完整的電路保護(hù)過流過壓保護(hù)

關(guān)于完整的電路保護(hù)過流過壓保護(hù)第一頁，共五十二頁，2022年，8月28日一、完整的電路保護(hù)1.1過流保護(hù)

1、傳統(tǒng)的熔斷保險(xiǎn)絲/玻璃管3、PTC/NTC熱敏電阻注：通常也把以上第2、3加上一些溫控元件合稱為電路熱保護(hù)。

2、自恢復(fù)式的保險(xiǎn)絲PPTC第二頁，共五十二頁，2022年，8月28日1.2.1工作原理（FUSE）

根據(jù)焦?fàn)柖桑?/p>

Q=I2RT

當(dāng)通過保險(xiǎn)絲的電流達(dá)到一定時(shí)，在保險(xiǎn)絲上所產(chǎn)生的熱量達(dá)到它的固態(tài)熔點(diǎn)時(shí)，保險(xiǎn)絲就會(huì)自動(dòng)熔斷而起到保護(hù)電路的作用。因此，工程人員在選擇保險(xiǎn)絲時(shí)最關(guān)注的參數(shù)如下：

I----熔斷電流

T----當(dāng)電流達(dá)到I時(shí)，經(jīng)過多長時(shí)間才能熔斷。所以一般保險(xiǎn)絲分為：快斷（F）和慢斷（S）兩種。第三頁，共五十二頁，2022年，8月28日1.2.2工作原理（PPTCR）

A、當(dāng)電流流過元件時(shí)，根據(jù)焦?fàn)柖芍鋾?huì)產(chǎn)生熱量。上圖中的Point1Point2就是處于電流或環(huán)境溫度增加不明顯時(shí)所達(dá)到的平衡點(diǎn)。

B、當(dāng)電流或環(huán)境溫度繼續(xù)增加，產(chǎn)生的熱能大于散發(fā)的熱能時(shí)，此階段很小的溫度變化都會(huì)造成阻值的大幅提高。上圖中的Point3---Point4就是處于保護(hù)狀態(tài)。第四頁，共五十二頁，2022年，8月28日1.2.3工作原理（PTCR/NTCR）

PTC----正溫度系數(shù)PTC熱敏電阻：熱敏電阻的阻值隨著溫度的升高而增大。其T-R變化曲線如圖1所示。因此PTCR多用作電路保護(hù)元件。NTC----負(fù)溫度系數(shù)NTC熱敏電阻：熱敏電阻的阻值隨著溫度的升高而減小。其T-R變化曲線如圖2所示。因此NTCR多用作溫度控制元件。第五頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.1過壓保護(hù)常識(shí)

為什么現(xiàn)在的電路越來越多地要使用過壓保護(hù)元件？

1、隨著電子產(chǎn)品數(shù)字化的發(fā)展，IC的集成度越來越，其“身價(jià)”越來越貴，因此要加強(qiáng)保護(hù)；

2、為了降低功耗、減少發(fā)熱，半導(dǎo)體元件和IC的工作電壓越來越低；據(jù)SIA報(bào)道：2003年的IC工作電壓為1.5V，今年將降到1.2V；

3、使用電子產(chǎn)品的環(huán)境所要求的。Eg：汽車電子產(chǎn)品、室外通信產(chǎn)品、電力產(chǎn)品；

4、數(shù)字移動(dòng)產(chǎn)品越來越多，如PDA、手機(jī)、筆試本電腦、數(shù)碼相機(jī)、MP3等都要用到電池作為電源，在電池組件和電池充電器中都必須配備保護(hù)元件。過電壓有哪些表現(xiàn)形式？

1、瞬態(tài)峰值電壓2、浪涌電壓

3、靜電放電（ESD）4、其它第六頁，共五十二頁，2022年，8月28日第七頁，共五十二頁，2022年，8月28日齊納二極管

(ZenerDiodes)雪崩二極管

(SiliconAvalancheDiodes)閘流管(Thyristors)壓敏電阻

(MetalOxideVaristors)氣體放電管

(GasDischargeTubes)饋線電阻

(LineFeedResistors

)緩沖電容

(SnubberCapacitors)過壓保護(hù)--常用器件（限壓器）

第八頁，共五十二頁，2022年，8月28日工作原理

此器件專門設(shè)計(jì)用于吸收ESD能量并且保護(hù)系統(tǒng)免受ESD損害的固態(tài)元件。TVS二極管將限制跨在被保護(hù)器件上的電壓剛好高過額定電壓，但是卻遠(yuǎn)低于破壞的閾值電壓。TVS—瞬變電壓消除器

