN。壓敏電壓也用符號(hào)U1mA表示。壓敏電壓的誤差范圍一般是±10%。②最大持續(xù)工作電壓UC：指壓敏電阻能長(zhǎng)期承受的最大交流電壓(有效值)Uac或最大直流電壓值Udc。一般Uac≈0.64U1mA,Udc≈0.83U1mA。③通流量（最大沖擊電流）Im：指壓敏電阻能夠承受的8/20μs波的最大沖擊電流峰值表中“標(biāo)準(zhǔn)”指標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，“高能”指高焦耳系列產(chǎn)品）。電阻體尺寸mmФ5Ф7Ф10Ф14Ф20Ф25Ф32Ф40Ф53Ф34*34ImkAUN≤68V標(biāo)準(zhǔn)0.10.250.5124.58122012高能0.250.5123----------UN≥82V標(biāo)準(zhǔn)0.41.22.54.56.52025407040高能0.81.753.561020254070--④限制電壓（箝位電壓）Uc：技術(shù)規(guī)格書中給出的箝位電壓值是指給壓敏電阻施加IX（A）的8/20μs波沖擊電流時(shí)，壓敏電阻上呈現(xiàn)的電壓。實(shí)際使用中，壓敏電壓越高，施加的沖擊電流越大，限制電壓（或稱殘壓）就越高⑥非線性指數(shù)α：指電壓的變化對(duì)電流的影響能力，可用公式表示為：

使用指導(dǎo)：電源產(chǎn)品及電源防雷器的可靠性、安全性在很大程度上依賴于壓敏電阻的正確使用，以下原則可供使用參考。特別要指出的是，在電涌設(shè)計(jì)中還要考慮各個(gè)地方的電源質(zhì)量差別、雷擊頻度和強(qiáng)度的差別、被保護(hù)設(shè)備的安裝使用情況和沖擊耐受能力等的差別，不能用一個(gè)公式照搬照套。設(shè)計(jì)好的防雷保護(hù)裝置必須在現(xiàn)場(chǎng)使用條件下或盡可能接近真實(shí)情況的模擬條件下進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。①壓敏電壓的計(jì)算：一般可用下式計(jì)算：U1mA=KUsp/（1-a）（1-b）式中：K為與電源質(zhì)量有關(guān)的系數(shù)，一般取K=（1.1～1.6）,電源質(zhì)量較好的城市可取小些，電源質(zhì)量較差的農(nóng)村（特別是山區(qū)）可取大些。Usp為電源電壓峰值，對(duì)交流電源Usp=√2Uac（有效值），對(duì)直流電源Usp=Udc。a為老化系數(shù)，一般取0.15。b為壓敏電壓公差值，一般為0.1。按以上公式計(jì)算，220V交流電源防雷器應(yīng)選用壓敏電壓為510V～620V的壓敏電阻較合適。選用壓敏電壓高一點(diǎn)的，可以降低故障率，延長(zhǎng)使用壽命。③壓敏電阻的并聯(lián)：當(dāng)一個(gè)壓敏電阻滿足不了標(biāo)稱放電電流的要求時(shí)，可采用多個(gè)壓敏電阻并聯(lián)使用。同時(shí)也降低限制電壓陶瓷氣體放電管1、概述：陶瓷氣體放電管是防雷(電涌）保護(hù)設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的一種開關(guān)器件，無論是交直流電源的防雷還是各種信號(hào)電路的防雷，都可以用它來將雷電流泄放入地。其主要特點(diǎn)是：放電電流大，極間電容?。ā?pF），絕緣電阻高（≥10GΩ），擊穿電壓分散性較大，反應(yīng)速度稍慢。按電極數(shù)分，有二極放電管和三極放電管（相當(dāng)于兩個(gè)二極放電管串聯(lián)，公共接點(diǎn)接地）兩種。其外形為圓柱形,有帶引線和不帶引線兩種結(jié)構(gòu)形式。陶瓷氣體放電管的主要特性參數(shù)①直流擊穿電壓VSdc：在放電管上施加100V/s的直流電壓時(shí)的擊穿電壓值。這是放電管的標(biāo)稱電壓，常用的有75V、90V、150V、230V、350V、470V和600V、800V、1500、2500、3KV等幾種。其誤差范圍：一般的為±20%②脈沖（沖擊）擊穿電壓VSP：在放電管上施加1kV/μs的脈沖電壓時(shí)的擊穿電壓值。因反應(yīng)速度較慢，脈沖擊穿電壓要比直流擊穿電壓高得多。使用指導(dǎo)①在快速脈沖沖擊下，陶瓷氣體放電管氣體電離需要一定的時(shí)間（一般為100nS），因而有一個(gè)幅度較高的尖脈沖會(huì)泄漏到后面去。若要抑制這個(gè)尖脈沖，有以下幾種方法：a、在放電管后串聯(lián)電感或留一段長(zhǎng)度適當(dāng)?shù)膫鬏斁€，使尖脈沖衰減到較低的電平；b、采用兩級(jí)保護(hù)電路，以放電管作為第一級(jí)，以TVS管或半導(dǎo)體過電壓保護(hù)器作為第二級(jí)，兩級(jí)之間用電阻、電感或自恢復(fù)保險(xiǎn)絲隔離。②直流擊穿電壓VS的選擇：直流擊穿電壓VS的最小值應(yīng)大于可能出現(xiàn)的最高電源峰值電壓或最高信號(hào)電壓的1.2倍以上。③續(xù)流問題：為了使放電管能正常熄弧，在有可能出現(xiàn)續(xù)流的地方，可以在放電管上串聯(lián)壓敏電阻或自恢復(fù)保險(xiǎn)絲等限制續(xù)流TVS管1、概述：TVS管是瞬態(tài)電壓抑制器（TransientVoltageSuppressorDiode）的簡(jiǎn)稱，它的特點(diǎn)是：響應(yīng)速度特別快（為ps級(jí)），耐浪涌抑制電壓能力特強(qiáng)，其脈沖功率從幾百瓦～幾十千瓦，脈沖峰值電流從幾安～幾百安。它的擊穿電壓有從幾伏～幾百伏，可達(dá)600V的系列值，便于各種不同電壓的電路使用。它的封裝形式有同軸引線型與貼片型兩大類。貼片型有：SMAJ（400W）、SMBJ（600W）、SMCJ（1500W）、SMDJ（3000W）系列，同軸引線型有：P4KE（400W）、SA（500W）、P6KE（600W）、1.5KE(1500W)、5KP（5000W）、15KW、20KW、30KW系列和低電容的SAC（500W，50pF）、LCE（1500W，100pF）系列。

