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來源：EETOP 硬漢（論壇usrname:ICNO.1） 的博客 地址：http://www./blog/?xhsir520 之前一篇文章《保護(hù)電路系列之防反接》介紹了輸入電源的防反接設(shè)計,，主要是利用二極管和MOS管來設(shè)計電路，在應(yīng)用中我們利用一些無源器件來進(jìn)行保護(hù)防護(hù)設(shè)計更多,，尤其是在EMC設(shè)計中,。今天來認(rèn)識幾種重要的無源防護(hù)器件，主要針對這些器件在電源端口的防護(hù)設(shè)計中的應(yīng)用,。 一,、器件介紹 1,、氣體放電管GDT GDT的原理就是利用高壓時氣體電離產(chǎn)生弧光放電來進(jìn)行高壓泄放，可以理解為一個高壓控制的開關(guān)管,。具體放電過程如上圖：正常時處于高阻狀態(tài),，有高壓時開始進(jìn)入輝光狀態(tài)，電流增大,，進(jìn)入弧光放電狀態(tài),，類似導(dǎo)通。GDT導(dǎo)通時電壓很低約為20~50V,，因此可以保護(hù)后級電路,，主要用于雷擊浪涌的高壓保護(hù)。 主要參數(shù)： 這里總結(jié)GDT的幾個應(yīng)用特點(diǎn)： 1.1 通流量大,，能達(dá)到上百KA,。 1.2 響應(yīng)時間慢。因為管內(nèi)的氣體電離需要時間,，一般在幾百nS,。 1.3 絕緣電阻高，一般達(dá)到1GΩ,。因此漏電流小,。 1.4 寄生電容小，只有幾PF,，因此對高速信號影響小,。 1.5 存在直流續(xù)流電壓。就是導(dǎo)通后依靠低壓依然有電流通過,。 1.6 多次放電后性能下降,，需要更換,，因為電離的原因,。 2、壓敏電阻MOV金屬氧化物壓敏電阻顧名思義就是電阻響應(yīng)一定電壓值,，工作原理是通過在高壓狀態(tài)下進(jìn)行,。 插件MOV的制作： 響應(yīng)波形： 主要參數(shù)： MOV應(yīng)用的幾個特點(diǎn)： 2.1 通流量較大，一般在數(shù)十KA,。 2.2 殘壓較高,，因此需要配合其他次級保護(hù)器件。 2.3 DC漏電流小,。 2.4 寄生電容較大,，在nF左右,，因此高速信號限制使用,，交流時漏電流較大。 2.5 反應(yīng)時間較快,，在數(shù)十nS級別。 2.6 使用壽命較短,，損壞模式短路較多,。 3、熱敏電阻PTC 熱敏電阻主要是串在電路中進(jìn)行大電流保護(hù)（這里是指過流保護(hù)用的PTC）,，基本原理就是過流發(fā)熱導(dǎo)致電阻急劇增大阻斷通路,。高分子PTC熱敏電阻是由聚合物基體和使其導(dǎo)電的碳黑粒子組成。由于這種材料具有一定的導(dǎo)電能力,，因而其上會有電流通過,。當(dāng)有過電流通過熱敏電阻時，產(chǎn)生的熱量將使其膨脹,，從而碳黑粒子將分離,、其電阻將上升，而且上升速度很快,。主要參數(shù)及選型： 應(yīng)用特點(diǎn)： 3.1 響應(yīng)速度一般,。 3.2 通流量一般，主要用于短路保護(hù),。 3.3 焊接時注意高溫導(dǎo)致?lián)p壞,。 4、穩(wěn)壓管ZENER穩(wěn)壓管的工作原理就是利用PN結(jié)反向擊穿時電壓基本不變的特性,。 主要說一說穩(wěn)壓二極管和普通二極管有何不同：穩(wěn)壓二極管在反向擊穿后能夠穩(wěn)壓在于其對擊穿電流進(jìn)行了限制,，而且穩(wěn)壓二極管的斜率更陡峭?；緟?shù)也比較簡單,，主要考慮工作電壓和電流，有些應(yīng)用場合需要注意漏電流,。
5,、半導(dǎo)體放電管TSS TSS是一種相對特殊的保護(hù)器件，當(dāng)外加電壓低于其不動作 電壓VDRM時,，管子的漏電流極小,，相當(dāng)于斷路；當(dāng)外電 壓繼續(xù)加大時,，開始發(fā)生擊穿（類是于二級管）,；當(dāng)外電 壓進(jìn)一步加大后，管子的兩端變成導(dǎo)通狀態(tài),，相當(dāng)于短 路,，可以泄放很大的電流；當(dāng)外電壓撤去以后,，管子即可 恢復(fù)斷態(tài),。
應(yīng)用特點(diǎn)：
最重要的應(yīng)用注意事項是應(yīng)用在有源應(yīng)用中必須加限流電阻,，保證系統(tǒng)工作電流和短路電流小于維持電流IH，否則TSS就會一直導(dǎo)通,。 6,、瞬態(tài)抑制二極管TVS TVS可以說是EMC防護(hù)器件中最好用的器件之一，主要是響應(yīng)速度快,，對ESD等作用顯著,。
基本參數(shù)：
