公司培訓(xùn)資料(防雷器件基本知識)

公司培訓(xùn)資料(防雷器件基本知識)第一頁，共57頁。防雷器件基本知識第二頁，共57頁。

常見防雷器件：1.瞬態(tài)抑制二極管（TVS）2.玻璃放電管（GDT）3.壓敏電阻（MOV）4.陶瓷氣體放電管（GASTUBE）5.半導(dǎo)體放電管（SIDACTOR）6.自恢復(fù)保險絲（PPTC）目錄第三頁，共57頁。

TVS瞬態(tài)電壓抑制器（TransientVoltageSuppressor）的簡稱。瞬態(tài)抑制二極管(TVS)第四頁，共57頁。并聯(lián)于線路中，在正常工作狀況下，TVS二極管對受保護線路呈現(xiàn)高阻抗狀態(tài)，當(dāng)線路工作電壓超過，它能以pS級的速度把過高的電壓限制在一個安全范圍之內(nèi)，從而起到保護后面電路的作用。當(dāng)這瞬間電流通過之后，TVS又回復(fù)到高阻抗之狀態(tài)。特性：優(yōu)點：1.響應(yīng)速度最快（為ps級）

2.擊穿電壓有從5V～600V的系列值3.瞬態(tài)功率從400W至30，000W4.鉗制電壓比較準確缺點：1.結(jié)電容比較大2.沖擊電流小瞬態(tài)抑制二極管(TVS)工作原理：第五頁，共57頁。1、反向斷態(tài)電壓VRWM：表示TVS管不導(dǎo)通的最高電壓，在這個電壓下只有很小的反向漏電流IR。2、擊穿電壓VBR：TVS管通過規(guī)定的測試電流IT時的電壓，這是表示TVS管導(dǎo)通的標志電壓（TVS管的擊穿電壓有±5%的誤差范圍。3、脈沖峰值電流IPP：TVS管允許通過的8/20μs波的最大峰值電流。4、最大箝位電壓VC：TVS管流過峰值電流IPP時所呈現(xiàn)的電壓。瞬態(tài)抑制二極管(TVS)參數(shù)：第六頁，共57頁。1、直流導(dǎo)通電壓：(測試儀器名稱:壓敏電阻直流參數(shù)儀)測試條件：100V/1MA（依器件規(guī)格設(shè)定測試電壓）主要參數(shù)檢測：瞬態(tài)抑制二極管(TVS)直流導(dǎo)通電壓測試屬靜態(tài)參數(shù)測試，對本身元器件不會造成傷害。第七頁，共57頁。2、通流能力:(測試儀器名稱:8/20us電流沖擊發(fā)生器)測試條件：按零件規(guī)格選定沖擊電流大小，如：0.5KA/1KA等。瞬態(tài)抑制二極管(TVS)通流能力沖擊測試屬破壞性測試，經(jīng)過沖擊測試的元器件不能再正常使用。第八頁，共57頁。選型：

1.最大箝位電壓VC≤被保護設(shè)備最大的安全電壓；2.反向工作電壓（反向斷態(tài)電壓）>線路正常工作電壓；3.交流電壓只能用雙向TVS。瞬態(tài)抑制二極管(TVS)第九頁，共57頁。

玻璃放電管：玻璃放電管第十頁，共57頁。工作原理：玻璃放電管由封裝在充滿惰性氣體的玻璃管中相隔一定距離的兩個電極組成。中間所充的氣體主要是氖或氬，并保持一定壓力。當(dāng)其兩端電壓低于放電電壓時，氣體放電管是一個絕緣體(電阻>100M)。當(dāng)其兩端電壓升高到大于放電電壓時，產(chǎn)生弧光放電，氣體電離放電后由高阻抗轉(zhuǎn)為低阻抗，使其兩端電壓迅速降低。玻璃放電管受到瞬態(tài)高能量沖擊時，它能以10-9秒量級的速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，通過高達千安量級的浪涌電流。玻璃放電管第十一頁，共57頁。特性：它有陶瓷氣體放電管和半導(dǎo)體過壓保護器的優(yōu)點：優(yōu)點：絕緣電阻高（≥108Ω），極間電容小（≤0.8pF）、放電電流較大（最大達3kA）、雙向?qū)ΨQ性、反應(yīng)速度快，導(dǎo)通后電壓較低，此外還有直流擊穿電壓高（最高達5000V）、體積小、壽命長。缺點：是直流擊穿電壓分散性較大（±20%）。按它的8/20μs波脈沖放電電流IPP的大小分為YP、YS、YA三個系列。

