保護元器件選型說明 (2)課件

SpecialistovervoltageProtector元器件產品說明一、產品分類二、主要應用領域三、各種防雷元器件介紹四、應用案例一、產品分類：過壓保護元器件過流保護元器件

過壓保護元器件

按其作用機理可分為二大類：1、開關型元件：陶瓷氣體放電管強效放電管半導體放電管共同特點是：

①擊穿（導通）前相當于開路，電阻很大，幾乎沒有漏電流②擊穿（導通）后相當于短路，可通過很大的電流，壓降很?、勖}沖通流容量（峰值電流）很大：陶瓷氣體放電管的8/20μs波（短波）峰值電流常用的有5kA、10kA、20kA、40KA、60KA，更大的，達100kA、200KA以上；玻璃放電管（強效放電管）的8/20μs波（短波）峰值電流現(xiàn)有500A、1kA、3kA三種；半導體過電壓保護器的10/1000μs波（長波）峰值電流在幾十至上百A之間。④除了個別半導體過電壓保護器外，它們都具有雙向對稱特性⑤陶瓷氣體放電管和玻璃放電管（強效放電管）的電容都很小，在3pF以下。⑥玻璃放電管（強效放電管）和半導體過電壓保護器的響應速度都很快，小于ns量級。2、限壓型（箝壓）元件壓敏電阻（MOV）TVSDIODE（瞬態(tài)電壓抑制二極管）TVS/ESDARRAYCOMPONENT特點：它們不象開關元件類具有開關特性，而是象穩(wěn)壓二極管那樣具有穩(wěn)壓特性。當外加電壓小于其導通電壓時，它具有很大的內阻，因而漏電流很?。划斖饧与妷捍笥谄鋵妷簳r，其內阻急劇減小，可以流過很大的電流，而其兩端的電壓卻基本上維持不變，只有些微上升。壓敏電阻與TVS管的差別在于：壓敏電阻能承受更大的浪涌電流，而且其體積越大所能承受的浪涌電流越大，最大單體可達幾70kA；但壓敏電阻易老化，大電流時限制電壓較高，低電壓時漏電流較大。TVS管的非線性特性和穩(wěn)壓管一樣，擊穿前漏電流很小，擊穿后是標準的穩(wěn)壓特性，抑制電壓能力特別強，限制電壓（最大箝位電壓）較低，但通流能力較小。再有就是反應速度不同，TVS管的反應速度很快，為1ps級，而壓敏電阻反應速度較慢，為25nS級。另外，兩者的電容都較大（TVS管有低電容產品）。過流保護元件

（PPTC）PPTC：自恢復保險絲是一種正溫度系數(shù)熱敏電阻，當流過它的電流小于其保持電流IH時（溫度較低），它的阻值很小，近似于短路；當流過它的電流超過其觸發(fā)電流IT時（溫度升高），它的阻值急劇增大，從而阻斷電流的侵入或者阻斷信號的續(xù)流，但由于熱惰性，反應速度很慢，（流過的電流越大，反應越快）；若能同時與過壓保護器件配合使用既其到過壓保護又起到過流保護，是比較理想的配合保護方案。三、各種防雷（電涌）元器件介紹壓敏電阻

（MOV）1、概述：壓敏電阻是一種用得最多的限壓器件?，F(xiàn)在大量使用的是氧化鋅（ZnO）壓敏電阻，屬于半導體電阻器的一種。由于它的電壓系列齊全（12V～1800V）、通流量大小兼?zhèn)洌◤膸装貯到幾十kA，甚至上百kA），適合于用在各種交直流電源電路和低頻信號/控制電路中作浪涌防護。它的封裝形式主要有圓片形和方片形兩大類，圓片形的基體直徑有Ф5、Ф7、Ф10、Ф14、Ф20、Ф25、Ф32、Ф40、Ф53等幾種，方片形的主要是34×34mm的被銀裸片。2、特性：

