隨著科學技術的發(fā)展，電力/電子產(chǎn)品變得越來越多樣化和復雜化。使用的電路保護元件不是簡單的玻璃管保險絲。它們通常有壓敏電阻，TVS和氣體放電管。電路保護已經(jīng)發(fā)展成為各種新興電子元件。今天讓我們深入研究電路保護。
概述
I. 什么是電路保護
1.1 電路保護概念
電路保護主要是保護電子電路中的元件免受過壓，過流，浪涌，電磁干擾等情況的損壞。隨著科學技術的發(fā)展，電力和電子產(chǎn)品日益多樣化和復雜化。過去使用的電路保護元件不僅僅是一個簡單的玻璃管保險絲，通常的保護裝置是壓敏電阻，TVS，氣體放電管。電路保護已發(fā)展成為新興電子元件的多元化領域。
電路保護圖
1.2 電路保護的意義和重要性
（1）由于電路板的集成度越來越高，電路板的價格也相應提高。因此，我們必須加強保護。
（2）半導體器件和IC的工作電壓要低得多，而電路保護的目的是減少能量損失，減少熱現(xiàn)象，延長使用壽命。
（3）車載設備，由于使用環(huán)境惡劣的環(huán)境比普通電子產(chǎn)品差。汽車行駛條件頻繁變化，汽車啟動時瞬時峰值電壓非常大，等等。因此，這些電子設備產(chǎn)品的電源適配器一般應使用過壓保護元件。
（4）通信設備和通信場所對雷電浪涌的預防有一定的要求。過壓保護和過流保護組件在這些設備中非常重要。它們是確保正常人身安全和溝通的關鍵。
（5）大多數(shù)電子產(chǎn)品的故障是由電子設備電路中的過電壓或電路現(xiàn)象引起的。隨著我們對電子設備質(zhì)量的要求越來越高，電子電路保護變得越來越必要。
1.3 電線安全傳導多少安培數(shù)
美國游艇和游艇委員會（ABYC）發(fā)布下表，顯示每種尺寸的電線可以承載多少安培數(shù)：
每根尺寸的電線可以攜帶多少安培數(shù)
“允許安培數(shù)”并不是測量電線尺寸時唯一要考慮的因素。還必須考慮電壓降。電壓降是當電壓通過電阻“推”電流時“消耗”的電壓量。有時允許安培數(shù)將是確定電線尺寸的決定因素，而在其他情況下，電壓降將決定電線尺寸。電線必須是允許電流強度或電壓降所要求的尺寸中的較大者。
詳情
II. 常見類型
1.過流
在電力系統(tǒng)中，過電流或過電流是通過導體存在大于預期電流的情況，導致過多的熱量產(chǎn)生，以及火災或設備損壞的風險。過電流的可能原因包括短路，負載過大，設計不正確或接地故障。保險絲，斷路器，溫度傳感器和限流器是常用的保護機制，用于控制過電流的風險。
當電流過大時，過流保護會自動切斷，以防止電路中的電子元件因超過額定電流而損壞。
2.過壓
當電路中的電壓或其中的一部分升高到其設計上限以上時，這稱為過電壓。條件可能是危險的。根據(jù)其持續(xù)時間，過壓事件可能是瞬態(tài)的 - 電壓尖峰 - 或永久性的，導致電源浪涌。
電子和電氣設備設計為在一定的最大電源電壓下工作，并且可能由高于設備額定電壓的電壓引起相當大的損壞。
過壓保護主要是為了防止電子元件因過壓或靜電放電而損壞。它廣泛應用于電話，傳真機和高速傳輸接口（USB，IEEE1394，HDMI，SATA）等電子系統(tǒng)產(chǎn)品，尤其是電子通訊設備。這對于避免由于過電壓或EOS（電過應力）或靜電放電（ESD）而損壞電子設備尤為重要。
例如，電燈泡中有一根導線，在給定的額定電壓下，該導線將承載足夠大的電流，使導線變得非常熱（發(fā)出光和熱），但不足以使其熔化。電路中的電流量取決于所提供的電壓：如果電壓過高，則導線可能會熔化，燈泡會“實時燒壞”。類似地，如果過電壓被傳遞到電路，則其他電氣設備可能停止工作，或者甚至可能會起火。
3. OT（過溫）
從商用到現(xiàn)在，溫度保護元件經(jīng)歷了很長時間，目前的過溫保護元件廣泛應用于需要特定溫度的場合。這些保護元件，按照動作原理，可分為化學活化型和低溫合金驅動型。主要特點是化學驅動型產(chǎn)品可以做低溫產(chǎn)品（目前做48℃），但更復雜，成本更高。另一種是低溫合金驅動型，低溫合金型動作主要是通過直徑較大的低溫保險絲進行的。我們必須確保額定電流產(chǎn)生的熱量不會熔化保險絲。低溫保險絲通常通過調(diào)節(jié)錫（Sn）來調(diào)節(jié)熔點，
4. TFR