TVS管有單向與雙向之分（單向的型號(hào)后面的字母為“A”，雙向的為“CA”），單向TVS管的特性與穩(wěn)壓二極管相似，雙向TVS管的特性相當(dāng)于兩個(gè)穩(wěn)壓二極管反向串聯(lián)，特性曲線見下圖。其主要特性參數(shù)有：①反向斷態(tài)電壓VRWM：表示TVS管不導(dǎo)通的最高電壓，在這個(gè)電壓下只有很小的漏電流IR。②擊穿電壓VBR：TVS管通過規(guī)定的測(cè)試電流IT時(shí)的電壓，這是表示TVS管導(dǎo)通的標(biāo)志電壓。TVS管的擊穿電壓有±5%的誤差范圍。③脈沖峰值電流IPP：TVS管允許通過的10/1000μs波的最大峰值電流。在同一個(gè)系列中，擊穿電壓越低的管子允許通過的峰值電流越大。④最大箝位電壓VC：TVS管流過峰值電流IPP時(shí)所呈現(xiàn)的電壓。使用指導(dǎo)①TVS管使用時(shí)一般并聯(lián)在被保護(hù)電路上。為了限制流過TVS管的電流不超過管子允許通過的峰值電流IPP，應(yīng)在線路串聯(lián)加限流元件，如電阻、自恢復(fù)保險(xiǎn)絲、電感等。②截止電壓Vrm的選擇：TVS管的截止電壓應(yīng)至少大于線路上最高工作電壓或信號(hào)電平電壓③脈沖峰值電流IPP的選擇：當(dāng)TVS管單獨(dú)使用時(shí)，要根據(jù)線路上可能出現(xiàn)的最大浪涌電流來選擇合適的型號(hào)。當(dāng)TVS管在放電管后作為第二級(jí)保護(hù)時(shí)，一般要用600W以上TVS管。④用于信號(hào)傳輸電路保護(hù)時(shí)，一定要注意所傳輸信號(hào)的頻率或傳輸速率。當(dāng)信號(hào)頻率或傳輸速率較高時(shí)應(yīng)選用低電容系列的管子：信號(hào)頻率（傳輸速率）≥10MHz（Mb/s），Cj≤60pF；信號(hào)頻率（傳輸速率）≥100MHz（Mb/s），Cj≤25pF。當(dāng)?shù)碗娙菹盗腥詽M足不了要求時(shí)，就應(yīng)把TVS管串聯(lián)到高速二極管組成的橋路中，如下圖所示?？焖倩謴?fù)二極管橋TVS管Line2Line1半導(dǎo)體過電壓保護(hù)器1、概述：半導(dǎo)體過電壓保護(hù)器是根據(jù)可控硅原理采用離子注入技術(shù)生產(chǎn)的一種新型保護(hù)器件，具有精確導(dǎo)通、快速響應(yīng)（響應(yīng)時(shí)間ns級(jí)）、浪涌吸收能力較強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)。由于其浪涌吸收能力較TVS管強(qiáng)，可用于代替TVS管。但它的導(dǎo)通特性接近于短路，不能直接用于有源的電路中，在這樣的電路中使用時(shí)必須加限流元件，使其續(xù)流小于最小維持電流。半導(dǎo)體過電壓保護(hù)器有貼片式、直插式和軸向引線式三種封裝形式，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)差共模保護(hù)。特性半導(dǎo)體過電壓保護(hù)器的特性曲線如下圖所示。其特性參數(shù)都已標(biāo)在圖上，有以下幾個(gè)：①關(guān)態(tài)電壓VRM與漏電流IRM：關(guān)態(tài)電壓VRM表示半導(dǎo)體過電壓保護(hù)器不導(dǎo)通的最高電壓，在這個(gè)電壓下只有很小的漏電流IRM。②轉(zhuǎn)折電壓VBO與轉(zhuǎn)折電流IBO：當(dāng)達(dá)到轉(zhuǎn)折電壓VBO（對(duì)應(yīng)的電流為轉(zhuǎn)折電流IBO）時(shí)，半導(dǎo)體過電壓保護(hù)器完全導(dǎo)通，呈現(xiàn)很小的阻抗，兩端電壓立即下降到一個(gè)很低的數(shù)值（接近于短路）。③峰值脈沖電流IPP：半導(dǎo)體過電壓保護(hù)器能承受的較大脈沖電流。使用指導(dǎo)

