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【案例教学】给你安全感的TDK保护器件:各类压敏电阻的应用示例

案例教学各类压敏电阻静电保护和压电保护中的使用方法

  

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接插式压敏电阻和模块式压敏电阻能提供很大的额定工作电压和高浪涌吸收能力,广泛应用于工业设备、电力设备等。

  1.   引线式压敏电阻

  2.   贴片压敏电阻

  3.   接插式压敏电阻

  4.   模块式压敏电阻

  各类别压敏电阻的特点:

压敏电阻在设备遭受静电放电或雷击浪涌时产生的瞬态过电压中表现出非常优秀的保护特性。

引线式压敏电阻或者贴片压敏电阻适用于(从100A~25kA)浪涌电流保护,接插式压敏电阻和模块式压敏电阻可用于(大于25kA)的浪涌电流保护,

  应用示例:开关电源的浪涌保护

小型、轻量、高效的各类开关电源会被大多数电子设备采用。在开关电源中,电路前部分配有EMC滤波器,其用于抑制通过电源线进入的干扰,但仅依靠EMC滤波器无法阻挡雷击浪涌或电源开关产生的浪涌,因此在EMC滤波器前部分会配有引线式压敏电阻作为电路的浪涌保护,并与气体放电管组合成多种电路结构进行使用。此外,这样的保护电路方案也用于笔记本电脑适配器。压敏电阻也用于带有防雷功能的电源插排或者插头中。

  图1 开关电源的浪涌保护电路示例

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  应用示例:照明系统浪涌保护:

LED照明系统不仅仅连接有多路的LED阵列、驱动器、控制电路、LED开关电源等,还会和辅助通信电路组合使用。为抑制端口处静电,除了使用大量的贴片压敏电阻之外,静电保护阵列中也必须使用引线式压敏电阻。LED是使用半导体的设备,若不采取静电或者浪涌保护对策,那它就会因静电或浪涌而遭到破坏。

  图2 保护LED照明系统中LED器件

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  应用示例:马达等诱导性负荷浪涌保护

如电机、电磁线圈、电磁阀等感性负载浪涌设备在关闭电源的瞬间使用线圈会以反电动势形式放出此前积攒的电磁能,继而产生高浪涌电压。压敏电阻必须以并联接在这些电路上来保护这些设备以免遭受浪涌电压破坏。

  图3 马达等诱导性负荷浪涌对策

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  应用示例:带电磁制动器马达的浪涌对策与开关触点保护

用于工业设备的交流电机中配有电磁制动器,通过使用电磁铁、电枢(可动铁板)以及弹簧,它可在关闭电源开关的同时停止马达旋转。但电磁铁是使用电子线圈的诱感性负载,在切断电流的瞬间,线圈会产生反电动势,从而发生高浪涌电压,继而会损伤开关触点。而连接压敏电阻则是为了吸收该浪涌电压,从而保护开关触点。

  图4 带电磁制动器马达的开关触点保护

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  应用示例:SSR(固态继电器)浪涌对策与输出端子保护

大多数大电流的工业设备中均搭载有使用半导体器件(晶闸管等)的SSR(固态继电器)。由于其属于通过光电耦合器进行电气绝缘的继电器,因此可通过微小直流电流的开关信号对设备进行安全的开关控制。但由于大电流也会开关,因此输出端容易因开关浪涌而可能出现损坏。为了防止这种情况发生,输出端也会以并联压敏电阻(也有内置压敏电阻的SSR固态继电器)。

  图5 SSR(固态继电器)输出端子保护

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  应用示例:甩负荷/场衰变浪涌对策

当切断电机或者交流发电机(发电机)等使用线圈的感性负载时,会因为产生反电动势而发生高浪涌电压。

甩负荷是指在从交流发电机向电池供应电流的状态下,当发生电池端子断开等导致电池供电切断时产生的浪涌影响。而场衰变是指,不慎将电池极性接反时而产生的电压浪涌影响。

这两种浪涌均会传递至电子控制单元(ECU)中从而引起误动作,因此需要通过甩负荷试验与场衰变试验。引线式压敏电阻则主要用于抑制浪涌。

  图6 甩负荷与压敏电阻浪涌对策

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在从交流发电机向电池供应电流的状态下,当电池线切断时,将会发生高浪涌电压。压敏电阻可对该浪涌电压进行旁通,从而保护电子控制单元(ECU)等。

ECU的抗扰度试验与电磁干扰试验(ISO10605)

电子控制单元(ECU)的电磁干扰EMC评估试验包括确认电子控制单元ECU有无错误工作的抗扰度试验,对ECU设计是否会产生超过限度值的噪音进行评估的电磁干扰试验。

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  应用示例:太阳能发电系统连接箱/功率调节器浪涌保护电路

通过太阳能板发电的直流电会通过连接箱输送至功率调节器,在经过DC-DC转换器进行升压,通过逆变器转换为交流后输送至商用电力系统中。为了保护电路免受感应雷击浪涌的影响,连接箱与功率调节器的输入及输出端使用压敏电阻的电压保护电路,通过气体放电管组合使用可进一步提高可靠性。

  图7 太阳能发电系统连接箱/功率调节器浪涌保护电路

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  应用示例:使用防雷变压器的重要设备浪涌保护

为保护数据中心服务器、电话交换机等重要设备免受雷击浪涌影响,会使用防雷变压器装置。其组合了使用压敏电阻的防雷器(浪涌防护器件/避雷器)以及对初级绕组与次级绕组进行静电屏蔽处理的特殊变压器,防雷器中未完全吸收的浪涌会通过静电屏蔽材料旁通至地面。其对于共模感应雷击浪涌可发挥优异的效果。

  图8 使用防雷变压器的雷击浪涌对策示例

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  应用示例:应对产业设备中高能量浪涌

模块式压敏电阻与接插式压敏电阻是用于工业设备及通信设备的开关电源中、发电厂及变电站配电柜、铁路信号系统等中的高能量型产品,具备极大的浪涌电流耐量。模块式压敏电阻是放置于外壳内部的螺丝端子型产品,接插式压敏电阻则是螺丝固定(或焊锡)用开孔接插片(平板)端子型产品。交流电力线气体放电管也会一同组合使用。

  图9 产业设备中高能量浪涌对策示例

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