浅析浪涌防护器件的应用

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浪涌测试是我们 EMC 中一项比较重要的测试，特别是在通讯、安防行业中。不仅仅是在测试中需要做防雷保护。在应用中，由于大多数是处于户外工作，在防雷方面要求也是要求很高。以下我们介绍在防雷方面主要应用的几种防雷器件。( a, j' O! O2 s4 W* m
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①陶瓷气体放电管（GDT）* \0 z+ T6 C8 ~+ n( \* N- A) M% w) s. U
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# p. u8 X" U. j原理：陶瓷气体放电管的基本原理就是气体放电。常用的放电管脉冲击穿电压在几百伏到一千多伏，放电管原先处于断路状态，电阻很大，电容很小。一旦脉冲过压达到放电管的脉冲击穿电压，极间的电场强度超过气体的击穿强度时，就引起间隙放电，管内气体电离，放电管导通，由原来的断路状态变为近似短路。这时放电管导通电阻很小，可以通过很大的冲击电流从而将浪涌电流泄放到地，使与放电管联接的其它器件和电路避免受到浪涌冲击而损坏。1 B) p- S  _# O


应用：用于电源防雷器共模电路中将雷电流泄放入地，也可用在差模电路中与压敏电阻串联而阻断其漏电流。在信号防雷器中常用于第一级泄放浪涌电流，由于其反应速度慢，还要用第二级作限压保护。陶瓷气体放电管属于开关组件，导通时两端电压很低，不能直接用在有源电路中作差模保护。必须用时，应串联限流组件，以防导通时形成过大的电流而损坏，甚至引起火灾；浪涌过后能恢复至断路状态。


" O3 v% Z* l, S" n3 n; g特点：
优点：通流容量大，极间电容小（≤3pF），绝缘电阻高（≥109Ω），基本没有漏电流；6 W* _! U5 h! Y: Q' B  h0 `- b$ r! W
7 P- w5 e1 A/ a% ~2 K3 K缺点：击穿电压分散性较大（±20%），反应速度较慢（最短为0.1～0.2μs），可靠性较差，多次冲击易老化。
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# ?  d" I, S$ c选型:不能直接用在电源上，击穿电压>线路上最大信号电频电压，耐电流>=线路上可能出现的最大异常电流，脉冲击穿电压<被保护线路电压。/ u- }; k  u5 w0 ^" S
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: \/ L. v6 L/ Q' @$ l. h0 G②半导体放电管（TSS）
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/ @; H# P! o) `7 i固体放电管,又称为半导体放电管,是一种过压保护器件，是利用晶闸管原理制成的，依靠PN 结的击穿电流触发器件导通放电，可以流过很大的浪涌电流或脉冲电流。其击穿电压的范围，构成了过压保护的范围。固体放电管使用时可直接跨接在被保护电路两端。
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2 v0 A9 I$ Z9 j8 a; k应用范围：半导体放电管其应用范围广泛，可用于调制解调器、传真机、PBX 系统、电话、POS系统、模拟和数字卡等。# E6 Q: c; v+ v; [: Z
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选用半导体放电管应注意以下几点：
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7 {; x1 ~, J  i# S5 ?$ o( L最大瞬间峰值电流IPP 必须大于通讯设备标准的规定值。如FCC Part68A 类型的IPP 应大于100A；Bellcore 1089 的IPP 应大于25A。转折电压VBO 必须小于被保护电路所允许的最大瞬间峰值电压。半导体放电管处于导通状态(导通)时，所损耗的功率P 应小于其额定功率Pcm，Pcm=KVT*IPP，其中K 由短路电流的波形决定。对于指数波，方波，正弦波，三角波K 值分别为1.00，1.4，2.2，2.8。反向击穿电压VBR 必须大于被保护电路的最大工作电压。如在POTS 应用中，最大振铃电压(150V)的峰值电压(150*1.41=212.2V)和直流偏压峰值(56.6V)之和为268.8V，所以应选择VBR 大于268.8V 的器件。又如在ISDN 应用中，最大DC 电压(150V)和最大信号电压(3V)之和为153V，所以应选择VBR 大于153V 的器件。2 k- |; H/ A8 n$ v
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" `# i, `3 J) J- J% d, b# y: C2 a若要使半导体放电管通过大的浪涌电流后自复位，器件的维持电流IH 必须大于系统所能提供的电流值。即：IH(系统电压/源阻抗)  t+ b  t  G, H, M- ]2 K* }
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8 a$ K6 q" g/ `③限压型防雷元件：) l  S. T5 p) @% M, o
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8 i4 b3 K; V: P* X! ~. N限压元件类主要有压敏电阻、TVS 管（瞬态电压抑制二极管）等。
! @  Z, h0 n+ f# F/ B$ w$ {& W压敏电阻是一种用得最多的限压器件。广泛的应用在汽车电子、通迅、计算机、消费类电子产品、军用电子产品等方面，特别是在LCD、键盘、I/O 接口、IC、MOSFET、CMOS、传感器、手机、DVD、AV、ABS、马达控制板、MP3、PDA、USB 接口及高速数据信号线路上进行保护等。; f" ~% u; K9 b* Z/ K
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压敏电阻选用时应注意的是：
+ y+ I: n, o. b4 O' u5 y7 U# p0 \连续施加在压敏电阻两端的电源电压，不能超过规格表中列出的?°最大持续工作电压?±值。还要充分考虑到电网（或电路）工作电压的波动幅度, 选取压敏电阻的压敏电压值时，要留有足够的余量。国内一般的波动幅度为30%。通过压敏电阻的最大浪涌电流不应超过技术规格书中的?°最大冲击电流?±值(也就是最大通流量)。考虑到要耐受多次冲击时，应该选用能耐受10 次以上冲击的浪涌电流值。 压敏电阻的箝位电压必须小于被保护的部件或设备能承受的最大电压（即安全电压）。
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5 C. j$ }4 Y5 {3 X$ O1 w瞬态电压抑制二极管（TVS）广泛应用在半导体及敏感的电子零件过电压ESD 保护上，主要包括：消费类产品、工业产品、通讯、电脑、汽车、电源供应品、信号线路保护及军事、航天航空导航系统及控制系统上。最大箝位电压VC 不可大于被保护设备最大的安全电压，以及反向工作电压（反向断态电压）须大于线路正常工作电压，是使用TVS 管时必须注意的问题，另外， 交流电压只能用双向TVS。超低结电容及超低残压的TVS管可以选择槟城电子的BV_ULC0524P、BV_LC0504F、BV_ULC0502A 及BV_ULC0544M 等，这些TVS 管的反应速度很快，EFT脉冲群测试残压小于120V，结电容小于1pF。
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