【资深工程师经验分享】几款常用的通信设备电路保护器件 

分享 收藏 已有 120 次阅读  2017-04-06 14:49   标签电路保护器件 

据小硕初步了解,近年来,通信技术突飞猛进,通信产业成为全世界发展速度最快的产业之一。当运营商关注市场份额、用户关注提速降费的同时,通信设备行业的电子工程师则将关注焦点转移至安全问题:通信安全、设备安全以及电路安全。硕凯电子(http://www.socay.com)致力于为各行各业产品提供专业的安全防护产品和解决方案,本篇硕凯小编将送通信设备防护器件的选型出发,重点介绍几款电子工程师务必要眼熟的通信设备电路常用保护器件。

在通信设备的正常使用过程中,由于恶劣的电磁环境可能造成个别元器件的损坏,导致通信设备不能正常工作,造成重大损失。为了确保通信设备的安全,通常在通信设备中设计有关保护电路。常用的保护器件按工作原理划分,主要有过电压保护、过电流保护、过温度保护和EMI保护等几大类。根据实现保护的不同方法,相同功能的保护器件也有不同种类可供选用。在实际运用中,为了确保满足设备的保护和可靠性要求,保护电路往往采用多重协同保护(多级保护)。

通信设备电路保护解决方案设计思路分析

在通信设备的正常使用过程中,交流电网和通信线路上会出现雷击浪涌电压、火花放电等EMI瞬态干扰信号。瞬态干扰的特点是作用时间极短,但电压幅度高、瞬态能量大。当瞬态电压叠加在控制系统的输入电压上,使输入通信设备系统的电压超过系统内部器件的极限电压时,便会损坏通信设备的电源;当瞬态电压叠加在通信线路上时,瞬间高压便会损坏信号环路中传输、控制的元器件。另外,由于电力线搭碰、感应,通信电路上有可能出现持续的过电压、过电流,如不加保护也有可能损坏通信电路或器件,甚至造成火灾和生命财产损失。因此,必须采用恰当的保护措施,对通信系统及设备进行防护。

SOCAY硕凯电路保护元器件

通信设备电路常用保护器件特性分析

过电压保护器件通常有高阻抗特性,当电压达到它的过电压保护值以上时,就转换到低阻抗;一旦过电压故障消失,保护器件会返回到高电阻状态,是一种可恢复器件。常用的过电压保护器件有TSS(半导体晶闸管浪涌保护器件)、瞬态电压抑制器(TVS)、MOV(金属氧化物可变电阻)、和GDT(气体放电管)等。

相反,过电流保护元件通常有低阻抗特性,当通过它的电流达到过电流保护值以上时,转换到高阻抗。常用的过电流保护器件有PPTC(聚合物正温度系数)、CPTC(陶瓷正温度系数)等,它们的共同特点是可重置,而不像保险丝为一次性的不可恢复器件。可恢复过电流保护元件的优势很明显,一旦过电流故障消失,保护器件冷却后会返回到低电阻状态。

通信设备电路常用保护器件详解

1、开关型防雷过压器件

开关型过压器件是间隙放电型器件,其雷电能量泻放能力大,在线路上使用的主要作用是泻放雷电能量,一般在建筑物入口处选用如陶瓷气体放电管的开关型过压器件来泄放雷电能量,然后,在后级电路使用如TVS二极管或者压敏电阻的限压型过压器件来限制因前级雷电能量泻放后,在后级线路产生的高过电压。两种过压器件需配合使用,方能保证配电线路中设备的安全。

陶瓷气体放电管:

雷电危害和静电危害是电子元器件杀手,每年因为雷电和静电而损坏的电子产品不计其数,减轻损坏的最佳方式就是采用电路防护方案。防雷器件中应用最广泛的是陶瓷气体放电管,之所以说陶瓷气体放电管是应用最广泛的防雷器件,是因为无论是直流电源的防雷还是各种信号的防雷,陶瓷气体放电管都能起到很好的防护作用。其最大的特点是通流量大,级间电容小,绝缘电阻高,击穿电压可选范围大。

玻璃放电管:

在防雷器件中还有一个值得推荐的备选方案是应用玻璃放电管,或者说强效放电管,玻璃放电管(强效放电管、防 )是20世纪末新推出的防雷器件,它兼有陶瓷气体放电管和半导体过压保护器的优点:绝缘电阻高(≥10^8Ω)、极间电容小(≤0.8pF)、放电电流较大(最大达3 kA)、双向对称性、反应速度快(不存在冲击击穿的滞后现象)、性能稳定可靠、导通后电压较低,此外还有直流击穿电压高(最高达5000V)、体积小、寿命长等优点。其缺点是直流击穿电压分散性较大(±20%)。

半导体放电管:

过压器件半导体放电管也是不错的防雷器件。半导体放电管是一种过压保护器件,是利用晶闸管原理制成的,依靠PN结的击穿电流触发器件导通放电,可以流过很大的浪涌电流或脉冲电流。其击穿电压的范围,构成了过压保护的范围。固体放电管使用时可直接跨接在被保护电路两端。具有精确导通、快速响应(响应时间ns级)、浪涌吸收能力较强、双向对称、可靠性高等特点。

2、钳位型防雷过压器件

瞬态抑制器二极管:

电子防护器件中使用最多的要数TVS管,同时它也是过压器件中的一种。瞬态抑制器TVS管广泛应用于半导体及敏感器件的保护,通常用于二级保护。基本都会是用于在陶瓷气体放电管之后的二级保护,也有用户直接将其用于产品的一级保护。其特点为反应速度快(为 ps 级) ,体积小 ,脉冲功率较大 ,箝位电压低等。其 10/1000μs波脉冲功率从400W ~30KW,脉冲峰值电流从 0.52A~544A ;击穿电压有从6.8V~550V的系列值,便于各种不同电压的电路使用。

压敏电阻:

所有的电器产品都有一个固定的电压承受值,当超过这个电压值,就会对电器产品造成不同程度的损坏,而过压器件的作用就是将过高的电压泄放掉,维持正常的工作电压,从而起到防护作用。除了上述的三种防雷、过压器件外,压敏电阻也是一种用得最多的限压器件。利用压敏电阻的非线性特性,当过电压出现在压敏电阻的两极间,压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值,从而实现对后级电路的保护。压敏电阻的响应时间为ns级,比空气放电管快,比TVS管稍慢一些,一般情况下用于电子电路的过电压保护其响应速度可以满足要求。压敏电阻的结电容一般在几百到几千pF的数量级范围,很多情况下不宜直接应用在高频信号线路的保护中,应用在交流电路的保护中时,因为其结电容较大会增加漏电流,在设计防护电路时需要充分考虑。压敏电阻的通流容量较大,但比气体放电管小。

ESD放电二极管:

静电放电肉眼不容易看见,但是它对电器的隐性伤害却是不容忽视的。在很多电子生产线上都会要求穿上静电防护服,这也是为了确保所生产的产品不会因为静电放电而影响品质检测。ESD放电二极管是一种过压、防静电保护元件,是为高速数据传输应用的I/O端口保护设计的器件。ESD保护器件是用来避免电子设备中的敏感电路受到ESD(静电放电)的影响。可提供非常低的电容,具有优异的传输线脉冲(TLP)测试,以及IEC6100-4-2测试能力,尤其是在多采样数高达1000之后,进而改善对敏感电子元件的保护。

3、PPTC自恢复保险丝

实用中,PPTC自恢复保险丝可用于过电流/过温度保护的应用场合,是具有自动恢复功能的过流保护器件。PPTC可恢复保险丝的动作原理是一种能量的动态平衡,流过PPTC元件的电流由于PPTC的关系产生热量,产生的热全部或部分散发到环境中,而没有散发出去的热便会提高PPTC元件的温度。  

正常工作时的温度较低,产生的热和散发的热达到平衡。PPTC元件处于低阻状态, PPTC不动作,当流过PPTC元件的电流增加或环境温度升高,但如果达到产生的热和散发的热的平衡时,PPTC仍不动作。当电流或环境温度再提高时, PPTC会达到较高的温度。若此时电流或环境温度继续再增加,产生的热量会大于散发出去的热量,使得PPTC元件温度骤增,在此阶段,很小的温度变化会造成阻值的大幅提高,这时PPTC元件处于高阻保护状态。当故障排除之后,PPTC元件很快冷却并将回复到原来的低电阻状态,这样又象一只新的PPTC元件一样可以重新工作了。


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