TransientVoltageSuppressor第九頁，共五十二頁，2022年，8月28日TeccorOvervoltageProtectionProduct1、聚合物ESD抑制器2、可變電阻--表面貼

A、多層疊的可變電阻（ML，MLE、MHS、AUMLandMLNSeries）

B、壓敏電阻（CHSeries）3、硅保護(hù)產(chǎn)品

A、TVS/DiodeArrays（SP05x，SP72xSeries）

B、閘流管（SiBODTM

）

C、TVSDiodes/SiliconAvalanceDiodes（SADs）4、氣體放電管（GDTs）5、工業(yè)&軸向壓敏電阻

A、RadialLeadedMOVs（UltraMOVTM，C-III，LA，ZA，RAandTMOVTMVaristors）

B、軸向引腳的壓敏電阻（MASeriesMOVs）

C、工業(yè)級(jí)的壓敏電阻（CA，NA，PA，HA，HB34，DAandDBSeriesvaristors）第十頁，共五十二頁，2022年，8月28日第十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日Teccor產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域5、其它工業(yè)設(shè)備3、通信設(shè)備4、汽車電子1、個(gè)人電子消費(fèi)產(chǎn)品2、電源產(chǎn)品第十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日電源產(chǎn)品

A、交流電源B、不間斷電源（UPS）

C、電能表D、交流電器控制板應(yīng)用電路

推薦產(chǎn)品

可控硅（SCR）壓敏電阻（MOV）

TVS/ULTraMOV

AC/DCDC/DC轉(zhuǎn)換電路全波/半波整流電路/逆變電路第十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日第十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日雷電的防護(hù)氣體放電管能承受數(shù)百微秒內(nèi)數(shù)千安培瞬態(tài)雷電電流的沖擊。缺點(diǎn)是對(duì)雷電過電壓的波頭無法進(jìn)行有效的保護(hù)。壓敏電阻有較好的非線性，有很大的吸收能力，響應(yīng)速度快。缺點(diǎn)是應(yīng)用于DVI、ISDN等圖像傳輸設(shè)備上時(shí)，容易失真。同時(shí)容易老化。熱敏電阻優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)阻小且穩(wěn)定，動(dòng)作快、表面溫度低、耐高壓高溫。固體放電管是電力、通信領(lǐng)域中防雷器件的尖端產(chǎn)品，是氣體放電管、壓敏電阻的升級(jí)替代品。---電力系統(tǒng)器件應(yīng)用比較第十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日雷電防護(hù)的常見方法1、采用多種防雷器件的組合來彌補(bǔ)某一器件的缺陷。例：MOV+PTC：對(duì)雷電波壓敏電阻能快速反應(yīng)、引雷電流入地的作用。PTC則能保護(hù)通信電纜。2、采用多器件、多級(jí)別的防護(hù)。例：氣體放電管應(yīng)用其釋放能量大的特點(diǎn)，可作初級(jí)保護(hù)。而壓敏電阻適合做電源、內(nèi)部設(shè)備的保護(hù)。第十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日用戶端設(shè)備

1、傳真機(jī)

2、xDSL/Modem3、公用電話/無繩電話/手機(jī)/VoIP4、T1/E1/J15、ISDN設(shè)備

6、用戶線路板（SLIC）局端設(shè)備

1、公共分組交換機(jī)（PBX）

2、Internet網(wǎng)關(guān)

3、交換機(jī)/路由器/中繼器(HUB)

轉(zhuǎn)接設(shè)備各類基站（衛(wèi)星、微波；GSM/GPRS/CDMA）通信設(shè)備針對(duì)通信類產(chǎn)品,Teccor提供了SIDACtor@(固體過壓保護(hù)器件).第十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日1、高速接口電路（USB2.0、IEEE1394、RF電路、Gigabit以太網(wǎng)、DVI）通用應(yīng)用---接口電路第十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日第十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日第二十頁，共五十二頁，2022年，8月28日2、中速接口電路（USB1.1、RS-485、以太網(wǎng)、視頻/圖像）第二十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日3、低速接口電路（RS-232、IEEE1284、按鈕/開關(guān)、鍵盤）第二十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日第二十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日應(yīng)用1---手機(jī)第二十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日應(yīng)用