玻璃放電管第十二頁，共57頁。使用方法：1、玻璃放電管既可以用作電源電路的保護，也可以用作信號電路的保護；既可以用作共模保護，也可以用作差模保護。但只能用在浪涌電流不大于3kA的地方。2、直流擊穿電壓VS的選擇：直流擊穿電壓VS的最小值應(yīng)大于可能出現(xiàn)的最高電源峰值電壓或最高信號電壓。3、在有可能出現(xiàn)續(xù)流的地方（如電源電路）使用時，必須串聯(lián)限流電阻或自恢復(fù)保險絲，防止玻璃放電管擊穿后長時間導(dǎo)通而損壞。玻璃放電管第十三頁，共57頁。分類：按8/20μs波通流容量分為三個系列：BK3/YP（0.5A）

BK2/YS（1KA）

BK1/YA（3KA）國際通用的色環(huán)對照0---黑色1---棕色2---紅色3---橙色4---黃色玻璃放電管5---綠色6---藍色7---紫色8---灰色9---白色第十四頁，共57頁。應(yīng)用：玻璃放電管BK微型放電管（SurgeAbsorber）是20世紀90年代末跨世紀的產(chǎn)品，該產(chǎn)品一經(jīng)問世，立即受到世界許多國家的矚目，它廣泛應(yīng)用于供電、數(shù)據(jù)、信息接收、醫(yī)療器械、通訊、消費類產(chǎn)品，高頻電路、3G通訊產(chǎn)品、通訊基站設(shè)備及其他靜電通訊及家電等系列產(chǎn)品，并在許多國家取得專利。a、用于供電(YA或YS系列)b、用于數(shù)據(jù)傳遞裝置(YA或YS系列)c、天線裝置或天線/信號電路包括可動部件(YS或YP系列)d、抗靜電裝置(YS和YP系列)e、多種醫(yī)療器械(YA、YS或YP系列)第十五頁，共57頁。主要參數(shù)檢測：

1、直流導(dǎo)通電壓:(測試儀器名稱:防雷元件測試儀)測試條件：1000V100V/秒（依器件規(guī)格設(shè)定測試電壓）玻璃放電管直流導(dǎo)通電壓屬靜態(tài)參數(shù)測試，對本身元器件不會造成傷害。第十六頁，共57頁。

通流能力沖擊

測試屬破壞性

測試，經(jīng)過沖

擊測試的元器

件不能再正常

使用。玻璃放電管。2、通流能力:(測試儀器名稱:8/20us電流沖擊發(fā)生器)

測試條件：按零件規(guī)格選定沖擊電流大小，如：

0.5KA/1KA/3KA等第十七頁，共57頁。壓敏電阻壓敏電阻：第十八頁，共57頁。構(gòu)造及物理特性：壓敏電阻是一種用得最多的限壓器件。壓敏電阻有碳化硅壓敏電阻和氧化鋅壓敏電阻。常用的是氧化鋅（ZnO）壓敏電阻，它主要是以氧化鋅為原料，添加多種微量金屬氧化物，它的外面包封環(huán)氧樹脂(可添加顏料)。它相當(dāng)于一個可變電阻，并聯(lián)于電路中的。當(dāng)電路在正常使用時，壓敏電阻的阻抗很高，漏電流很小，可視為開路，對電路幾乎沒有影響。但當(dāng)一很高的突波電壓到來時，壓敏電阻的電阻值瞬間下降，使它可以流過很大的電流，同時將過電壓箝位在一定數(shù)值。由于壓敏電阻的突波承受能力取決于它的物理尺寸，因而有可能獲得不同的浪涌電流值。優(yōu)點：通流量大，最大可達80KA。響應(yīng)速度效快，對于急速的電涌響應(yīng)一般小于10ns。功耗小，正常工作狀態(tài)下，漏電流為μA(微安)數(shù)量級。成本低，價格廉。缺點：可靠性較差，易老化，不可恢復(fù)性壓敏電阻第十九頁，共57頁。應(yīng)用：

