想要确保电子设备安全可靠地运行,尽量避免外界环境或内部系统故障的影响,需要在产品设计之初就准备相应的“预案”,在这些“预案”中,防止系统因受到过流或过压等意外的大能量冲击而损坏,是必不可少的一条,这就需要开发者在产品设计时将电路保护的功课做足。

关键的电路保护,谁来实现?

目前市场上可供使用的电路保护产品有很多类型,它们各具特点,在电路保护中扮演着不同的角色。

过流保护

过流保护的目的就是,当电路中的电流超过预定最大值时,能够及时切断电流的通路,避免其对后面的电路和元器件造成冲击。市面上最常见的过流保护元件有两种:

保险丝:它是通过让电流产生的热量将自身熔断切断电流的方式,阻断瞬变大电流,其电路设计简单,成本低,特别适合于对安全最为敏感的系统和电路的保护。

PPTC自恢复保险丝:在低温时,PPTC呈低阻状态;而遭遇过流时,大电流产生的热量会改变PPTC内部高分子聚合物材料的状态,快速转变为高阻状态,阻止电流的通过;当断电排除引起过流的故障后,电路恢复到正常状态时,PPTC又会重新恢复到低阻状态,导通电路。这种可以反复使用的特性,使PPTC有別于保险丝这种一次性元件,减少了物料替换和维修的成本,因此它适合于那种会经常性受到过流威胁且需要保持系统运行连续性的应用,或是不方便维修更换零部件的场合。

过压保护

过压保护元器件的任务是,当电路中出现一个超过预定的最大值时,可以快速建立一个通道将其能量泄放掉,保护后级的电路和敏感元器件不受伤害。过压保护的产品更为多样。

气体放电管(GDT):其通常是在一个玻璃或陶瓷封装的元件内注入气体,当元件两端金属电极间出现一个超出额定值的瞬态高电压时,会将气体击穿形成导电通路,泄放能量。GDT可以耐受20kA的浪涌电流,适用于浪涌能量较高的初级电源防护;由于气体放电管是一种间隙式的保件器件,其电容值很低(低至1pF),适合于一些高速数据通信线路的保护。

金属氧化物压敏电阻(MOV):它是一种随电压而变化的非线性电阻器,电压升高时快速导通,其结构像一个背对背串连的齐纳二极管,可以吸收很大瞬变能量,适合于一些高能量的应用,如次级AC电源线的过压保护。

多层压敏电阻(MLV):和MOV同属于压敏电阻,不过MLV可采用表面封装的紧凑外形,通常为小型化和便携式的产品提供ESD静电防护。

瞬变电压抑制二极管(TVS):它也是利用一个背对背串连的PN结架构实现电压的箝位,和常规二极管相比TVS的PN结横截面要大很多,可以允许更大的能量通过。由于是一个固态半导体器件,TVS箝位响应速度非常快,性能参数也更加稳定。在应用中,除了浪涌能量较高的初级电源线保护外,TVS可用于广泛的过压保护场景。

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