保护元器件选型说明 (2)课件

SpecialistovervoltageProtector元器件产品说明一、产品分类二、主要应用领域三、各种防雷元器件介绍四、应用案例一、产品分类：过压保护元器件过流保护元器件

过压保护元器件

按其作用机理可分为二大类：1、开关型元件：陶瓷气体放电管强效放电管半导体放电管共同特点是：

①击穿（导通）前相当于开路，电阻很大，几乎没有漏电流②击穿（导通）后相当于短路，可通过很大的电流，压降很小③脉冲通流容量（峰值电流）很大：陶瓷气体放电管的8/20μs波（短波）峰值电流常用的有5kA、10kA、20kA、40KA、60KA，更大的，达100kA、200KA以上；玻璃放电管（强效放电管）的8/20μs波（短波）峰值电流现有500A、1kA、3kA三种；半导体过电压保护器的10/1000μs波（长波）峰值电流在几十至上百A之间。④除了个别半导体过电压保护器外，它们都具有双向对称特性⑤陶瓷气体放电管和玻璃放电管（强效放电管）的电容都很小，在3pF以下。⑥玻璃放电管（强效放电管）和半导体过电压保护器的响应速度都很快，小于ns量级。2、限压型（箝压）元件压敏电阻（MOV）TVSDIODE（瞬态电压抑制二极管）TVS/ESDARRAYCOMPONENT特点：它们不象开关元件类具有开关特性，而是象稳压二极管那样具有稳压特性。当外加电压小于其导通电压时，它具有很大的内阻，因而漏电流很小；当外加电压大于其导通电压时，其内阻急剧减小，可以流过很大的电流，而其两端的电压却基本上维持不变，只有些微上升。压敏电阻与TVS管的差别在于：压敏电阻能承受更大的浪涌电流，而且其体积越大所能承受的浪涌电流越大，最大单体可达几70kA；但压敏电阻易老化，大电流时限制电压较高，低电压时漏电流较大。TVS管的非线性特性和稳压管一样，击穿前漏电流很小，击穿后是标准的稳压特性，抑制电压能力特别强，限制电压（最大箝位电压）较低，但通流能力较小。再有就是反应速度不同，TVS管的反应速度很快，为1ps级，而压敏电阻反应速度较慢，为25nS级。另外，两者的电容都较大（TVS管有低电容产品）。过流保护元件

（PPTC）PPTC：自恢复保险丝是一种正温度系数热敏电阻，当流过它的电流小于其保持电流IH时（温度较低），它的阻值很小，近似于短路；当流过它的电流超过其触发电流IT时（温度升高），它的阻值急剧增大，从而阻断电流的侵入或者阻断信号的续流，但由于热惰性，反应速度很慢，（流过的电流越大，反应越快）；若能同时与过压保护器件配合使用既其到过压保护又起到过流保护，是比较理想的配合保护方案。三、各种防雷（电涌）元器件介绍压敏电阻

（MOV）1、概述：压敏电阻是一种用得最多的限压器件。现在大量使用的是氧化锌（ZnO）压敏电阻，属于半导体电阻器的一种。由于它的电压系列齐全（12V～1800V）、通流量大小兼备（从几百A到几十kA，甚至上百kA），适合于用在各种交直流电源电路和低频信号/控制电路中作浪涌防护。它的封装形式主要有圆片形和方片形两大类，圆片形的基体直径有Ф5、Ф7、Ф10、Ф14、Ф20、Ф25、Ф32、Ф40、Ф53等几种，方片形的主要是34×34mm的被银裸片。2、特性：

顾名思义，压敏电阻是一种“电阻值对电压敏感”的电阻器。随着加在它上面的电压不断增大，它的电阻值可以从MΩ（兆欧）级变到mΩ（毫欧）级。其典型伏安特性如下图所示：压敏电阻的主要特性参数①压敏电压UN：通常以在压敏电阻上通过1mA直流电流时的电压来表示其是否导通的标志电压，这个电压就称为压敏电压UN。压敏电压也用符号U1mA表示。压敏电压的误差范围一般是±10%。②最大持续工作电压UC：指压敏电阻能长期承受的最大交流电压(有效值)Uac或最大直流电压值Udc。一般Uac≈0.64U1mA,Udc≈0.83U1mA。③通流量（最大冲击电流）Im：指压敏电阻能够承受的8/20μs波的最大冲击电流峰值表中“标准”指标准产品，“高能”指高焦耳系列产品）。电阻体尺寸mmФ5Ф7Ф10Ф14Ф20Ф25Ф32Ф40Ф53Ф34*34ImkAUN≤68V标准0.10.250.5124.58122012高能0.250.5123----------UN≥82V标准0.41.22.54.56.52025407040高能0.81.753.561020254070--④限制电压（箝位电压）Uc：技术规格书中给出的箝位电压值是指给压敏电阻施加IX（A）的8/20μs波冲击电流时，压敏电阻上呈现的电压。实际使用中，压敏电压越高，施加的冲击电流越大，限制电压（或称残压）就越高⑥非线性指数α：指电压的变化对电流的影响能力，可用公式表示为：

