电子产品的瞬变和浪涌防护.docx

器件在线
电子产品的瞬变和浪涌防护
潘建
ProtectionofElectronicProductsfromBeingDamagedbyTransientandSurgeVoltage
PanJian

摘要：电子产品在使用中的电压瞬变和浪涌将导致电子产品的损坏，因此，电压瞬变和浪涌防护问题已经得到越来越多设计者的重视。文章在指出防护的必要性的同时，还介绍了瞬变和浪涌防护器件的分类及特性，并重点介绍了三种电子产品中瞬变和浪涌防护器件的挑选和应用方法。关键词：瞬变；浪涌；防护器件分类号：TM44文献标识：B文章编号：1006-6977（2001）02-0011-04
1.防护的必要性
众所周知，电子产品在使用中经常会遇到意外的电压瞬变和浪涌，从而导致电子产品的损坏，损坏的原因是电子产品中的半导体器件（包括二极管、晶体管、可控硅和集成电路等)被烧毁或击穿。据估量，电子产品的故障有75％是由于瞬变和浪涌造成的。电压的瞬变和浪涌无处不在，电网、雷击、爆破，就连人在地毯上行走都会产生上万伏的静电感应电压，这些，都是电子产品的隐形致命杀手。因此，为了提高电子产品的可靠性和人体自身的安全性，必须对电压瞬变和浪涌采取防护措施。其方法之一是使整机和系统接地，整机和系统的地（公共端）和大地应分开，整机和系统中的每个子系统均应有独立的公共端，在子系统之间需传输数据或信号时，应以大地为参考电平，接地线（面）必须能流过很大的电流，如几百安培。第二种防护方法是在整机和系统中的关键部位（如电脑的显示器等）采用电压瞬变和浪涌的防护器件，使电压瞬变和浪涌通过防护器件旁路到子系统地和大地，从而让进入整机和系统中的瞬变电压和浪涌幅度大大降低。第三种防护方法是对重要和昂贵的整机和系统采用几个电压瞬变和浪涌防护器件的组合形式，以构成多级防护电路。
2.防护器件的分类及特性
2.1二极管型防护器件二极管型防护器件是利用硅PN结正向压降（VF）和反向雪崩击穿电压（VZ）特性制成的，如瞬变电压抑制二极管（TVS）。它有两种形式：一是齐纳型单向雪崩击穿，二是双向的硅压敏电阻。TVS器件在规定的反向应用条件下，在承担到高能量的瞬时过压脉冲时，其工作阻抗能立刻降至很低以答应大电流通过，并将电压箝制在预定水平，从而有效地保护电子产品中的精密元器件免受损坏。双向TVS可在正反两个方向吸取瞬时大脉冲功率，并把电压箝制在预定水平，双向TVS适用于交流电路。TVS的最大优点是箝位系数小，所谓箝位系数是指TVS上流过的电流在最大时的端电压与流过的电流为最小时的端电压的比值，箝位系数越小，抑制瞬变电压的成效越好，TVS器件的其它优点是体积小、响应速度快（小于1ns）、每次经受瞬变电压后其性能不会下降和可靠性高等。缺点是电容大、耐电流量小。现在，国外TVS器件已经采用气密性附壳封装，外形为DO－41，而一样的民用器件则采用有引线或无引线的塑封形式，典型的有美国GeneralInstrument公司生产400W、600W、1500W无引线扁平塑封，其400W的工作电压为5.5～162V，型号为TSMA6.8～TSMA200，外形为SMA/D0214AC；600W的工作电压为5.5～162V，型号为TSMB6.8～TSMB200，外形为SMB/D0214AA；1500W工作电压5.5～162V，型号为TSMC6.8～TSMC200，外形为SMC/D0214AB。该公司也生产无引线圆柱形产品，型号为TGL41－6.8～TGL41－200，外形为MELFGL41。该公司还生产5000W的TVS，其工作电压为5.0～110V，型号为5KP5.0～5KP110，外形为P600。TVS的另一发展方向是开发低电压产品，目前正在开发的产品电压范畴为2.8～3.8V，以满足低压微处理器和IC的需要。2.2晶闸管型防护器件晶闸管型防护器件已有两种：第一种是控制栅极型双向三端器件，如SCR、TRLAO等。因为大多数电源电路的输出端都有电压过载保护，用一个电平触发SCR的控制栅极将输出短路而中断供电，响应时间约100μs，这对电压敏锐的器件有可能造成损坏，它的优点是耐电流量大，缺点是点火电压易变化。第二种是控制坚持电流型双向两端器件，如CSSPD（CurrentypeSiliconSurgeProtectiveDevice），它由日本新电元公司于1998年10月研制成功。由pnpnp五层组成，其结构是在单芯片上逆向并联组成的复合器件。当浪涌电压超过转折电压VBO时，器件被导通，这时它出现一样PN结二极管的正向电压降（VF）和等效的导通电压（VT）特性，被保护电路上仅施加相当于导通电压的电压值（只有几伏）。当浪涌流过后，电流慢慢减少到坚持电流（IH）水平以下，此时器件关闭，工作点又回到原先位置，被保护电路流过正常电压。