廣泛的應(yīng)用在汽車電子、通迅、計算機、消費類電

子產(chǎn)品、軍用電子產(chǎn)品等方面，特別是在LCD、鍵

盤、I/O接口、IC、MOSFET、CMOS、傳感器、手

機、DVD、AV、ABS、馬達控制板、MP3、PDA、

USB接口及高速數(shù)據(jù)信號線路上進行保護等。壓敏電阻第二十頁，共57頁。技術(shù)參數(shù)（1）：壓敏電壓U1mA：

通常以在壓敏電阻上通過1mA直流電流時的電壓來表示其是否導(dǎo)通的標志電壓，這個電壓就稱為壓敏電壓UN或U1mA，我們有時也把它叫做擊穿電壓。壓敏電壓的誤差范圍一般是±10%。在試驗和實際使用中，通常把壓敏電壓從正常值下降10%作為壓敏電阻失效的判據(jù)。壓敏電阻的壓敏電壓范圍：18V～1800V。最大持續(xù)工作電壓ACrms/DC：

指壓敏電阻能長期承受的最大交流電壓Uac(有效值)或最大直流電壓值Udc。一般Uac≈0.64U1mA；Udc≈0.83U1mA。最大持續(xù)工作電壓不需進行計算，可直接在產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)第一列查找MaximumAllowableVoltage的值，如標稱電壓470V的壓敏電阻的最大持續(xù)工作電壓就是AC300V或DC385V。這個參數(shù)是選型的重要依據(jù)。壓敏電阻第二十一頁，共57頁。技術(shù)參數(shù)（2）：限制電壓（箝位電壓）VC：當(dāng)壓敏電阻流過某一脈沖電流時，在壓敏電阻兩端顯現(xiàn)的電壓最大值。技術(shù)規(guī)格書中的最大箝位電壓是在給定的脈沖電流下的值（5D是5A，7D是10A，10D是25A，14D是50A，20D是100A）。實際使用中，壓敏電壓越高，流過的沖擊電流越大，限制電壓（或稱殘壓）就越高。其數(shù)值可從產(chǎn)品的U-I曲線上查到。通流量（最大沖擊電流）Imax：按規(guī)定的時間間隔和次數(shù)，在壓敏電阻上施加8/20μs波沖擊時，通過的最大電流值稱為沖擊通流容量，簡稱通流量。沖擊的次數(shù)越多，每次沖擊的電流就應(yīng)越小。見技術(shù)規(guī)格書中的“浪涌壽命次數(shù)定額”。壓敏電阻第二十二頁，共57頁。技術(shù)參數(shù)（3）：壓敏電阻漏電流（μA）：壓敏電阻在額定直流電壓（一般為0.83U1mA）作用下流過的電流，稱為漏電流。極間電容：是由壓敏電阻的面積大小及壓敏電壓來決定的，電容的大小會影響壓敏電阻器件的響應(yīng)時間。一般壓敏電阻的極間電容大于500PF，因此，通信信號線一般不用它進行保護，因為它會產(chǎn)生信號的損失。耐沖擊能量：壓敏電阻瞬間吸收的焦耳能量。它的計算公式為：

E=K*Vc*Ip*T

式中：K----是一個常量系數(shù)，視不同的脈沖波形而定：K=1是一種均勻分布的波形，K=1.4為10/1000和8/20μs的波形。

Vc----是最大箝位電壓。

Ip----是最大通流量。

T----是脈沖持續(xù)的時間。第二十三頁，共57頁。使用：壓敏電阻器應(yīng)該在其額定的參數(shù)條件以內(nèi)工作，否則有可能導(dǎo)致壓敏電阻發(fā)熱劣化、甚至擊穿的后果。壓敏電阻的失效模式主要為短路，如果短路時間過長，會發(fā)生爆炸、起火，損壞周邊的部件；也有可能出現(xiàn)開路。壓敏電阻第二十四頁，共57頁。