使用指导：电源产品及电源防雷器的可靠性、安全性在很大程度上依赖于压敏电阻的正确使用，以下原则可供使用参考。特别要指出的是，在电涌设计中还要考虑各个地方的电源质量差别、雷击频度和强度的差别、被保护设备的安装使用情况和冲击耐受能力等的差别，不能用一个公式照搬照套。设计好的防雷保护装置必须在现场使用条件下或尽可能接近真实情况的模拟条件下进行试验验证。①压敏电压的计算：一般可用下式计算：U1mA=KUsp/（1-a）（1-b）式中：K为与电源质量有关的系数，一般取K=（1.1～1.6）,电源质量较好的城市可取小些，电源质量较差的农村（特别是山区）可取大些。Usp为电源电压峰值，对交流电源Usp=√2Uac（有效值），对直流电源Usp=Udc。a为老化系数，一般取0.15。b为压敏电压公差值，一般为0.1。按以上公式计算，220V交流电源防雷器应选用压敏电压为510V～620V的压敏电阻较合适。选用压敏电压高一点的，可以降低故障率，延长使用寿命。③压敏电阻的并联：当一个压敏电阻满足不了标称放电电流的要求时，可采用多个压敏电阻并联使用。同时也降低限制电压陶瓷气体放电管1、概述：陶瓷气体放电管是防雷(电涌）保护设备中应用最广泛的一种开关器件，无论是交直流电源的防雷还是各种信号电路的防雷，都可以用它来将雷电流泄放入地。其主要特点是：放电电流大，极间电容小（≤3pF），绝缘电阻高（≥10GΩ），击穿电压分散性较大，反应速度稍慢。按电极数分，有二极放电管和三极放电管（相当于两个二极放电管串联，公共接点接地）两种。其外形为圆柱形,有带引线和不带引线两种结构形式。陶瓷气体放电管的主要特性参数①直流击穿电压VSdc：在放电管上施加100V/s的直流电压时的击穿电压值。这是放电管的标称电压，常用的有75V、90V、150V、230V、350V、470V和600V、800V、1500、2500、3KV等几种。其误差范围：一般的为±20%②脉冲（冲击）击穿电压VSP：在放电管上施加1kV/μs的脉冲电压时的击穿电压值。因反应速度较慢，脉冲击穿电压要比直流击穿电压高得多。使用指导①在快速脉冲冲击下，陶瓷气体放电管气体电离需要一定的时间（一般为100nS），因而有一个幅度较高的尖脉冲会泄漏到后面去。若要抑制这个尖脉冲，有以下几种方法：a、在放电管后串联电感或留一段长度适当的传输线，使尖脉冲衰减到较低的电平；b、采用两级保护电路，以放电管作为第一级，以TVS管或半导体过电压保护器作为第二级，两级之间用电阻、电感或自恢复保险丝隔离。②直流击穿电压VS的选择：直流击穿电压VS的最小值应大于可能出现的最高电源峰值电压或最高信号电压的1.2倍以上。③续流问题：为了使放电管能正常熄弧，在有可能出现续流的地方，可以在放电管上串联压敏电阻或自恢复保险丝等限制续流TVS管1、概述：TVS管是瞬态电压抑制器（TransientVoltageSuppressorDiode）的简称，它的特点是：响应速度特别快（为ps级），耐浪涌抑制电压能力特强，其脉冲功率从几百瓦～几十千瓦，脉冲峰值电流从几安～几百安。它的击穿电压有从几伏～几百伏，可达600V的系列值，便于各种不同电压的电路使用。它的封装形式有同轴引线型与贴片型两大类。贴片型有：SMAJ（400W）、SMBJ（600W）、SMCJ（1500W）、SMDJ（3000W）系列，同轴引线型有：P4KE（400W）、SA（500W）、P6KE（600W）、1.5KE(1500W)、5KP（5000W）、15KW、20KW、30KW系列和低电容的SAC（500W，50pF）、LCE（1500W，100pF）系列。