顧名思義，壓敏電阻是一種“電阻值對電壓敏感”的電阻器。隨著加在它上面的電壓不斷增大，它的電阻值可以從MΩ（兆歐）級變到mΩ（毫歐）級。其典型伏安特性如下圖所示：壓敏電阻的主要特性參數(shù)①壓敏電壓UN：通常以在壓敏電阻上通過1mA直流電流時的電壓來表示其是否導通的標志電壓，這個電壓就稱為壓敏電壓UN。壓敏電壓也用符號U1mA表示。壓敏電壓的誤差范圍一般是±10%。②最大持續(xù)工作電壓UC：指壓敏電阻能長期承受的最大交流電壓(有效值)Uac或最大直流電壓值Udc。一般Uac≈0.64U1mA,Udc≈0.83U1mA。③通流量（最大沖擊電流）Im：指壓敏電阻能夠承受的8/20μs波的最大沖擊電流峰值表中“標準”指標準產品，“高能”指高焦耳系列產品）。電阻體尺寸mmФ5Ф7Ф10Ф14Ф20Ф25Ф32Ф40Ф53Ф34*34ImkAUN≤68V標準0.10.250.5124.58122012高能0.250.5123----------UN≥82V標準0.41.22.54.56.52025407040高能0.81.753.561020254070--④限制電壓（箝位電壓）Uc：技術規(guī)格書中給出的箝位電壓值是指給壓敏電阻施加IX（A）的8/20μs波沖擊電流時，壓敏電阻上呈現(xiàn)的電壓。實際使用中，壓敏電壓越高，施加的沖擊電流越大，限制電壓（或稱殘壓）就越高⑥非線性指數(shù)α：指電壓的變化對電流的影響能力，可用公式表示為：

使用指導：電源產品及電源防雷器的可靠性、安全性在很大程度上依賴于壓敏電阻的正確使用，以下原則可供使用參考。特別要指出的是，在電涌設計中還要考慮各個地方的電源質量差別、雷擊頻度和強度的差別、被保護設備的安裝使用情況和沖擊耐受能力等的差別，不能用一個公式照搬照套。設計好的防雷保護裝置必須在現(xiàn)場使用條件下或盡可能接近真實情況的模擬條件下進行試驗驗證。①壓敏電壓的計算：一般可用下式計算：U1mA=KUsp/（1-a）（1-b）式中：K為與電源質量有關的系數(shù)，一般取K=（1.1～1.6）,電源質量較好的城市可取小些，電源質量較差的農村（特別是山區(qū)）可取大些。Usp為電源電壓峰值，對交流電源Usp=√2Uac（有效值），對直流電源Usp=Udc。a為老化系數(shù)，一般取0.15。b為壓敏電壓公差值，一般為0.1。按以上公式計算，220V交流電源防雷器應選用壓敏電壓為510V～620V的壓敏電阻較合適。選用壓敏電壓高一點的，可以降低故障率，延長使用壽命。③壓敏電阻的并聯(lián)：當一個壓敏電阻滿足不了標稱放電電流的要求時，可采用多個壓敏電阻并聯(lián)使用。同時也降低限制電壓陶瓷氣體放電管1、概述：陶瓷氣體放電管是防雷(電涌）保護設備中應用最廣泛的一種開關器件，無論是交直流電源的防雷還是各種信號電路的防雷，都可以用它來將雷電流泄放入地。其主要特點是：放電電流大，極間電容小（≤3pF），絕緣電阻高（≥10GΩ），擊穿電壓分散性較大，反應速度稍慢。按電極數(shù)分，有二極放電管和三極放電管（相當于兩個二極放電管串聯(lián)，公共接點接地）兩種。其外形為圓柱形,有帶引線和不帶引線兩種結構形式。陶瓷氣體放電管的主要特性參數(shù)①直流擊穿電壓VSdc：在放電管上施加100V/s的直流電壓時的擊穿電壓值。這是放電管的標稱電壓，常用的有75V、90V、150V、230V、350V、470V和600V、800V、1500、2500、3KV等幾種。其誤差范圍：一般的為±20%②脈沖（沖擊）擊穿電壓VSP：在放電管上施加1kV/μs的脈沖電壓時的擊穿電壓值。因反應速度較慢，脈沖擊穿電壓要比直流擊穿電壓高得多。使用指導①在快速脈沖沖擊下，陶瓷氣體放電管氣體電離需要一定的時間（一般為100nS），因而有一個幅度較高的尖脈沖會泄漏到后面去。若要抑制這個尖脈沖，有以下幾種方法：a、在放電管后串聯(lián)電感或留一段長度適當?shù)膫鬏斁€，使尖脈沖衰減到較低的電平；b、采用兩級保護電路，以放電管作為第一級，以TVS管或半導體過電壓保護器作為第二級，兩級之間用電阻、電感或自恢復保險絲隔離。②直流擊穿電壓VS的選擇：直流擊穿電壓VS的最小值應大于可能出現(xiàn)的最高電源峰值電壓或最高信號電壓的1.2倍以上。③續(xù)流問題：為了使放電管能正常熄弧，在有可能出現(xiàn)續(xù)流的地方，可以在放電管上串聯(lián)壓敏電阻或自恢復保險絲等限制續(xù)流TVS管1、概述：TVS管是瞬態(tài)電壓抑制器（TransientVoltageSuppressorDiode）的簡稱，它的特點是：響應速度特別快（為ps級），耐浪涌抑制電壓能力特強，其脈沖功率從幾百瓦～幾十千瓦，脈沖峰值電流從幾安～幾百安。它的擊穿電壓有從幾伏～幾百伏，可達600V的系列值，便于各種不同電壓的電路使用。它的封裝形式有同軸引線型與貼片型兩大類。貼片型有：SMAJ（400W）、SMBJ（600W）、SMCJ（1500W）、SMDJ（3000W）系列，同軸引線型有：P4KE（400W）、SA（500W）、P6KE（600W）、1.5KE(1500W)、5KP（5000W）、15KW、20KW、30KW系列和低電容的SAC（500W，50pF）、LCE（1500W，100pF）系列。