選型（1）：1、壓敏電阻的工作環(huán)境：應(yīng)該在技術(shù)條件規(guī)定的范圍以內(nèi)：

環(huán)境溫度：－40C～＋85℃；

相對濕度：＋40±2℃時，最大可達96％；

大氣壓力：達8.5KPa。2、壓敏電壓的選取

根據(jù)電源電壓選取。連續(xù)施加在壓敏電阻兩端的電源

電壓,不能超過規(guī)格表中列出的最大持續(xù)工作電壓值。3、還要充分考慮到電網(wǎng)（或電路）工作電壓的波動幅度，

選取壓敏電阻的壓敏電壓值時，要留有足夠的余量。國

內(nèi)一般的波動幅度為30%。壓敏電阻第二十五頁，共57頁。

壓敏電阻4、根據(jù)電路上可能感應(yīng)的最大浪涌電流選取壓敏電阻的大小。通過壓敏電阻的最大浪涌電流不應(yīng)超過技術(shù)規(guī)格書中的最大沖擊電流?±值(也就是最大通流量)?？紤]到要耐受多次沖擊時，應(yīng)該選用能耐受10次以上沖擊的浪涌電流值。5、壓敏電阻的箝位電壓必須小于被保護的部件或設(shè)備能承受的最大電壓（即安全電壓）。6、當(dāng)浪涌脈沖以很短的間歇重復(fù)施加于壓敏電阻時，設(shè)計師應(yīng)計算此時的平均功率，并應(yīng)該使其低于規(guī)格表中列出的?°額定功率?±。7、壓敏電阻不應(yīng)該靠近發(fā)熱或可燃元器件安裝，最好要有大于3毫米的間隔，以免損壞其它元器件。

選型（2）：第二十六頁，共57頁。壓敏電阻分類：按外形分：

圓形、方形（34*34）。按圓形的基片直徑分：

Φ5、Φ7、Φ9、Φ10、Φ14、Φ20、Φ25

Φ32、Φ34、

Φ40、Φ53。按電壓分：

低：壓敏電壓18～82V；

中：100V~510V；

高：560V~1800V。按吸收能量分：標準的和高焦耳的。第二十七頁，共57頁。

1、測壓敏電壓時，通過的規(guī)定電流為1mA。

2、最大連續(xù)交流電壓或直流電壓與溫度的關(guān)系。壓敏電阻壓敏電阻的測試方法：第二十八頁，共57頁。1、直流導(dǎo)通電壓及漏電流:(測試儀器名稱:壓敏電阻直流參數(shù)儀)測試條件：1000VU1MA（依器件規(guī)格設(shè)定測試電壓）壓敏電阻主要參數(shù)檢測：直流導(dǎo)通電壓及漏電流測試屬靜態(tài)參數(shù)測試，對本身元器件不會造成傷害。第二十九頁，共57頁。壓敏電阻主要參數(shù)檢測：2、通流能力:(測試儀器名稱:8/20us電流沖擊發(fā)生器)測試條件：按零件規(guī)格選定沖擊電流大小，如：5KA/10KA/20KA等。通流能力沖擊測試屬破壞性測試，經(jīng)過沖擊測試的元器件不能再正常使用。第三十頁，共57頁。陶瓷氣體放電管陶瓷氣體放電管：第三十一頁，共57頁。陶瓷氣體放電管概述：