2---無繩電話第二十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日應(yīng)用

3---數(shù)碼相機(jī)第二十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日§電源保護(hù)電路

一過流保護(hù)電路1過流保護(hù)電路的功能和組成

*功能發(fā)生過流時(shí)，立即某種方式消除過流，保護(hù)電路器件不會(huì)損壞。*產(chǎn)生過流的原因①負(fù)載過載或輸出短路②整流器件失效③開關(guān)管失效④干擾等因素造成的誤導(dǎo)通第二十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日2過流保護(hù)電路的設(shè)計(jì)（1）電流傳感器檢測過流保護(hù)電路*組成電流信號(hào)檢測電路過流信號(hào)處理電路封鎖開關(guān)脈沖電路*簡單的保護(hù)方法利用熔斷器，但動(dòng)作慢，不足以實(shí)現(xiàn)快速保護(hù)，一般使用由電子元器件構(gòu)成的保護(hù)電路。*電流信號(hào)檢測電路第二十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日

②脈沖電流后沿尖峰是開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的初級(jí)漏感和引線電感造成的。

①脈沖電流前沿尖峰是由次級(jí)整流二極管的反向恢復(fù)造成的變壓器次級(jí)暫時(shí)短路引起的。*過流信號(hào)處理電路①過流一般都是不正?，F(xiàn)象，或者是故障，所以過流保護(hù)應(yīng)該是不可以自恢復(fù)的。②實(shí)現(xiàn)方式，反饋?zhàn)枣i。

③加兩級(jí)濾波后脈沖電流的前后沿尖峰明顯減小。第二十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日*封鎖開關(guān)脈沖電路（2）功率開關(guān)管過流狀態(tài)的自動(dòng)識(shí)別*注意，與截止時(shí)的電壓相區(qū)別。*具有快速、可靠、方便的優(yōu)點(diǎn)。③可自鎖的處理電路把過流信號(hào)處理電路的輸出加到集成PWM控制器的保護(hù)信號(hào)輸入端即可。*根據(jù)：GTR、GTO、IGBT等的導(dǎo)通壓降是和導(dǎo)通時(shí)通過的電流有關(guān)的，當(dāng)管子中電流增加時(shí)，其導(dǎo)通壓降也會(huì)明顯上升。*功率MOSFET是阻性負(fù)載，導(dǎo)通壓降也和導(dǎo)通時(shí)的電流有關(guān)。第三十頁，共五十二頁，2022年，8月28日二輸出過壓、欠壓保護(hù)電路1過壓、欠壓狀態(tài)的判斷*比較器A用于輸出過壓判斷。*比較器B用于輸出欠壓判斷。*調(diào)整電阻R1、R2、R3可改變保護(hù)點(diǎn)。、*正常時(shí)，UB=“0”；保護(hù)時(shí)，UB=“1”。上限下限第三十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日2

