三種常見的電路保護器件介紹
2022-05-18 14:15:00
電路保護主要有兩種形式:過壓保護和過流保護。選擇適當?shù)碾娐繁Ｗo器件是實現(xiàn)高效、可靠電路保護設(shè)計的關(guān)鍵，涉及到電路保護器件的選型，我們就必須要知道各電路保護器件的作用。在選擇電路保護器件的時候我們要知道保護電路不應(yīng)干擾受保護電路的正常行為，此外，其還必須防止任何電壓瞬態(tài)造成整個系統(tǒng)的重復(fù)性或非重復(fù)性的不穩(wěn)定行為。
電路保護最常見的器件有三:GDT、MOV和TVS。
GDT陶瓷氣體放電管
在正常的工作條件下，一只GDT的并聯(lián)阻抗約為1TΩ ，并聯(lián)電容為1pF以下。當施加在GDT兩端的電勢低于氣體電離電壓(即“輝光”電壓)時，GDT的小漏電流(典型值小于1 pA)和小電容幾乎不發(fā)生變化。一旦GDT達到輝光電壓，其并聯(lián)阻抗將急劇下降，從而電流流過氣體。不斷增加的電流使大量氣體形成等離子體，等離子體又使該器件上的電壓進一步降低至15V左右。當瞬變源不再繼續(xù)提供等離子電流時，等離子體就自動消失。GDT的凈效果是一種消弧作用，它能在1ms內(nèi)將瞬變事件期間的電壓限制在大約15V以下。GDT的一個主要優(yōu)點是迫使大部分能量消耗在瞬變的源阻抗中，而不是消耗在保護器件或被保護的電路中。GDT的觸發(fā)電壓由信號電壓的上升速率(dV/dt)、GDT的電極間隔、氣體類型以及氣體壓力共同確定。該器件可以承受高達20 kA的電流。
GDT有單極和三極兩種形式。三極GDT是一個看似簡單的器件，能在大難臨頭的關(guān)鍵時刻保持一個差分線對的平衡:少許的不對稱可以使瞬變脈沖優(yōu)先耦合到平衡饋線的某一側(cè)，因而產(chǎn)生一個巨大的差分信號。即使瞬變事件對稱地發(fā)生在平衡饋線上，兩個保護器件響應(yīng)特性的微小差別也會使一個破壞性的脈沖振幅出現(xiàn)在系統(tǒng)的輸入端上。三極GDT在一個具有共用氣體容積的管內(nèi)提供一個差分器件和兩個并聯(lián)器件。造成一對電極導(dǎo)通的任何條件都會使所有三個電極之間導(dǎo)通，因為氣體的狀態(tài)(絕緣狀態(tài)、電離狀態(tài)或等離子狀態(tài))決定了放電管的行為。
它是一種是隨電壓而變化的非線性電阻器。燒結(jié)的金屬氧化物形成一種猶如兩個背對背串接的齊納二極管的結(jié)構(gòu)。在正常工作情況下，MOV的典型漏電流為10 mA量級，并聯(lián)電容約為45 pF。電壓升高到超過MOV閾值，就會使其中一個分布式齊納二極管產(chǎn)生雪崩，因而使該器件對被保護的節(jié)點進行箝位。不斷增加的電流最終使器件兩端的電壓上升--這是大多數(shù)批量材料都有的一個限制因素。
作為一種箝位器件，MOV能大量吸引瞬變能量，而氣體放電管則將瞬變能量耗散在瞬變源阻抗以及瞬變源與被保護節(jié)點之間的電阻中。在容許MOV的漏電和并聯(lián)電容的應(yīng)用場合(如電源、POTS和工業(yè)傳感器)，MOV可配合GDT，對閃電引起的瞬變進行良好的二次防護，因為MOV的觸發(fā)速度要比氣體等離子體避雷器快一個數(shù)量級。反復(fù)出現(xiàn)的過熱應(yīng)力的累積會使MOV過熱，降低其性能。因此，務(wù)必仔細分析你打算支持的瞬變規(guī)范，確定你要求MOV吸收的總能量和最壞情況下的瞬變重復(fù)率，保守地制定器件的規(guī)格。
TVS瞬變電壓抑制器
一個TVS的并聯(lián)電容通常只有幾十皮法，但有些新的TVS的并聯(lián)電容增加了不到10 pF。電壓最低的TVS，其漏電流往往為100mA以上，而工作電壓為12V以上的TVS，其漏電流則為5mA以下。
當前TVS的發(fā)展趨勢是提高集成度，支持高密度便攜設(shè)備。在芯片尺寸封裝中包含多個器件，使節(jié)點間隙更好地匹配被保護的IC或接口連接器。集成的TVS與EMI濾波器可在一個封裝內(nèi)完成兩個關(guān)鍵任務(wù)，并可簡化通過I/O口布放總線的工作。多個TVS封裝因其小巧而成為高密度組件中最常見的保護器件
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