便利的生活環境離不開各類功能性系統,以小碩的角度出發,小碩是專業的電子保護器件供應商,接觸最多的當屬電子系統,隨著電子系統的復雜性和集成度越來越高,電子系統對可靠性、穩定性和安全性的要求也越來越高,電路防護方案的設計也成為電子工程師的關注重點。在電路保護設計中,電路保護器件的選擇和應用是否合理,將直接影響電子系統電路保護方案的保護效果。
電子系統中應用最多的當屬過壓器件,本篇小碩就以自身十年以上的從業經驗來詳細介紹這六種常見過壓器件的工作原理以及選型要點。
過壓保護器件多用于保護后續電路免受甩負載或瞬間高壓的破壞,常用的過壓保護器件有壓敏電阻、瞬態電壓抑制器、ESD靜電二極管和陶瓷放電管、玻璃放電管以及半導體放電管等防雷器件。
壓敏電阻的工作原理:
它相當于一個可變電阻,它是并聯于電路中的。當電路在正常使用時,壓敏電阻的阻抗很高,漏電流很小,可視為開路,對電路幾乎沒有影響。但當一很高的突波電壓到來時,壓敏電阻的電阻值瞬間下降(它的電阻值可以從MΩ(兆歐)級變到mΩ(毫歐)級),使它可以流過很大的電流,同時將過電壓箝位在一定數值。
瞬態電壓抑制器的工作原理:
器件并聯于電路中,當電路正常工作時,它處于截止狀態(高阻態),不影響線路正常工作,當電路出現異常過壓并達到其擊穿電壓時,它迅速由高阻態變為低阻態,給瞬間電流提供低阻抗導通路徑,同時把異常高壓箝制在一個安全水平之內,從而保護被保護IC或線路;當異常過壓消失,其恢復至高阻態,電路正常工作。
ESD靜電二極管的工作原理:
器件并聯于電路中,當電路正常工作時,它處于截止狀態 (高阻態),不影響線路正常工作,當電路出現異常過壓并達到其擊穿電壓時,它迅速由高阻態變為低阻態,給瞬間電流提供低阻抗導通路徑,同時把異常高壓箝制在一個安全水平之內,從而保護被保護IC或線路;當異常過壓消失,其恢復至高阻態,電路正常工作。
陶瓷放電管的工作原理:
器件并聯在電路上,器件不動作時,阻值很高,等效電容低,可視為開路,對電路幾乎沒有影響。當有異常脈沖時,達到動作電壓值后內阻瞬間下降,并釋放電流。當異常高壓消失,就會自動恢復到高阻狀態,電路正常工作。
玻璃放電管的工作原理:
當其兩端電壓低于放電電壓時,玻璃放電管是一個絕緣體。當其兩端電壓升高到大于放電電壓時,產生弧光放電,氣體電離放電后由高阻抗轉為低阻抗, 使其兩端電壓迅速降低。玻璃放電管受到瞬態高能量沖擊時,它能以10^-9秒量級的速度,將其兩極間的高阻抗變為低阻抗,通過高達千安量級的浪涌電流。
半導體放電管的工作原理:
器件并聯在電路上,器件不動作時,阻值最高,可視為開路,對電路幾乎沒有影響。當有異常脈沖時,阻值瞬間下降,瞬間釋放電流。當異常高壓消失,其恢復到高阻狀態,電路正常工作。
作為一個能夠獨立為客戶提供防護方案的FAE電子工程師,僅僅知道各類電子元器件、電子保護器件的工作原理是不夠的,因為要設計出一個防護等級滿足產品需求的電路防護方案還必須要遵循各類電子保護器件的選型規則。在上一篇中,小碩有詳解介紹過六種常見過壓器件的工作原理,下面就接著由小碩為大家介紹這六種常見過壓器件的選型要點:
過壓保護器件選型應注意以下四個要點:
1)關斷電壓Vrwm的選擇。
2)箝位電壓VC的選擇。
3)浪涌功率Pppm的選擇。
4)極間電容的選擇。
壓敏電阻的選型規則:
DC(工作電壓)>1.5*AC(電路中的工作電壓)
壓敏電阻的工作環境,應該在技術條件規定的范圍以內:
環境溫度:-40C~+85 ℃ ;
相對濕度:+40±2℃時,最大可達96% ;
大氣壓力:達8.5KPa。
瞬態電壓抑制器的選型規則:
VRMW(斷態電壓)≥V工作
VBR(擊穿電壓)>V工作*1.2倍~1.4倍
ESD靜電二極管的選型規則:
Vdrw≥電路上的工作電壓
根據應用端口,防護等級選擇貼片壓敏或者是二極管,根據傳輸頻率選擇電容值,頻率越高,器件的容值就要越低,容值太大容易造成信號丟包,因此,一定要根據自身需求選擇最適合的ESD。
陶瓷放電管的選型規則:
DCmin>1.2*AC
玻璃放電管的選型規則:
①玻璃放電管既可以用作電源電路的保護,也可以用作信號電路的保護;既可以用作共模保護,也可以用作差模保護。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的最小值應大于可能出現的最高電源峰值電壓或最高信號電壓的1.2倍以上。
③在有可能出現續流的地方(如電源電路)使用時,必須串聯限流電阻或 自恢復保險絲,防止玻璃放電管擊穿后長時間導通而損壞。
半導體放電管的選型規則:
Vdrw>電路上的工作電壓 |