完整的電路保護-過流過壓保護

完整的電路保護-過流過壓保護一、完整的電路保護1.1過流保護

1、傳統(tǒng)的熔斷保險絲/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。

2、自恢復(fù)式的保險絲PPTC完整的電路保護-過流過壓保護1.2.1工作原理（FUSE）

根據(jù)焦爾定律：

Q=I2RT

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

I----熔斷電流

T----當(dāng)電流達到I時，經(jīng)過多長時間才能熔斷。所以一般保險絲分為：快斷（F）和慢斷（S）兩種。完整的電路保護-過流過壓保護1.2.2工作原理（PPTCR）

A、當(dāng)電流流過元件時，根據(jù)焦爾定律知其會產(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所達到的平衡點。

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，此階段很小的溫度變化都會造成阻值的大幅提高。上圖中的Point3---Point4就是處于保護狀態(tài)。完整的電路保護-過流過壓保護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多用作電路保護元件。NTC----負溫度系數(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。完整的電路保護-過流過壓保護2.1過壓保護常識

為什么現(xiàn)在的電路越來越多地要使用過壓保護元件？

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”越來越貴，因此要加強保護；

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)字移動產(chǎn)品越來越多，如PDA、手機、筆試本電腦、數(shù)碼相機、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、其它完整的電路保護-過流過壓保護完整的電路保護-過流過壓保護齊納二極管

(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--常用器件（限壓器）

完整的電路保護-過流過壓保護工作原理

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

TransientVoltageSuppressor完整的電路保護-過流過壓保護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)級的壓敏電阻（CA，NA，PA，HA，HB34，DAandDBSeriesvaristors）完整的電路保護-過流過壓保護完整的電路保護-過流過壓保護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、個人電子消費產(chǎn)品2、電源產(chǎn)品完整的電路保護-過流過壓保護電源產(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/逆變電路完整的電路保護-過流過壓保護完整的電路保護-過流過壓保護雷電的防護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。缺點是對雷電過電壓的波頭無法進行有效的保護。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。缺點是應(yīng)用于DVI、ISDN等圖像傳輸設(shè)備上時，容易失真。同時容易老化。熱敏電阻優(yōu)點是內(nèi)阻小且穩(wěn)定，動作快、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、壓敏電阻的升級替代品。---電力系統(tǒng)器件應(yīng)用比較完整的電路保護-過流過壓保護雷電防護的常見方法1、采用多種防雷器件的組合來彌補某一器件的缺陷。例：MOV+PTC：對雷電波壓敏電阻能快速反應(yīng)、引雷電流入地的作用。PTC則能保護通信電纜。2、采用多器件、多級別的防護。例：氣體放電管應(yīng)用其釋放能量大的特點，可作初級保護。而壓敏電阻適合做電源、內(nèi)部設(shè)備的保護。完整的電路保護-過流過壓保護用戶端設(shè)備

1、傳真機

2、xDSL/Modem3、公用電話/無繩電話/手機/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（PBX）

2、Internet網(wǎng)關(guān)

3、交換機/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)備針對通信類產(chǎn)品,Teccor提供了SIDACtor@(固體過壓保護器件).完整的電路保護-過流過壓保護1、高速接口電路（USB2.0、IEEE1394、RF電路、Gigabit以太網(wǎng)、DVI）通用應(yīng)用---接口電路完整的電路保護-過流過壓保護完整的電路保護-過流過壓保護完整的電路保護-過流過壓保護2、中速接口電路（USB1.1、RS-485、以太網(wǎng)、視頻/圖像）完整的電路保護-過流過壓保護3、低速接口電路（RS-232、IEEE1284、按鈕/開關(guān)、鍵盤）完整的電路保護-過流過壓保護完整的電路保護-過流過壓保護應(yīng)用1---手機完整的電路保護-過流過壓保護應(yīng)用

2---無繩電話完整的電路保護-過流過壓保護應(yīng)用

3---數(shù)碼相機完整的電路保護-過流過壓保護§電源保護電路

一過流保護電路1過流保護電路的功能和組成

*功能發(fā)生過流時，立即某種方式消除過流，保護電路器件不會損壞。*產(chǎn)生過流的原因①負載過載或輸出短路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)通完整的電路保護-過流過壓保護2過流保護電路的設(shè)計（1）電流傳感器檢測過流保護電路*組成電流信號檢測電路過流信號處理電路封鎖開關(guān)脈沖電路*簡單的保護方法利用熔斷器，但動作慢，不足以實現(xiàn)快速保護，一般使用由電子元器件構(gòu)成的保護電路。*電流信號檢測電路完整的電路保護-過流過壓保護

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

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

③加兩級濾波后脈沖電流的前后沿尖峰明顯減小。完整的電路保護-過流過壓保護*封鎖開關(guān)脈沖電路（2）功率開關(guān)管過流狀態(tài)的自動識別*注意，與截止時的電壓相區(qū)別。*具有快速、可靠、方便的優(yōu)點。③可自鎖的處理電路把過流信號處理電路的輸出加到集成PWM控制器的保護信號輸入端即可。*根據(jù)：GTR、GTO、IGBT等的導(dǎo)通壓降是和導(dǎo)通時通過的電流有關(guān)的，當(dāng)管子中電流增加時，其導(dǎo)通壓降也會明顯上升。*功率MOSFET是阻性負載，導(dǎo)通壓降也和導(dǎo)通時的電流有關(guān)。完整的電路保護-過流過壓保護二輸出過壓、欠壓保護電路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可改變保護點。、*正常時，UB=“0”；保護時，UB=“1”。上限下限完整的電路保護-過流過壓保護2

