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電路設計中的浪涌防護原理
來源: | 作者:mboff26e6 | 發布時間: 2017-08-28 | 292 次瀏覽 | 分享到:

一般采用 “多級防護、逐削減 ”的模式進行系統級浪涌防護, 下圖為浪涌防護原理示意圖

浪涌防護原理示意圖

第一級保護
第一級保護一般為最容易引入雷電的端口,如建筑物進線、 AC電源輸入端口等 ,一般根據應用場合選取不同類型大通流保護器件 。

電源端口的第一級防護般選用鉗位型大通流保器件。 電源端口是為系統提供能量的端口,具有較高的電壓或大電流 ,若在電源端口選用開關型保護器件,過電壓時開關型器件導通后電壓較低,本身影響系統的供電壓 ,另一方面系統電壓有可能會維持其一直處 于導通狀態不能正常斷開,系統長時間通過較大的電流( 如安培級電流)可能對電路板造成致命傷害 ,甚至引起火災。

針對電源端口第一級鉗位型過電壓保護器件,一般選取金屬氧化物壓敏電阻(MOV )、超大功率(TVS )或由這幾種器件組合而成的防雷模塊( SPD )等。

信號端口的第一級防護般采用氣體放電管,如 GDT、SPG、TSS、信號類防雷模塊(SPD) 等。當然低速信號端口也可選擇鉗位型器件進行第一級防護,但前提是鉗位器件的兩端電容值不得影響電路中信號的傳輸。

第二級保護
第二級防護與第一級保護類似,一般選用反應速度快鉗位電壓低的TVS、ESD 等

退耦元件
由于第一級防護器件與二采用的 過電壓 保護器件種類不同,擊穿電壓大小響應時間所以要在 保護器件種類不同,擊穿電壓大小響應時間所以要在 保護器件種類不同,擊穿電壓大小響應時間所以要在 保護器件種類不同,擊穿電壓大小響應時間所以要在 兩級 過電壓 保護器件之間加退耦元才能證兩級 過電壓 保護器件協同工作 。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圖,一般第二級 過電壓 保護器件采用 響應速度較快的小通流低壓器件,浪涌電沖擊時會先 導通,退耦器件 導通,退耦器件 具有一定的內阻,經過大浪涌電流時會將退耦元件之前(圖 有一定的內阻,經過大浪涌電流時會將退耦元件之前(圖 有一定的內阻,經過大浪涌電流時會將退耦元件之前(圖 有一定的內阻,經過大浪涌電流時會將退耦元件之前(圖 有一定的內阻,經過大浪涌電流時會將退耦元件之前(圖 2.1 的 A點)的電壓提高到第一級 點)的電壓提高到第一級 點)的電壓提高到第一級 過電壓 元件 的擊穿電壓之 上,第一級 元件導通后可泄放大浪涌電流從而分擔了二保護器的壓力。如果兩過電壓 保護器件之間 不加退耦器件,這樣第二級保護就會一直處于 先導通狀態 ,當浪涌電流超過第二級元器件能力時便會使其 損壞。

退耦器件的選取要根據線路工作電流大小來,如一些信號較在保證其正常通情況下可退耦器件的選取 要根據線路工作電流大小來,如一些信號較在保證其正常通情況下可退耦器件的選取 要根據線路工作電流大小來,如一些信號較在保證其正常通情況下可功率型電阻或自恢復保險絲( 功率型電阻或自恢復保險絲(PPTC),退耦電阻一般選取10Ω 以內。從浪涌防護的角度來講退耦電阻越大好,但也不能太 以內。從浪涌防護的角度來講退耦電阻越大好,但也不能太 以內。從浪涌防護的角度來講退耦電阻越大好,但也不能太大,否則會影響線路正常工作電流,需要程師在路設計時綜合考慮。

對于一些輸入電流較大的低頻線路,可選用電感來進行退耦阻抗的計算公式為 Z=2πfL, 當確定好退耦阻抗值后,可從公式中計算出電感的大小。

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