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有源瞬变高压保护器(08-100)

—— Active High-Voltage Transient Protectors
作者:时间:2009-02-25来源:电子产品世界

  前言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/91699.htm

  绝大多数电子系统需要过压、电池反接和瞬变保护。这些强干扰会降低系统性能、使功能失常、甚至损坏电子部件。例如,在汽车电子系统中,电子模块是由汽车电池直接或间接供电的,即便在正常工作条件下也会产生各种电气干扰,并通过导线以传导、耦合和辐射方式影响各模块中的电子部件。干扰源包括点火系统、电机、开关抖动以及“负载泵”效应(即直流马达工作时切断电源所产生的电压)等。负载泵效应可持续几百毫秒,电压超过100V。另一个危害是汽车起动时,起动器会让电源电压从12V突然降至5V,至少能持续数十毫秒,使电子系统瞬时不能工作。最后,一些误操作,比如电池接反了,也是要考虑到的。

  标准分立器件

  在电路板一级,用来箝制电压的常用器件有:

  ·压敏电阻(Varistor):压敏电阻是一种非线性电阻元件,电阻值随电压而变,在高于某个阻值时,电阻突然降低,从而使过电压箝位在一定值。它的功能类似于两个背靠背的稳压二极管,因而能箝制正电压,也能箝制负电压。外面用环氧树脂包封。由于它的突波承受能力取决于它的物理尺寸,因而有可能获得较高的浪涌电流值,但在接近击穿电压处漏电较大,且击穿电压随流过的电流而稍有增加。还有一点要注意,压敏电阻可靠性较差,易老化。严格地说,它是一次性使用的,因为受到过压冲击后,其内部结构发生不可逆的变化。

  ·瞬变电压抑制二极管(TVS):这是一种在稳压二极管基础上发展起来的产品。当TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时,它能以极高速度使其阻抗骤然降低,同时吸收一个大电流,将其两端间电压箝位在一个预定的数值上,从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。TVS的电路符号与普通稳压二极管相同,它的正向特性与普通二极管相同,反向特性为典型的PN结雪崩器件。由于它具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流小、箝位电压较易控制、体积小等优点,目前已广泛地使用。

  传统保护电路

  一种简单而又经济实用的保护敏感电路的方法如图1(a)所示,即在负载处并联一个箝位元件,如TVS二极管,前面再串联一个保险丝。TVS二极管能将瞬变过压箝制在击穿电压;对瞬变反向电压或稳态负电夺,TVS偏置在正向,限制在1V以下,从而也保护了下游电路。如果正向或反向电压持续时间过长,保险丝将被烧毁。

 

  图1(a) 过压保护电路                               图1(b) 过压和电池接反保护电路      图1(c) 压敏电阻保护电路

  为了使电路能连续地工作,可用一个二极管来替代保险丝,变成图1(b)形式。串联的二极管D1能防止电池接反而损坏电路元件,也能保护大于TVS二极管D2击穿电压的脉冲过压对器件可能造成的损害,这时相当于串联了一个限流二极管。请注意,D1的反向击穿电压应大于最大可能的负瞬变电压。

  出于体积小、功耗高的考虑,在电路板面积有限、电路元件对正、负过压有一定容限的应用,也常用压敏电阻来替代TVS二极管D2,如图1(c)。对于正、负过压脉冲,只要大于它的击穿电压,都能起到保护作用。

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关键词: 有源 高压保护器

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