參照TVS管玻璃放電管

（SPARK）

1、概述：玻璃放電管（強(qiáng)效放電管、防雷管）是最新推出的防雷器件，它兼有陶瓷氣體放電管和半導(dǎo)體過電壓保護(hù)器的優(yōu)點(diǎn)：絕緣電阻高（≥100MΩ）、極間電容小（≤0.8pF）、放電電流大（最大達(dá)3kA）、雙向?qū)ΨQ性、反應(yīng)速度快（不存在沖擊擊穿的滯后現(xiàn)象）、性能穩(wěn)定可靠、導(dǎo)通后電壓極低，還有體積小、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是直流擊穿電壓分散性較大（M檔±20%，N檔±30%）。按它的8/20μs波脈沖放電電流IPP的大小分為三個(gè)系列：BK3系列IPP≥500A，BK2系列IPP≥1000A，BK1系列IPP≥3000A特性玻璃放電管的特性曲線與半導(dǎo)體過電壓保護(hù)器相似。主要特性參數(shù)是直流擊穿電壓VS和8/20μs波脈沖放電電流IPP。使用指導(dǎo)①玻璃放電管既可以用作電源電路的保護(hù)，也可以用作信號(hào)電路的保護(hù)；既可以用作共模保護(hù)，也可以用作差模保護(hù)。但只能用在浪涌電流不大于3kA的地方。②直流擊穿電壓VS的選擇：直流擊穿電壓VS的最小值至少應(yīng)大于可能出現(xiàn)的最高電源峰值電壓或最高信號(hào)電壓的1.2倍以上。③在有可能出現(xiàn)續(xù)流的地方，必須串聯(lián)限流電阻或自恢復(fù)保險(xiǎn)絲，防止玻璃放電管擊穿后長(zhǎng)時(shí)間導(dǎo)通而損壞。自恢復(fù)保險(xiǎn)絲

(PPTC)

1、概述：自恢復(fù)保險(xiǎn)絲是一種正溫度系數(shù)聚合物熱敏電阻。正常時(shí)阻值很小,近似于短路，當(dāng)電路出現(xiàn)過流使它的溫度升高時(shí)，阻值急劇增大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，從而使電路中的電流減小到安全值以下，其效果與開關(guān)元件類似，只是動(dòng)作速度較慢。它有三種封裝形式：引線型（圓片或方片）、薄片型（帶形）和貼裝型特性

自恢復(fù)保險(xiǎn)絲的主要特性參數(shù)有以下幾個(gè)：①保持電流IH：不會(huì)使電阻值突變的最大電流。②觸發(fā)電流IT：能使電阻值突然變大的最小電流。③動(dòng)作時(shí)間Ttrip：通過5IH（LP系列）或3IH或規(guī)定電流（其它系列）的最大動(dòng)作時(shí)間。電流越大或/和溫度越