陶瓷氣體放電管是防雷保護設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的一

種開關(guān)器件，串聯(lián)于線路中，可用在交直流電源、

各種信號電路的防雷，都可以用它來將雷電流泄放

入大地。

它是把一對放電間隙封裝在充以放電介質(zhì)（惰性氣

體)的陶瓷管中構(gòu)成的。

按電極數(shù)分，有二極放電管和三極放電管（相當(dāng)于

兩個二極放電管串聯(lián)）兩種。其外形為圓柱形，有

帶引線和不帶引線兩種結(jié)構(gòu)形式（有的還帶有過熱

時短路的保護卡）。第三十二頁，共57頁。陶瓷氣體放電管的基本原理就是氣體放電。常用的放電管脈沖擊穿電壓在幾百伏到一千多伏，放電管原先處于斷路狀態(tài)，電阻很大，電容很小。一旦脈沖過壓達到放電管的脈沖擊穿電壓，極間的電場強度超過氣體的擊穿強度時，就引起間隙放電，管內(nèi)氣體電離，放電管導(dǎo)通，由原來的斷路狀態(tài)變?yōu)榻贫搪?。這時放電管導(dǎo)通電阻很小，可以通過很大的沖擊電流從而將浪涌電流泄放到地，使與放電管聯(lián)接的其它器件和電路避免受到浪涌沖擊而損壞。陶瓷氣體放電管原理：第三十三頁，共57頁。用于電源防雷器共模電路中將雷電流泄放入地，也可用在差模電路中與壓敏電阻串聯(lián)而阻斷其漏電流。在信號防雷器中常用于第一級泄放浪涌電流，由于其反應(yīng)速度慢，還要用第二級作限壓保護。陶瓷氣體放電管屬于開關(guān)組件，導(dǎo)通時兩端電壓很低，不能直接用在有源電路中作差模保護。必須用時，應(yīng)串聯(lián)限流組件，以防導(dǎo)通時形成過大的電流而損壞，甚至引起火災(zāi)；浪涌過后能恢復(fù)至斷路狀態(tài)。陶瓷氣體放電管應(yīng)用：第三十四頁，共57頁。優(yōu)點：

通流容量大，極間電容?。ā?pF），絕緣電阻高（≥109Ω），基本沒有漏電流；缺點：

擊穿電壓分散性較大（±20%），反應(yīng)速度較慢（最短為0.1～0.2μs），可靠性較差，多次沖擊易

老化。陶瓷氣體放電管特點：第三十五頁，共57頁。不能直接用在電源上擊穿電壓>線路上最大信號電頻電壓耐電流≥線路上可能出現(xiàn)的最大異常電流脈沖擊穿電壓<被保護線路電壓陶瓷氣體放電管選型：第三十六頁，共57頁。①

直流擊穿電壓Vsdc：在放電管上施加100V/s的直流電壓時的擊穿電壓值。這是放電管的標稱電壓，常用的有90V、150V、230V、350V、470V和600V等幾種。其誤差范圍：一般為±20%，也有的為±15%，還有個別的為±10%或±5%。②

脈沖（沖擊）擊穿電壓Vs：在放電管上施加1kV/μs的脈沖電壓時的擊穿電壓值。因反應(yīng)速度較慢，脈沖擊穿電壓要比直流擊穿電壓高得多。陶瓷氣體放電管主要特性參數(shù)（1）：第三十七頁，共57頁。③

沖擊放電電流Id：分為8/20μs波（短波）和10/1000μs波（長波）沖擊放電電流兩種。一般以8/20μs波用得較多。沖擊放電電流又分為單次沖擊放電電流（8/20μs波沖擊1次）和標稱沖擊放電電流（8/20μs波沖擊10次），一般后者約為前者的一半左右，有2.5kA、5kA、10kA、20kA……等規(guī)格。④

耐交流（工頻）電流Idac：放電管能耐受交流（工頻）電流放電1秒鐘/次、放電10次的電流額定值。陶瓷氣體放電管主要特性參數(shù)（2）：第三十八頁，共57頁。①

在快速脈沖沖擊下，陶瓷氣體放電管氣體電離需要一定的時間（一般為0.2～0.3μs，最快的也有0.1μs左右），因而有一個幅度較高的尖脈沖會泄漏到后面去。若要抑制這個尖脈沖，有以下幾種方法：a、在放電管上并聯(lián)電容器或壓敏電阻；b、在放電管后串聯(lián)電感或留一段長度適當(dāng)?shù)膫鬏斁€，使尖脈沖衰減到較低的電平；c、采用兩級保護電路，以放電管作為第一級，以TVS管或半導(dǎo)體過壓保護器作為第二級，兩級之間用電阻、電感或自恢復(fù)保險絲隔離。②

直流擊穿電壓VS的選擇：直流擊穿電壓VSdc的最小值應(yīng)大于可能出現(xiàn)的最高電源峰值電壓或最高信號電壓的1.2倍以上。陶瓷氣體放電管使用指導(dǎo)（1）：第三十九頁，共57頁。③