TVS管有單向與雙向之分（單向的型號后面的字母為“A”，雙向的為“CA”），單向TVS管的特性與穩(wěn)壓二極管相似，雙向TVS管的特性相當于兩個穩(wěn)壓二極管反向串聯(lián)，特性曲線見下圖。其主要特性參數(shù)有：①反向斷態(tài)電壓VRWM：表示TVS管不導通的最高電壓，在這個電壓下只有很小的漏電流IR。②擊穿電壓VBR：TVS管通過規(guī)定的測試電流IT時的電壓，這是表示TVS管導通的標志電壓。TVS管的擊穿電壓有±5%的誤差范圍。③脈沖峰值電流IPP：TVS管允許通過的10/1000μs波的最大峰值電流。在同一個系列中，擊穿電壓越低的管子允許通過的峰值電流越大。④最大箝位電壓VC：TVS管流過峰值電流IPP時所呈現(xiàn)的電壓。使用指導①TVS管使用時一般并聯(lián)在被保護電路上。為了限制流過TVS管的電流不超過管子允許通過的峰值電流IPP，應在線路串聯(lián)加限流元件，如電阻、自恢復保險絲、電感等。②截止電壓Vrm的選擇：TVS管的截止電壓應至少大于線路上最高工作電壓或信號電平電壓③脈沖峰值電流IPP的選擇：當TVS管單獨使用時，要根據(jù)線路上可能出現(xiàn)的最大浪涌電流來選擇合適的型號。當TVS管在放電管后作為第二級保護時，一般要用600W以上TVS管。④用于信號傳輸電路保護時，一定要注意所傳輸信號的頻率或傳輸速率。當信號頻率或傳輸速率較高時應選用低電容系列的管子：信號頻率（傳輸速率）≥10MHz（Mb/s），Cj≤60pF；信號頻率（傳輸速率）≥100MHz（Mb/s），Cj≤25pF。當?shù)碗娙菹盗腥詽M足不了要求時，就應把TVS管串聯(lián)到高速二極管組成的橋路中，如下圖所示?？焖倩謴投O管橋TVS管Line2Line1半導體過電壓保護器1、概述：半導體過電壓保護器是根據(jù)可控硅原理采用離子注入技術生產的一種新型保護器件，具有精確導通、快速響應（響應時間ns級）、浪涌吸收能力較強、可靠性高等特點。由于其浪涌吸收能力較TVS管強，可用于代替TVS管。但它的導通特性接近于短路，不能直接用于有源的電路中，在這樣的電路中使用時必須加限流元件，使其續(xù)流小于最小維持電流。半導體過電壓保護器有貼片式、直插式和軸向引線式三種封裝形式，可同時實現(xiàn)差共模保護。特性半導體過電壓保護器的特性曲線如下圖所示。其特性參數(shù)都已標在圖上，有以下幾個：①關態(tài)電壓VRM與漏電流IRM：關態(tài)電壓VRM表示半導體過電壓保護器不導通的最高電壓，在這個電壓下只有很小的漏電流IRM。②轉折電壓VBO與轉折電流IBO：當達到轉折電壓VBO（對應的電流為轉折電流IBO）時，半導體過電壓保護器完全導通，呈現(xiàn)很小的阻抗，兩端電壓立即下降到一個很低的數(shù)值（接近于短路）。③峰值脈沖電流IPP：半導體過電壓保護器能承受的較大脈沖電流。使用指導