應(yīng)用特點(diǎn)： 6.1 響應(yīng)快 ns級 6.2 漏電流較大 6.3 通流量較小 7、玻璃氣體放電管SPG 玻璃放電管,將半導(dǎo)體Si集成在氣體放電管里,，使該產(chǎn)品集氣體放電管的大浪涌電流和半導(dǎo)體的高速響應(yīng)于一體,，克服了原氣體放電管響應(yīng)速度慢（μs級）和半導(dǎo)體管耐浪涌電流弱的缺點(diǎn)、具有響應(yīng)速度快（ns級）,、耐沖擊,、性能穩(wěn)定、重復(fù)性好和壽命長等優(yōu)點(diǎn),，但是玻璃易碎,，總體而言玻璃氣體放電管處于陶瓷氣體放電管和TVS之間。具體使用方式和GDT類似,。
8,、自恢復(fù)保險絲PPTC自恢復(fù)保險絲在保護(hù)電路中應(yīng)用很多，PPTC經(jīng)過特殊處理的聚合樹脂(Polymer)及分布在里面的導(dǎo)電粒子(Carbon Black)組成,。在正常操作下聚合樹脂緊密地將導(dǎo)電粒子束縛在結(jié)晶狀的結(jié)構(gòu)外,，構(gòu)成鏈狀導(dǎo)電電通路，此時的自復(fù)保險絲為低阻狀態(tài)(a),，線路上流經(jīng)自復(fù)保險絲的電流所產(chǎn)生的熱能小,，不會改變晶體結(jié)構(gòu)。當(dāng)線路發(fā)生短路或過載時,，流經(jīng)自復(fù)保險絲的大電流產(chǎn)生的熱量使聚合樹脂融化,， 體積迅速增長，形成高阻狀態(tài)(b),，工作電流迅速減小，從而對電路進(jìn)行限制和保護(hù)
應(yīng)用要點(diǎn)：
9,、高壓電容電容在保護(hù)應(yīng)用中主要是用來處理EMC問題,，利用電容的耦合特性進(jìn)行高頻干擾的泄放。共模干擾和差模干擾：
電容的應(yīng)用：
10,、感性器件感性器件在電路保護(hù)中也有很多應(yīng)用,，如變壓器,，磁珠，磁環(huán),，差共模電感等,。 10.1 磁珠磁珠的主要材料是鐵氧體，就是鐵鎂合金或者鐵鎳合金,。典型特點(diǎn)就是高頻損耗非常大,。鐵氧體抑制元件廣泛應(yīng)用于印制電路板、電源線和數(shù)據(jù)線上,，如在印制板的電源線入口端加上鐵氧體抑制元件,，就可以濾除高頻干擾。鐵氧體磁環(huán)或磁珠專用于抑制信號線,、電源線上的高頻干擾和尖峰干擾,，它也具有吸收靜電放電脈沖干擾的能力。
應(yīng)用要點(diǎn)：靠近保護(hù)點(diǎn),。100M阻抗值,。DCR直流阻抗，影響電源線,。額定電流,，在電源濾波時注意使用。 10.2 共模電感
共模電感(Common mode Choke),，也叫共模扼流圈,，常用于開關(guān)電源和高速差分信號中過濾共模干擾噪聲。根據(jù)應(yīng)用場合可以分為電源端口EMI濾波用和信號端口EMI濾波用,，信號口共模電感的共模阻抗很高,，但是差模阻抗比較低，可以應(yīng)用在高速信號端口,。工作原理：
特性曲線：
規(guī)格參數(shù):
二,、應(yīng)用設(shè)計 上面介紹了一些常用的防護(hù)器件，那么在輸入電源端口的保護(hù)中如何進(jìn)行組合應(yīng)用
交流220V接口的防護(hù)設(shè)計: 保險絲進(jìn)行大電流保護(hù),，GDT和MOV進(jìn)行浪涌保護(hù),，GDT隔離MOV避免MOV的漏電流問題。GDT導(dǎo)通后壓降在20-50V左右,，通過MOV通流,，GDT漏電流小，寄生電容小,。X/Y電容進(jìn)行差模共模干擾濾除,，共模電感也是進(jìn)行共模干擾濾除。
直流輸入端口的防護(hù)設(shè)計： 基本思路如上,，差別主要在于參數(shù)的選擇,。 小結(jié)：實(shí)際上電源輸入端口的防護(hù)設(shè)計看起來類型比較簡單,，無非就是幾種防護(hù)器件的組合應(yīng)用，我們實(shí)際設(shè)計中是沒有標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的,，也不可能一味的堆疊器件,，因此首先還是要考慮應(yīng)用場合，譬如電源端口安全隱患是否大（容易誤插等）,，室內(nèi)還是室外,，電磁環(huán)境是否復(fù)雜（設(shè)備附近有大電機(jī)），以及后級電路是否敏感脆弱等,?？赡芤粋€TVS就可以解決了EMC的防護(hù)問題，也可能因為系統(tǒng)布線等問題導(dǎo)致電源的傳導(dǎo)騷擾繞過了端口等,。因此解決電源端口的防護(hù)設(shè)計問題依然還是要設(shè)計加驗證,，仔細(xì)考慮詳細(xì)的器件參數(shù)，綜合評估給出方案,，但是萬變不離其宗,，理解了基礎(chǔ)才有長袖善舞的可能。 |
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