近年來，隨著應用的升級，簡單的溫度保護已經(jīng)不能滿足不斷變化的電器，電機和3C產(chǎn)品安全保護的需求，因此可以提供監(jiān)控功能和溫度，電流及時保護的元件和電壓異常重新開發(fā)。而鋰離子電池和鋰聚合物電池的崛起是最大的應用。
5.OCOV（過電流和過電壓）
隨著現(xiàn)代電子產(chǎn)品的復雜性，對保護部件的要求也越來越高，如全面保護和有限的預留空間。隨著這些要求的提出，保護組件社區(qū)已經(jīng)引發(fā)了一波封裝封裝。如上所述 - 過溫保護也被認為是組合包。但大多數(shù)ocov保護包裝產(chǎn)品仍在研發(fā)中。沒有成熟的商業(yè)產(chǎn)品。
III. 電路保護元件和器件
電路保護裝置可自動防止電導體中的危險或過高溫度，過電流或短路。它限制了電氣故障時釋放的能量。
3.1電路保護裝置的類型
分類如下：
首先，組件：如果工廠在加工時不改變分子組成，則不需要能量裝置的產(chǎn)品可稱為組件。它包括：電阻器，電容器，電感器。（也稱為無源元件）
（1）電路器件：二極管，電阻器等
（2）連接設備：連接器，插座，連接電纜，印刷電路板（PCB）。
然后，設備：工廠在生產(chǎn)和加工過程中改變了設備的分子結構，稱為設備。該公司位于：
設備分為：
有源器件的主要特點是：
（1）自身功耗
（2）需要外接電源。
離散設備分為：
（1）雙極晶體管
（2）場效應晶體管
（3）SCR
（4）半導體電阻電容
3.2 電路保護裝置的功能
下面列出了組件角色的一些描述。電子元件如下：
電阻
電阻圖
電路中的電阻用“R”表示。電路中的電阻主要功能是分流，限流，分壓，偏壓等。電路中的電容一般用“C”表示。電容器由兩片金屬薄膜組成，中間有絕緣材料。電容器的特性主要是隔離DC和通過AC。
電容器
電容器圖
電容器容量的大小是可以存儲的電能的大小。電容器對AC信號的阻塞效應稱為容性電抗，其與AC信號的頻率和電容有關。
感應器
感應器圖
雖然在電子生產(chǎn)中使用電感器并不常見，但它們在電路中同樣重要。在我們看來，電感器也是一種能量存儲元件，它將電能轉換為磁能，并將能量存儲在磁場中。電感符號為“L”，電感的基本單位為亨利（H），常用毫亨（mH）為單位。它通常與電容器配合使用，形成LC濾波器，LC振蕩器等。此外，人們還利用電感器的特性來制造扼流線圈，變壓器，繼電器等。
現(xiàn)在讓我們談談電子設備：
晶體二極管
晶體二極管圖
電路中的晶體二極管常用“D”。二極管的主要特性是單向導電性。也就是說，在正向電壓的作用下，導通電阻很小；但是反向電壓的電阻變大或變大。
由于二極管的這些特性，它們通常用于無繩電話的整流，隔離，調(diào)節(jié)，極性保護，編碼控制，F(xiàn)M調(diào)制和靜噪電路。電話中使用的晶體二極管可分為整流二極管（如1N4004），隔離二極管（如1N4148），肖特基二極管（如BAT85），LED和齊納二極管。
3.3 如何選擇電路保護裝置
過壓保護裝置選擇點
過壓保護器件（OVP）用于保護后續(xù)電路免受負載突降或瞬態(tài)高壓損壞。常見的過壓保護裝置包括壓敏電阻，瞬態(tài)抑制器，ESD抑制器和放電管。過壓保護裝置的選擇應注意以下四點：
1）關閉電壓Vrwm。一般關斷電壓至少比線路的最大工作電壓高10％。
2）鉗位電壓VC的選擇。VC是指ESD浪涌情況下TVS兩端的電壓。它必須小于受保護電路可以承受的最大瞬態(tài)電壓。
3）選擇浪涌功率Pppm。功率不同，保護時間不同，如600w（10 / 1000us）；300W（8 / 20us） 。
4）電極電容的選擇。受保護元件的工作頻率越高，TVS的電容就越小。
過流保護裝置選擇
在斷開熔絲電路的過程中，由于電路電壓的存在，在熔體破裂時會發(fā)生電弧。一個高質(zhì)量的保險絲應盡可能避免這種電弧放電。斷開電路后，保險絲應能承受兩端施加的電路電壓。脈沖引起的保險絲損壞會逐漸降低承受脈沖的能力。我們應該考慮必要的安全邊際選擇。安全裕度是指總保險絲（動作）時間的保險絲，其中包括預電弧時間和電弧放電時間。我們需要注意其基本條件的熔斷特性和額定電流。除了考慮安裝環(huán)境。當熔絲達到熔化熱的值時，熔絲將熔化。它會改變更冷的融合時間，
需要保險絲選擇參數(shù)
1）額定電流--- In
2）額定電壓--- Un
3）環(huán)境溫度
4）電壓降/冷電阻--- Ud / R.