參照TVS管玻璃放電管

（SPARK）

1、概述：玻璃放電管（強效放電管、防雷管）是最新推出的防雷器件，它兼有陶瓷氣體放電管和半導體過電壓保護器的優(yōu)點：絕緣電阻高（≥100MΩ）、極間電容?。ā?.8pF）、放電電流大（最大達3kA）、雙向對稱性、反應速度快（不存在沖擊擊穿的滯后現(xiàn)象）、性能穩(wěn)定可靠、導通后電壓極低，還有體積小、壽命長等優(yōu)點。其缺點是直流擊穿電壓分散性較大（M檔±20%，N檔±30%）。按它的8/20μs波脈沖放電電流IPP的大小分為三個系列：BK3系列IPP≥500A，BK2系列IPP≥1000A，BK1系列IPP≥3000A特性玻璃放電管的特性曲線與半導體過電壓保護器相似。主要特性參數(shù)是直流擊穿電壓VS和8/20μs波脈沖放電電流IPP。使用指導①玻璃放電管既可以用作電源電路的保護，也可以用作信號電路的保護；既可以用作共模保護，也可以用作差模保護。但只能用在浪涌電流不大于3kA的地方。②直流擊穿電壓VS的選擇：直流擊穿電壓VS的最小值至少應大于可能出現(xiàn)的最高電源峰值電壓或最高信號電壓的1.2倍以上。③在有可能出現(xiàn)續(xù)流的地方，必須串聯(lián)限流電阻或自恢復保險絲，防止玻璃放電管擊穿后長時間導通而損壞。自恢復保險絲

(PPTC)

1、概述：自恢復保險絲是一種正溫度系數(shù)聚合物熱敏電阻。正常時阻值很小,近似于短路，當電路出現(xiàn)過流使它的溫度升高時，阻值急劇增大幾個數(shù)量級，從而使電路中的電流減小到安全值以下，其效果與開關元件類似，只是動作速度較慢。它有三種封裝形式：引線型（圓片或方片）、薄片型（帶形）和貼裝型特性

自恢復保險絲的主要特性參數(shù)有以下幾個：①保持電流IH：不會使電阻值突變的最大電流。②觸發(fā)電流IT：能使電阻值突然變大的最小電流。③動作時間Ttrip：通過5IH（LP系列）或3IH或規(guī)定電流（其它系列）的最大動作時間。電流越大或/和溫度越