TVS管有单向与双向之分（单向的型号后面的字母为“A”，双向的为“CA”），单向TVS管的特性与稳压二极管相似，双向TVS管的特性相当于两个稳压二极管反向串联，特性曲线见下图。其主要特性参数有：①反向断态电压VRWM：表示TVS管不导通的最高电压，在这个电压下只有很小的漏电流IR。②击穿电压VBR：TVS管通过规定的测试电流IT时的电压，这是表示TVS管导通的标志电压。TVS管的击穿电压有±5%的误差范围。③脉冲峰值电流IPP：TVS管允许通过的10/1000μs波的最大峰值电流。在同一个系列中，击穿电压越低的管子允许通过的峰值电流越大。④最大箝位电压VC：TVS管流过峰值电流IPP时所呈现的电压。使用指导①TVS管使用时一般并联在被保护电路上。为了限制流过TVS管的电流不超过管子允许通过的峰值电流IPP，应在线路串联加限流元件，如电阻、自恢复保险丝、电感等。②截止电压Vrm的选择：TVS管的截止电压应至少大于线路上最高工作电压或信号电平电压③脉冲峰值电流IPP的选择：当TVS管单独使用时，要根据线路上可能出现的最大浪涌电流来选择合适的型号。当TVS管在放电管后作为第二级保护时，一般要用600W以上TVS管。④用于信号传输电路保护时，一定要注意所传输信号的频率或传输速率。当信号频率或传输速率较高时应选用低电容系列的管子：信号频率（传输速率）≥10MHz（Mb/s），Cj≤60pF；信号频率（传输速率）≥100MHz（Mb/s），Cj≤25pF。当低电容系列仍满足不了要求时，就应把TVS管串联到高速二极管组成的桥路中，如下图所示。快速恢复二极管桥TVS管Line2Line1半导体过电压保护器1、概述：半导体过电压保护器是根据可控硅原理采用离子注入技术生产的一种新型保护器件，具有精确导通、快速响应（响应时间ns级）、浪涌吸收能力较强、可靠性高等特点。由于其浪涌吸收能力较TVS管强，可用于代替TVS管。但它的导通特性接近于短路，不能直接用于有源的电路中，在这样的电路中使用时必须加限流元件，使其续流小于最小维持电流。半导体过电压保护器有贴片式、直插式和轴向引线式三种封装形式，可同时实现差共模保护。特性半导体过电压保护器的特性曲线如下图所示。其特性参数都已标在图上，有以下几个：①关态电压VRM与漏电流IRM：关态电压VRM表示半导体过电压保护器不导通的最高电压，在这个电压下只有很小的漏电流IRM。②转折电压VBO与转折电流IBO：当达到转折电压VBO（对应的电流为转折电流IBO）时，半导体过电压保护器完全导通，呈现很小的阻抗，两端电压立即下降到一个很低的数值（接近于短路）。③峰值脉冲电流IPP：半导体过电压保护器能承受的较大脉冲电流。使用指导

参照TVS管玻璃放电管

（SPARK）

1、概述：玻璃放电管（强效放电管、防雷管）是最新推出的防雷器件，它兼有陶瓷气体放电管和半导体过电压保护器的优点：绝缘电阻高（≥100MΩ）、极间电容小（≤0.8pF）、放电电流大（最大达3kA）、双向对称性、反应速度快（不存在冲击击穿的滞后现象）、性能稳定可靠、导通后电压极低，还有体积小、寿命长等优点。其缺点是直流击穿电压分散性较大（M档±20%，N档±30%）。按它的8/20μs波脉冲放电电流IPP的大小分为三个系列：BK3系列IPP≥500A，BK2系列IPP≥1000A，BK1系列IPP≥3000A特性玻璃放电管的特性曲线与半导体过电压保护器相似。主要特性参数是直流击穿电压VS和8/20μs波脉冲放电电流IPP。使用指导①玻璃放电管既可以用作电源电路的保护，也可以用作信号电路的保护；既可以用作共模保护，也可以用作差模保护。但只能用在浪涌电流不大于3kA的地方。②直流击穿电压VS的选择：直流击穿电压VS的最小值至少应大于可能出现的最高电源峰值电压或最高信号电压的1.2倍以上。③在有可能出现续流的地方，必须串联限流电阻或自恢复保险丝，防止玻璃放电管击穿后长时间导通而损坏。自恢复保险丝

(PPTC)

1、概述：自恢复保险丝是一种正温度系数聚合物热敏电阻。正常时阻值很小,近似于短路，当电路出现过流使它的温度升高时，阻值急剧增大几个数量级，从而使电路中的电流减小到安全值以下，其效果与开关元件类似，只是动作速度较慢。它有三种封装形式：引线型（圆片或方片）、薄片型（带形）和贴装型特性

自恢复保险丝的主要特性参数有以下几个：①保持电流IH：不会使电阻值突变的最大电流。②触发电流IT：能使电阻值突然变大的最小电流。③动作时间Ttrip：通过5IH（LP系列）或3IH或规定电流（其它系列）的最大动作时间。电流越大或/和温度越