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电路设计中可能用到的浪涌保护器件科普

电气产品在使用中如果出现浪涌电压,会导致电路的电源电压出现突变,影响电路的正常工作,如果是在数字信号线上出现浪涌电压,更会导致数字逻辑出错,甚至损坏接口电路。

导读: 电气产品在使用中如果出现浪涌电压,会导致电路的电源电压出现突变,影响电路的正常工作,如果是在数字信号线上出现浪涌电压,更会导致数字逻辑出错,甚至损坏接口电路。

电气产品在使用中如果出现浪涌电压,会导致电路的电源电压出现突变,影响电路的正常工作,如果是在数字信号线上出现浪涌电压,更会导致数字逻辑出错,甚至损坏接口电路。

由于浪涌脉冲的频率很低,带宽较宽(B=1/f),如果是低通滤波器,由于其原理是允许低于截止频率的信号通过,而高于截止频率信号不能通过,所以对于浪涌脉冲的抑制作用有限,故而在电路设计中一般采用专门的浪涌保护器件。

浪涌保护器件都有一个共同特点,即,在正常电压时,对电路工作没有影响,不起任何作用。一旦高脉冲电压到来,浪涌保护器件的阻抗会变低,通过其自身的电流增大,迅速导通,从而使浪涌电压的能力旁路掉,保证电路的电压在合理的范围内。

常用的浪涌保护器件有:气体放电管压敏电阻,和TVS瞬态抑制二极管。

气体放电管

气体放电管的原理简单来说,就是气体放电。如题所示,当两极之间的电压充满足够大的电压时,电极之间的气体就会有绝缘状态变成导电状态,形成通路,此时阻抗极低,接近短路。当处于导通状态下时,两极间的电压会较低,一般是在20~50V之间,等于是旁路掉浪涌电压的能量。

电路设计中可能用到的浪涌保护器件科普

气体放电管采用陶瓷密闭封装,内部由两个或数个带间隙的金属电极,充以惰性气体(氩气或氖气)构成。它的优点是能够承受较大的电流,与其管径有关,管径越大,耐流能力越强。需要注意的是,如果该器件长时间应用于高压直流电场合,会缩短气体放电管的寿命,影响其功能。

应用电路举例如下:

电路设计中可能用到的浪涌保护器件科普

压敏电阻

应用非常普遍的一种浪涌保护器件。但是缺点很明显。首先,压敏电阻在浪涌电压过来后,阻抗减少,电流增加,使此处电路两端电压钳位在一定的数值,但该钳位电位却是不固定的,和流经的电流有关,电流越大,压敏电阻上的电压越高,在浪涌电流的峰值到来时,压敏电阻的电压相应达到最高值,此时的保护效果就变差。另外,压敏电阻并不耐热,如果持续的受到浪涌电流的冲击,会使之受到损坏,甚至会发生爆炸,造成安全问题。

电路设计中可能用到的浪涌保护器件科普

为了防止这种问题的发生,使用压敏电阻时,一般和温度熔断器(保险丝)一同使用,当压敏电阻严重发热时,热熔保险自动把压敏电阻切除,防止发生热爆炸。

TVS瞬态抑制二极管

TVS也是一种应用广泛的浪涌保护器件。它最大的优点是响应速度快,当受到浪涌电压时,会以10^-12S 量级速度,将其两极间的高阻抗变为低阻抗,同时吸收高达数千瓦的浪涌功率。使两极间的电压箝位于一个安全值,有效地保护电子线路中的精密元器件免受浪涌脉冲的破坏。

电路设计中可能用到的浪涌保护器件科普

TVS管有单向管和双向管。单向TVS管一般应用在直流电路中,而双向TVS管在交流电路中较常见。

电路设计中可能用到的浪涌保护器件科普

上图 直流应用

电路设计中可能用到的浪涌保护器件科普

上图 交流应用


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