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电路设计中的浪涌防护原理

来源: 2017-08-14 发布时间:2017-08-14 15:24:32 浏览量:

一般采用 “多级防护、逐削减 ”的模式进行系统级浪涌防护, 下图为浪涌防护原理示意图

浪涌防护原理示意图

第一级保护

第一级保护一般为最容易引入雷电的端口,如建筑物进线、 AC电源输入端口等 ,一般根据应用场合选取不同类型大通流保护器件 。

电源端口的第一级防护般选用钳位型大通流保器件。 电源端口是为系统提供能量的端口,具有较高的电压或大电流 ,若在电源端口选用开关型保护器件,过电压时开关型器件导通后电压较低,本身影响系统的供电压 ,另一方面系统电压有可能会维持其一直处 于导通状态不能正常断开,系统长时间通过较大的电流( 如安培级电流)可能对电路板造成致命伤害 ,甚至引起火灾。

针对电源端口第一级钳位型过电压保护器件,一般选取金属氧化物压敏电阻(MOV )、超大功率(TVS )或由这几种器件组合而成的防雷模块( SPD )等。

信号端口的第一级防护般采用气体放电管,如 GDT、SPG、TSS、信号类防雷模块(SPD) 等。当然低速信号端口也可选择钳位型器件进行第一级防护,但前提是钳位器件的两端电容值不得影响电路中信号的传输。

第二级保护

第二级防护与第一级保护类似,一般选用反应速度快钳位电压低的TVS、ESD 等

退耦元件

由于第一级防护器件与二采用的 过电压 保护器件种类不同,击穿电压大小响应时间所以要在 保护器件种类不同,击穿电压大小响应时间所以要在 保护器件种类不同,击穿电压大小响应时间所以要在 保护器件种类不同,击穿电压大小响应时间所以要在 两级 过电压 保护器件之间加退耦元才能证两级 过电压 保护器件协同工作 。退耦元要求有一定的阻抗才能起到用。

退耦器件的工作原理如图,一般第二级 过电压 保护器件采用 响应速度较快的小通流低压器件,浪涌电冲击时会先 导通,退耦器件 导通,退耦器件 具有一定的内阻,经过大浪涌电流时会将退耦元件之前(图 有一定的内阻,经过大浪涌电流时会将退耦元件之前(图 有一定的内阻,经过大浪涌电流时会将退耦元件之前(图 有一定的内阻,经过大浪涌电流时会将退耦元件之前(图 有一定的内阻,经过大浪涌电流时会将退耦元件之前(图 2.1 的 A点)的电压提高到第一级 点)的电压提高到第一级 点)的电压提高到第一级 过电压 元件 的击穿电压之 上,第一级 元件导通后可泄放大浪涌电流从而分担了二保护器的压力。如果两过电压 保护器件之间 不加退耦器件,这样第二级保护就会一直处于 先导通状态 ,当浪涌电流超过第二级元器件能力时便会使其 损坏。

退耦器件的选取要根据线路工作电流大小来,如一些信号较在保证其正常通情况下可退耦器件的选取 要根据线路工作电流大小来,如一些信号较在保证其正常通情况下可退耦器件的选取 要根据线路工作电流大小来,如一些信号较在保证其正常通情况下可功率型电阻或自恢复保险丝( 功率型电阻或自恢复保险丝(PPTC),退耦电阻一般选取10Ω 以内。从浪涌防护的角度来讲退耦电阻越大好,但也不能太 以内。从浪涌防护的角度来讲退耦电阻越大好,但也不能太 以内。从浪涌防护的角度来讲退耦电阻越大好,但也不能太大,否则会影响线路正常工作电流,需要程师在路设计时综合考虑。

对于一些输入电流较大的低频线路,可选用电感来进行退耦阻抗的计算公式为 Z=2πfL, 当确定好退耦阻抗值后,可从公式中计算出电感的大小。


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