2.3 其它防护元件
其它防护元件主要有两种:其一是气体放电管,它的优点是耐电流量大和静电容量小,缺点是点火电压高,在直流电压下不能恢复到截止状态,因而不能用于防护低电压电路,经多次电压瞬变和浪涌后其性能会下降;其二是金属氧化物压敏电阻,如ZnO压敏电阻,它是以氧化锌为主要原料制造的半导体陶瓷元件,利用ZnO电压的非线性来吸收瞬变电压和浪涌。这种压敏电阻器件的电压范围很宽,可从几伏到几千伏,吸收浪涌电流可从几十到几千安培,它反应速度快、非线性指数大、无极性、无续流、寿命长、成本低,缺点是箝位系数小,呈负温度系数,经多次电压瞬变和浪涌后其性能会下降,因而不适用IC,且使用温度范围低,不能采用气密性封装,其可靠性也不高等。
3. 瞬变和浪涌防护器件的应用
防护电压瞬变和浪涌的半导体器件可用于各种整机和系统,以防止各种电压瞬变和浪涌对整机和系统的干扰和损坏。下列应用领域一般均需用防护电压瞬变和浪涌的半导体器件:
●各类中继站,如卫星中继站或一般TV转播站,这类工作系统一般均需防止天线近处(或人体接触)的静电和浪涌对整机所造成的损坏。
●电话系统。
●通信线路。
●数据传输线路。
●阴极射线管,如电脑显示器、TV显像管等,这类器件一般应防止瞬变电压和浪涌损坏推动级的IC和大功率三极管。
●无线电接收机,如汽车收音机、收录机、移动天线等。
●高可靠电源。
●电动机调速电路。
3.1 压敏电阻的选用
选用压敏电阻器前,应先了解以下相关技术参数:
●标称电压(即压敏电压)是指在规定的温度和直流电流下,压敏电阻器两端的电压值。
●漏电流:指在25℃条件下,当施加最大连续直流电压时,压敏电阻器中流过的电流值。
●等级电压是指压敏电阻中通过8/20等级电流脉冲时在其两端呈现的电压峰值。
●通流量是表示施加规定的脉冲电流(8/20μs)波形时的峰值电流。
●浪涌环境参数包括最大浪涌电流Ipm(或最大浪涌电压Vpm和浪涌源阻抗Zo)、浪涌脉冲宽度Tt、相邻两次浪涌的最小时间间隔Tm以及在压敏电阻器的预定工作寿命期内,浪涌脉冲的总次数N等。
a. 压敏电压的选取
一般地说,压敏电阻器常常与被保护器件或装置并联使用,在正常情况下,压敏电阻器两端的直流或交流电压应低于标称电压,即使在电源波动情况最坏时,也不应高于额定值中选择的最大连续工作电压,该最大连续工作电压值所对应的标称电压值即为选用值。对于过压保护方面的应用,压敏电压值应大于实际电路的电压值,一般应使用下式进行选择:
VmA=av/bc
式中:a为电路电压波动系数,一般取1.2;v为电路直流工作电压(交流时为有效值);b为压敏电压误差,一般取0.85;c为元件的老化系数,一般取0.9;
这样计算得到的VmA实际数值是直流工作电压的1.5倍,在交流状态下还要考虑峰值,因此计算结果应扩大1.414倍。另外,选用时还必须注意:
(1) 必须保证在电压波动最大时,连续工作电压也不会超过最大允许值,否则将缩短压敏电阻的使用寿命;
(2) 在电源线与大地间使用压敏电阻时,有时由于接地不良而使线与地之间电压上升,所以通常采用比线与线间使用场合更高标称电压的压敏电阻器。
b.通流量的选取
通常产品给出的通流量是按产品标准给定的波形、冲击次数和间隙时间进行脉冲试验时产品所能承受的最大电流值。而产品所能承受的冲击数是波形、幅值和间隙时间的函数,当电流波形幅值降低50%时冲击次数可增加一倍,所以在实际应用中,压敏电阻所吸收的浪涌电流应小于产品的最大通流量。
c.应用
图1所示是采用压敏电压器进行电路浪涌和瞬变防护时的电路连接图。对于压敏电阻的应用连接,大致可分为四种类型:
第一种类型是电源线之间或电源线和大地之间的连接,如图1(a)所示。作为压敏电阻器,最具有代表性的使用场合是在电源线及长距离传输的信号线遇到雷击而使导线存在浪涌脉冲等情况下对电子产品起保护作用。一般在线间接入压敏电阻器可对线间的感应脉冲有效,而在线与地间接入压敏电阻则对传输线和大地间的感应脉冲有效。若进一步将线间连接与线地连接两种形式组合起来,则可对浪涌脉冲有更好的吸收作用。
第二种类型为负荷中的连接,见图1(b)。它主要用于对感性负载突然开闭引起的感应脉冲进行吸收,以防止元件受到破坏。一般来说,只要并联在感性负载上就可以了,但根据电流种类和能量大小的不同,可以考虑与R-C串联吸收电路合用。
第三种类型是接点间的连接,见图1(c)。这种连接主要是为了防止感应电荷开关接点被电弧烧坏的情况发生,一般与接点并联接入压敏电阻器即可。
第四种类型主要用于半导体器件的保护连接,见图1(d)。这种连接方式主要用于可控硅、大功率三极管等半导体器件,一般采用与保护器件并联的方式,以限制电压低于被保护器件的耐压等级,这对半导体器件是一种有效的保护。