保護(hù)把過壓、欠壓判斷電路的輸出加到集成PWM控制器的保護(hù)信號(hào)輸入端即可。3

小功率電源中的過壓保護(hù)*利用穩(wěn)壓二極管結(jié)合過流保護(hù)電路可實(shí)現(xiàn)。*選擇穩(wěn)壓值UZ大于輸出電壓1V左右的穩(wěn)壓二極管，當(dāng)發(fā)生過壓時(shí)，穩(wěn)壓二極管反向擊穿，輸出電壓被箝位在UZ，同時(shí)產(chǎn)生較大的電流，使過流保護(hù)電路動(dòng)作。*對(duì)于瞬間的尖峰干擾，有吸收作用。第三十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日三輸入過壓保護(hù)電路1輸入連續(xù)過壓保護(hù)（1）基本方法*是在濾波電容后取樣，對(duì)瞬間過壓不起作用。*利用R6、R5、T1可改變基準(zhǔn)電壓，避免產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象。*保護(hù)時(shí)，利用發(fā)出的保護(hù)信號(hào)可封鎖PWM脈沖輸出、停止后級(jí)DC/DC變換器工作。第三十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日（3）改進(jìn)方法（2）存在問題保護(hù)不徹底，后級(jí)DC/DC變換器雖停止工作，功率開關(guān)得到保護(hù)，但如果輸入電壓繼續(xù)上升超過濾波電容的耐壓值時(shí)，濾波電容會(huì)過壓擊穿。*在判斷保護(hù)后，發(fā)出保護(hù)信號(hào)同時(shí)，控制繼電器或接觸器動(dòng)作、斷開主回路；不過壓時(shí)，繼電器觸點(diǎn)吸合，不影響正常工作。*特點(diǎn)：①保護(hù)徹底，適合中、大功率電源中應(yīng)用；②電路復(fù)雜，成本高。第三十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日2輸入瞬間過壓保護(hù)（1）原因（2）保護(hù)方法*電網(wǎng)上電感性負(fù)載的開、關(guān)，雷電感應(yīng)等都會(huì)在電網(wǎng)電壓上產(chǎn)生尖峰電壓，有的達(dá)數(shù)千伏。*這些尖峰電壓的能量有強(qiáng)有弱，一般雷電引起的尖峰電壓能量較強(qiáng)，有可能損壞電源。*在輸入端并聯(lián)氧化鋅壓敏電阻。*當(dāng)交流尖峰電壓串入時(shí)，經(jīng)EMI濾波器后，有了一定的衰減；*若衰減后的尖峰仍大于壓敏電阻的連續(xù)工作電壓值時(shí)，則壓敏電阻的阻值急劇下降，把尖峰能量吸收，電源得到保護(hù)。*要合理選擇壓敏電阻的連續(xù)工作電壓值，一般要高于連續(xù)工作電壓上限的20%左右。第三十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日四軟啟動(dòng)電路

1軟啟動(dòng)

*軟啟動(dòng)是指電源啟動(dòng)時(shí)，其輸出電壓隨時(shí)間緩慢增加，變化規(guī)律如圖。

*需要軟啟動(dòng)的原因，是由于電源輸出濾波電容較大，開始工作時(shí)電容兩端電壓為零，未儲(chǔ)能；如果輸出電壓突然建立到額定值，將導(dǎo)致：

*軟啟動(dòng)時(shí)間，指輸出電壓上升到0.9U0時(shí)所用時(shí)間，一般為幾百毫秒。

①在很短時(shí)間內(nèi)形成很大的充電電流，對(duì)整流二極管、功率開關(guān)、電容自身都會(huì)造成嚴(yán)重的過流沖擊。

②易使過流或短路保護(hù)動(dòng)作，影響電源的正常啟動(dòng)及使用壽命。第三十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日2軟啟動(dòng)過程3軟啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)方法

*指電源啟動(dòng)時(shí)，使功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)脈寬從0開始緩慢地展寬到額定輸出電壓時(shí)所對(duì)應(yīng)的寬度。

*軟啟動(dòng)可利用電容的充電特性來實(shí)現(xiàn)。

*供電時(shí)，基準(zhǔn)電壓UREF立刻建立，但電容C的存在，使電壓誤差放大器同相輸入端電壓從零逐漸上升、使PWM脈沖寬度從零開始緩慢展寬。

*關(guān)機(jī)時(shí)，電容C通過電阻R2放電，再次啟動(dòng)時(shí)仍具有軟啟動(dòng)功能。第三十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日5軟啟動(dòng)與輸入浪涌電流抑制電路的關(guān)系

*在輸入濾波電容充電結(jié)束，限流電阻短路后，輸出軟啟動(dòng)電路才開始工作。4軟啟動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)

*在各種PWM控制芯片里，一般都有軟啟動(dòng)控制電路，只需要在設(shè)置端外接一個(gè)電容即可。*如需要對(duì)其進(jìn)行控制時(shí)：①X=1時(shí)，三極管導(dǎo)通、無脈沖輸出；②X=0時(shí)，三極管截止、正常啟動(dòng)工作。第三十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日五過熱保護(hù)1熱敏電阻2溫度開關(guān)§4.4熱回路設(shè)計(jì)

一半導(dǎo)體器件熱設(shè)計(jì)的必要性1器件芯片最高允許結(jié)溫的限制

器件芯片的溫度超過結(jié)溫，將引起器件電的或熱的不穩(wěn)定，而導(dǎo)致器件的失效。一般，硅材料在200℃以下，鍺材料在100℃以下。第三十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日二功率開關(guān)管損耗計(jì)算1電阻性負(fù)載開關(guān)管的開關(guān)損耗2半導(dǎo)體器件還要受到溫度變化的限制

