【技術(shù)干貨】浪涌保護(hù)器件的應(yīng)用誤區(qū)

【技術(shù)干貨】浪涌保護(hù)器件的應(yīng)用誤區(qū)

現(xiàn)代電子技術(shù)的不斷發(fā)展，集成電路廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，其抗過(guò)電壓能力差，為了提高設(shè)備的可靠性，必須提高與加強(qiáng)這些設(shè)備防護(hù)過(guò)電壓能力，安裝浪涌保護(hù)器件是解決瞬間過(guò)電壓?jiǎn)栴}的有效方案。如何正確合理的使用浪涌保護(hù)器件，并實(shí)現(xiàn)它們之間的合理配合，從而達(dá)到應(yīng)有的防護(hù)效果，是過(guò)電壓保護(hù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，否則不僅達(dá)不到保護(hù)效果，反而導(dǎo)致一些異常情況。

本文通過(guò)實(shí)際案例，分析說(shuō)明應(yīng)該如何正確合理使用浪涌保護(hù)器件。

一 保護(hù)器件安裝位置

保護(hù)器件在電路中與其他器件的相對(duì)位置不同，對(duì)接口的防浪涌性能影響是不一樣的，保護(hù)器件應(yīng)該靠近接口端放置，防止浪涌進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，若防浪涌器件和其他功能器件如濾波器件、熱敏電阻等共存的場(chǎng)合，優(yōu)先應(yīng)該考慮先防浪涌。

上圖是220V端口的差模、共模浪涌保護(hù)原理圖，同時(shí)使用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻NTC抑制開(kāi)機(jī)瞬間大的沖擊電流。浪涌試驗(yàn)?zāi)�擬波形是1.2/50us&8/20us波形，大部分能量在幾十微秒內(nèi)釋放；在差模浪涌試驗(yàn)中，浪涌電流通過(guò)NTC,然后通過(guò)MOV形成回路，NTC的額定電流一般幾安培，在6000V/3000A組合波試驗(yàn)中，流過(guò)NTC的電流（具體電流值和回路阻抗有關(guān)）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其額定值，多次浪涌沖擊后造成NTC損壞。正確的方法是將壓敏移到NTC前端，使浪涌大電流不經(jīng)過(guò)NTC。Fuse是防止電氣火災(zāi)及保護(hù)設(shè)備的安全，對(duì)于壓敏等器件組成的防護(hù)電路，必須配有保險(xiǎn)絲，以避免發(fā)生安全問(wèn)題，所以保險(xiǎn)絲放置在最前端，但是必須考慮選用合適熱熔值的保險(xiǎn)絲，保證浪涌測(cè)試時(shí)保險(xiǎn)絲不熔斷，電路短路異常時(shí)及時(shí)熔斷。

二  多級(jí)保護(hù)

為了將浪涌電壓限制在被保護(hù)設(shè)備可承受的范圍之內(nèi)，往往需要多級(jí)保護(hù)，當(dāng)進(jìn)行多級(jí)防護(hù)不能簡(jiǎn)單地把不同通流量、不同響應(yīng)速度的器件直接并聯(lián)在一起；下圖一所示就是一個(gè)不合理的應(yīng)用，由于瞬態(tài)電壓抑制器TVS響應(yīng)速度遠(yuǎn)快于壓敏電阻MOV，所以TVS先導(dǎo)通，導(dǎo)通后TVS箝位電壓可能低于壓敏擊穿電壓，壓敏電阻不導(dǎo)通，巨大的浪涌能量會(huì)直接導(dǎo)致耐流能力低的TVS損壞，無(wú)法發(fā)揮MOV通流量大的優(yōu)勢(shì)。如欲達(dá)到壓敏先開(kāi)通，應(yīng)按圖二的方法設(shè)計(jì)，保護(hù)器件之間串聯(lián)一個(gè)元件，可以是電感、電阻、熱敏電阻等，我們稱之為保護(hù)器件的“退耦隔離”，通過(guò)隔離使兩個(gè)保護(hù)器件達(dá)到能量協(xié)調(diào)，第一級(jí)壓敏電阻MOV承受大能量沖擊，第二級(jí)瞬態(tài)電壓抑制器TVS吸收殘余能量，同時(shí)降低殘壓保護(hù)后級(jí)設(shè)備安全。

三 保護(hù)器件寄生參數(shù)

保護(hù)器件兩極間存在固有的電容值，在高速傳輸?shù)男盘?hào)電路中，浪涌保護(hù)時(shí)，必須考慮浪涌保護(hù)器件的電容值，往往忽略這點(diǎn)，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生信號(hào)完整性問(wèn)題。

RS-485通信具有傳輸距離遠(yuǎn)、相對(duì)高的傳輸速率、控制方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制、儀表、通訊設(shè)備等領(lǐng)域。為了保護(hù)RS-485網(wǎng)絡(luò)，確保系統(tǒng)安全，必須使用浪涌保護(hù)器件，避免總線在受外界干擾時(shí)損壞RS-485收發(fā)器。下圖三是使用TVS保護(hù)RS-485總線的使用案例。選用TVS型號(hào)為SMBJ6.0CA，其電容值大于2000PF，此方案對(duì)于通訊速率低，節(jié)點(diǎn)數(shù)少、傳輸距離短，其電容值對(duì)信號(hào)沒(méi)有影響，不會(huì)導(dǎo)致信號(hào)收發(fā)異常；但是在RS-485總線上節(jié)點(diǎn)數(shù)多，傳輸距離遠(yuǎn)，傳輸速率高的應(yīng)用場(chǎng)合，此時(shí)并聯(lián)的SMBJ6.0CA其電容值過(guò)大會(huì)導(dǎo)致信號(hào)產(chǎn)生衰減畸變，從而導(dǎo)致信號(hào)傳輸異常。針對(duì)以上節(jié)點(diǎn)數(shù)多，傳輸速率高的場(chǎng)合可以選用半導(dǎo)體放電管。半導(dǎo)體放電管是基于PNPN結(jié)構(gòu)的負(fù)阻型器件，其有漏電流低、電容值低（一般小于100pf）、精確導(dǎo)通、快速響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，是信號(hào)端口防浪涌的可靠器件。君耀的B6SA半導(dǎo)體放電管，其電容值約80pf，漏電流小于5uA，可以承受10/700us模擬雷電波形4KV浪涌沖擊，其在4KV下的殘壓不超過(guò)40V，實(shí)測(cè)殘壓波形如圖四所示。

本文列舉了一些了保護(hù)器件常見(jiàn)的使用誤區(qū)的案例，通過(guò)這些案例，分析說(shuō)明如何正確使用保護(hù)器件，供設(shè)計(jì)人員參考借鑒。選擇使用浪涌保護(hù)器件必須保證不影響電路的正常工作，保護(hù)器件必須滿足可以承受浪涌測(cè)試要求，同時(shí)將浪涌電壓限制在被保護(hù)設(shè)備可以承受的范圍之內(nèi)。每種保護(hù)器件并非萬(wàn)能，各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)多了解各種器件性能、特點(diǎn)，同時(shí)針對(duì)被保護(hù)對(duì)象的特點(diǎn)、要求，靈活的設(shè)計(jì)保護(hù)電路，才會(huì)取得滿意的防護(hù)效果。