保護把過壓、欠壓判斷電路的輸出加到集成PWM控制器的保護信號輸入端即可。3

小功率電源中的過壓保護*利用穩(wěn)壓二極管結(jié)合過流保護電路可實現(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，穩(wěn)壓二極管反向擊穿，輸出電壓被箝位在UZ，同時產(chǎn)生較大的電流，使過流保護電路動作。*對于瞬間的尖峰干擾，有吸收作用。完整的電路保護-過流過壓保護三輸入過壓保護電路1輸入連續(xù)過壓保護（1）基本方法*是在濾波電容后取樣，對瞬間過壓不起作用。*利用R6、R5、T1可改變基準電壓，避免產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象。*保護時，利用發(fā)出的保護信號可封鎖PWM脈沖輸出、停止后級DC/DC變換器工作。完整的電路保護-過流過壓保護（3）改進方法（2）存在問題保護不徹底，后級DC/DC變換器雖停止工作，功率開關(guān)得到保護，但如果輸入電壓繼續(xù)上升超過濾波電容的耐壓值時，濾波電容會過壓擊穿。*在判斷保護后，發(fā)出保護信號同時，控制繼電器或接觸器動作、斷開主回路；不過壓時，繼電器觸點吸合，不影響正常工作。*特點：①保護徹底，適合中、大功率電源中應(yīng)用；②電路復(fù)雜，成本高。完整的電路保護-過流過壓保護2輸入瞬間過壓保護（1）原因（2）保護方法*電網(wǎng)上電感性負載的開、關(guān)，雷電感應(yīng)等都會在電網(wǎng)電壓上產(chǎn)生尖峰電壓，有的達數(shù)千伏。*這些尖峰電壓的能量有強有弱，一般雷電引起的尖峰電壓能量較強，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，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，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。*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。完整的電路保護-過流過壓保護四軟啟動電路

1軟啟動

*軟啟動是指電源啟動時，其輸出電壓隨時間緩慢增加，變化規(guī)律如圖。

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

*軟啟動時間，指輸出電壓上升到0.9U0時所用時間，一般為幾百毫秒。

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

②易使過流或短路保護動作，影響電源的正常啟動及使用壽命。完整的電路保護-過流過壓保護2軟啟動過程3軟啟動實現(xiàn)方法

*指電源啟動時，使功率開關(guān)管的驅(qū)動脈寬從0開始緩慢地展寬到額定輸出電壓時所對應(yīng)的寬度。

*軟啟動可利用電容的充電特性來實現(xiàn)。

*供電時，基準電壓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)機時，電容C通過電阻R2放電，再次啟動時仍具有軟啟動功能。完整的電路保護-過流過壓保護5軟啟動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，輸出軟啟動電路才開始工作。4軟啟動控制電路設(shè)計

*在各種PWM控制芯片里，一般都有軟啟動控制電路，只需要在設(shè)置端外接一個電容即可。*如需要對其進行控制時：①X=1時，三極管導(dǎo)通、無脈沖輸出；②X=0時，三極管截止、正常啟動工作。完整的電路保護-過流過壓保護五過熱保護1熱敏電阻2溫度開關(guān)§4.4熱回路設(shè)計

一半導(dǎo)體器件熱設(shè)計的必要性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。完整的電路保護-過流過壓保護二功率開關(guān)管損耗計算1電阻性負載開關(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，因為其接觸部分熱膨脹系數(shù)不同，所以外部溫度頻繁變化時，會使結(jié)合面材料疲軟，致使兩個表面分離，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。開通電流上升時間關(guān)斷電流下降時間完整的電路保護-過流過壓保護2電感性負載開關(guān)管的開關(guān)損耗*在開關(guān)管截止期間，iC=0、iL=iD，負載通過二極管續(xù)流、uce=Ui。*導(dǎo)通時，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，iC稍一下降，二極管便開始導(dǎo)通、uce經(jīng)很短時間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。完整的電路保護-過流過壓保護3開關(guān)管的導(dǎo)通損耗*對于GTR、GTO、IGBT，Uces有一定的參考值。*對于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完整的電路保護-過流過壓保護二二極管損耗計算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完整的電路保護-過流過壓保護三熱的傳輸方式熱的傳輸有三種形式：傳導(dǎo)、對流、輻射

*傳導(dǎo)是熱能從一個質(zhì)點傳導(dǎo)下一個質(zhì)點，而質(zhì)點保持不動的過程。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。完整的電路保護-過流過壓保護

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

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

*被加熱的介質(zhì)變輕，自然上升帶走熱量，稱為自然對流.完整的電路保護-過流過壓保護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)，對流和輻射可忽略不計；在高空條件下，對流處于次要地位，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，要說明從某處到某處的熱阻。完整的電路保護-過流過壓保護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物體擴散，A物體的溫升等于A物體的發(fā)熱功率與從A到B的熱阻的乘積。

*如物體內(nèi)有N個發(fā)熱點，其熱功率分別為P1、P2…Pn，則引起A處溫升的總功率為完整的電路保護-過流過壓保護3等效熱路*開關(guān)電源中的功率開關(guān)管或整流二極管的等效熱路

*在散熱系統(tǒng)中，芯片會與外殼、殼與散熱器、殼與環(huán)境有熱交換，其溫度和熱阻分別如圖所示。