半導(dǎo)體芯片是通過焊劑焊在基座上的，因?yàn)槠浣佑|部分熱膨脹系數(shù)不同，所以外部溫度頻繁變化時(shí)，會(huì)使結(jié)合面材料疲軟，致使兩個(gè)表面分離，最終導(dǎo)致器件的失效。開關(guān)管兩端電壓下降和開關(guān)管中電流上升是同步的，只是方向相反。開通電流上升時(shí)間關(guān)斷電流下降時(shí)間第四十頁，共五十二頁，2022年，8月28日2電感性負(fù)載開關(guān)管的開關(guān)損耗*在開關(guān)管截止期間，iC=0、iL=iD，負(fù)載通過二極管續(xù)流、uce=Ui。*導(dǎo)通時(shí)，iC增加到iL以前，二極管仍導(dǎo)通，uce=Ui，只有經(jīng)過tvr后iL=ic，二極管截止，uce下降、經(jīng)tvf后下降到零而關(guān)斷。*關(guān)斷時(shí)，iC稍一下降，二極管便開始導(dǎo)通、uce經(jīng)很短時(shí)間tvr上升到Ui

、電流才開始明顯下降，經(jīng)tif后下降到零而關(guān)斷。第四十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日3開關(guān)管的導(dǎo)通損耗*對(duì)于GTR、GTO、IGBT，Uces有一定的參考值。*對(duì)于MOSFET，一般給出Rds

，其損耗為4開關(guān)管的截止損耗很小可忽略第四十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日二二極管損耗計(jì)算1二極管的反向恢復(fù)損耗2二極管的通態(tài)損耗3二極管的開通損耗二極管的開通時(shí)間很短，開通損耗可忽略。4二極管的截止損耗二極管的截止漏電流很小，截止損耗可忽略。UDM二極管承受的反向電壓第四十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日三熱的傳輸方式熱的傳輸有三種形式：傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射

*傳導(dǎo)是熱能從一個(gè)質(zhì)點(diǎn)傳導(dǎo)下一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，而質(zhì)點(diǎn)保持不動(dòng)的過程。1傳導(dǎo)

*熱的傳導(dǎo)與電的傳輸相似：上式中的P是熱流功率，A為傳導(dǎo)體的截面積，L為傳導(dǎo)體的長度，括號(hào)內(nèi)為溫度差。*

K

是材料的導(dǎo)熱率，其量綱為W/cm2℃。*銅的導(dǎo)熱率為4.01；鋁的導(dǎo)熱率為2.25。第四十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日

*此式與導(dǎo)體中的電流計(jì)算式相似，所以可以應(yīng)用分析電路的方法分析熱路。

*對(duì)流我們都很熟悉，天氣的變化就是一種對(duì)流，稱為自然對(duì)流。相對(duì)的還有強(qiáng)迫對(duì)流，就是強(qiáng)迫將被加熱的介質(zhì)帶走熱量。2對(duì)流

*被加熱的介質(zhì)變輕，自然上升帶走熱量，稱為自然對(duì)流.第四十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日3輻射

*輻射是借助于電磁波的形式將熱傳輸出去。它與輻射面的表面積、粗糙度和顏色有關(guān)。*三種傳熱方式往往同時(shí)存在，熱傳輸是多維的。

*如，芯片到外殼的熱傳輸主要是傳導(dǎo)，對(duì)流和輻射可忽略不計(jì)；在高空條件下，對(duì)流處于次要地位，主要是傳導(dǎo)和輻射散熱。四熱路歐姆定律1熱阻

*表示介質(zhì)傳熱的能力，其意義就是單位功耗所引起的溫升，用Rth表示。*熱阻的單位是℃/W*一般在說明熱阻時(shí)，要說明從某處到某處的熱阻。第四十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日2熱路歐姆定律*根據(jù)熱電相似原理引入熱路的概念

*在熱路中，熱流相當(dāng)于電路中的電流，熱阻相當(dāng)于電路中的電阻，溫度差相當(dāng)于電位差。

*即，當(dāng)熱量從A物體向它周圍的B物體擴(kuò)散，A物體的溫升等于A物體的發(fā)熱