沖擊放電電流的選擇：要根據(jù)線路上可能出現(xiàn)的最大浪涌電流或需要防護的最大浪涌電流選擇。放電管沖擊放電電流應(yīng)按標稱沖擊放電電流（或單次沖擊放電電流的一半）來計算。④

陶瓷氣體放電管因擊穿電壓誤差較大，一般不作并聯(lián)使用。⑤

續(xù)流問題：為了使放電管在沖擊擊穿后能正常熄弧，在有可能出現(xiàn)續(xù)流的地方（如有源電路中），可以在放電管上串聯(lián)壓敏電阻或自恢復(fù)保險絲等限制續(xù)流，使它小于放電管的維持電流。按8/20μs波通流容量有：H（2.5KA）、K（3KA）、L（5KA）、M（10KA）、N（15KA）、P（20KA、

W（50KA）、X（60KA）、Y（80KA）、Z（100KA）{尺寸大小影響通流，10KA內(nèi)影響較小}陶瓷氣體放電管使用指導(dǎo)（2）：第四十頁，共57頁。1、直流導(dǎo)通電壓:(測試儀器名稱:防雷元件測試儀)測試條件：1000V100V/秒（依產(chǎn)品規(guī)格設(shè)定測試電壓）陶瓷氣體放電管主要參數(shù)檢測：直流導(dǎo)通電壓測試屬靜態(tài)參數(shù)測試，對本身元器件不會造成傷害。第四十一頁，共57頁。2.通流能力:(測試儀器名稱:8/20us電流沖擊發(fā)生器)測試條件：按零件規(guī)格選定沖擊電流大小，如：5KA/10KA/20KA等。陶瓷氣體放電管主要參數(shù)檢測：通流能力沖擊測試屬破壞性測試，經(jīng)過沖擊測試的元器件不能再正常使用。第四十二頁，共57頁。半導(dǎo)體放電管

半導(dǎo)體放電管：第四十三頁，共57頁。半導(dǎo)體放電管特點：精確的導(dǎo)通電壓，快速的響應(yīng)速度（小于1ns）、浪涌吸收能力強、電容值低、雙向?qū)ΨQ、可靠性高、能實現(xiàn)多路保護。應(yīng)用：廣泛應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)通訊及消費類電子產(chǎn)品、高速數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備（T1/E1、XDSL、ISDN、HDSL、CATV、SLIC等）上。第四十四頁，共57頁。半導(dǎo)體放電管選型：VRM截止電壓≥線路中最大工作電壓VS最大箝位電壓≤被保護電路中瞬態(tài)安全耐壓值分類：支插：BK(SDT)58S系列，BK(SDT)3072系列，BK(SDT)1602系列，

BK200S系列，BK(SDT)4802系列，P0080系列，P0300系

列，P2300系列，P2600系列，P3100系列等。貼片：SDT3010系列，SDT3021系列，P1500系列，P3500系列等。第四十五頁，共57頁。半導(dǎo)體放電管主要參數(shù)檢測：1、直流導(dǎo)通電壓:(測試儀器名稱:防雷元件測試儀)測試條件：1000V100V/秒（依產(chǎn)品規(guī)格設(shè)定測試電壓）直流導(dǎo)通電壓測試屬靜態(tài)參數(shù)測試，對本身元器件不會造成傷害。第四十六頁，共57頁。半導(dǎo)體放電管主要參數(shù)檢測：2、通流能力:(測試儀器名稱:8/20us電流沖擊發(fā)生器)測試條件：按零件規(guī)格選定沖擊電流大小，如：0.5KA/1KA等。通流能力沖擊測試屬破壞性測試，經(jīng)過沖擊測試的元器件不能再正常使用。第四十七頁，共57頁。自恢復(fù)保險絲自恢復(fù)保險絲：第四十八頁，共57頁。自恢復(fù)保險絲工作原理：是一種正溫度系數(shù)聚合物熱敏電阻。正常時阻值很小，當(dāng)電路出現(xiàn)過流使它的溫度升高時，阻值急劇增大幾個數(shù)量級，從而使電路中的電流減小到安全值以下，其效果與開關(guān)組件類似，只是響應(yīng)速度較慢。結(jié)構(gòu)：由高分子聚合物與導(dǎo)電的碳粒子組成第四十九頁，