5）融合特性
6）破碎能力--- Ir
7）熱能值-I2t
8）耐久性/預期壽命
9）結構特征和安裝形式
10）安全認證
常溫保險絲型號
常溫保險絲型號圖表
過溫保護裝置選擇
NTC熱敏電阻，也稱為負溫度系數(shù)熱敏電阻，其特征在于隨著溫度的升高電阻的非線性降低。NTC熱敏電阻選擇應考慮以下幾點：
NTC熱敏電阻圖
1）最大額定電壓和濾波電容值
濾波電容的大小決定了NTC的大小。對于特定尺寸的NTC熱敏電阻，嚴格要求允許訪問的濾波電容的大小。該值還與最大額定電壓有關。
2）產(chǎn)品允許的最大啟動電流值和NTC熱敏電阻工作電流的長期負載。
電子設備的最大允許啟動電流決定了NTC熱敏電阻的電阻。加載在NTC熱敏電阻上的電流不應超過規(guī)范中長期正常工作時指定的電流。
分析
IV. 該方法的示例
4.1 TVS管中的保護電路
在實際電路中，如圖所示，在DC輸入時，有時由于電源環(huán)境的變化而發(fā)生一些瞬態(tài)脈沖。消除器件瞬時脈沖損壞的最佳方法是將瞬時電流從敏感器件帶到地面。通常，TVS與電路板上的受保護電路并聯(lián)連接。因此，當瞬時電壓超過電路的正常工作電壓時，TVS將發(fā)生雪崩擊穿，為瞬時電流提供超低阻抗路徑。結果，瞬時電流通過TVS短接到GND，以避免受保護的器件。當瞬時脈沖結束時，TVS二極管自動恢復到高阻抗狀態(tài)，整個電路恢復到正常電壓狀態(tài)。
典型電路特性圖
智能電表行業(yè)通常使用RS-485通信。下圖顯示了RS-485通信接口的典型應用。在保護RS-485接口形成靜電或浪涌損壞時，SMBJ5.0CA通常用于進行接口保護，如圖3所示。當靜電或浪涌電壓高于5V時，SMBJ5.0CA將開始鉗位電壓低電平。如果電流超過峰值電流IPP，則最終電壓鉗位在9V左右，從而保護后級免受損壞。
RS-485接口保護電路
集成運算放大器對外部電應力非常敏感。因此，在運算放大器工作期間，由于不正確的操作或異常工作條件，經(jīng)常會出現(xiàn)過大的電壓或電流，尤其是浪涌和靜電脈沖，從而容易損壞運算放大器或故障。一個5V輸出的直流電源，其穩(wěn)壓器輸出帶有SMBJ5.0CA，可以保護設備使用電源，還可以吸收晶體管集電極中的電路，使發(fā)射極峰值電壓保護晶體管。因此，建議在每個穩(wěn)壓源的輸出端添加SMBJ5.0CA管，這樣可以大大提高整機的可靠性。
運算放大器輸出級保護圖
直流電源輸出級保護圖
電涌保護裝置可以分類為限壓裝置，例如氣體放電制動器，金屬氧化物變阻器，抑制二極管，三端雙向可控硅開關元件，雙向可控硅開關和開關或限流裝置，如熔斷器，斷路器和熱斷路器。讓我們來看看電壓保護，因為這與火炬保護更相關。
下面是基本的瞬態(tài)電壓抑制器設備的概述：
瞬態(tài)電壓抑制器設備的概述表
4.2 PTC熱敏電阻過流保護
應用原則
當電路處于正常狀態(tài)時，通過PTC熱敏電阻進行過流保護的電流小于額定電流。PTC熱敏電阻處于正常狀態(tài)，電阻小。當電路發(fā)生故障時，電流大大超過額定電流，PTC熱敏電阻突然發(fā)熱，呈現(xiàn)高阻態(tài)，使電路相對“斷開”，保護電路免受損壞。故障排除時，PTC熱敏電阻會自動返回低阻態(tài)，電路恢復正常運行。
通常有三種類型的過溫和過溫保護：
1）電流過載（見下圖）：RL1負載曲線是正常工作狀態(tài)。當負載電阻減小時，如變壓器短路，負載曲線從RL1變?yōu)镽L2，超過B點，PTC熱敏電阻進入保護狀態(tài)。
電流過載保護圖
2）電壓過載（見下圖）：電源電壓升高，如220V電源線突然升至380V，負載曲線從RL1變?yōu)镽L2，超過B點，PTC熱敏電阻進入保護狀態(tài)。
電壓過載保護圖
3）溫度過熱（如圖）：當環(huán)境溫度上升超過一定限度時，PTC熱敏電阻伏安曲線從ABE變?yōu)锳-B1-F，負載曲線RL超過B1點，PTC熱敏電阻進入保護狀態(tài)。
過流保護電路圖
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