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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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