标签: 电路保护器件

通过增加电子元器件以提供电路保护，来防止内部和外部故障是吃力不讨好的设计工作之一，这类似于购买保险。尽管遵循监管要求和最佳实践是不错的出发点，但当不需要时，它似乎是一个额外的负担 ; 而当确实需要时，又很难知道保护是否足够到位。需要保护的最常见故障类别包括由内部或外部短路、浪涌和元器件故障引起的各种过压事件。 共有以下三种基于元器件的过压保护策略： 1. 通过一个开关将相关的过电流转接到地，一旦超过阈值电压，该开关将变为非常低的阻抗 ; 2. 通过保护线路两端的电压钳位器耗散掉多余的能量 ; 3. 当超过电压阈值时，以类似熔断器的动作断开受影响的线路。 有许多元器件可用于实施这些保护策略。其中有些元器件在故障发生时可以充当撬棍和临时短路线 ( 图 1) ，有些则充当钳位器，将瞬态电压限制在预设限值，直到故障消失 ( 图 2) 。请注意，“撬棍”一词可以追溯到早期的电力系统时代，当时工人们真的会将金属撬棍放在失控的电源总线上以使其短路。 图 1 ：当撬棍保护功能触发时，它会在受保护的线路和地之间形成一条低阻抗路径，从而将过电压浪涌转接到地。本文资料来源： Bourns 图 2 ：与撬棍相比，钳位则是将过压浪涌限制在预定值。 在众多保护选项中，有气体放电管 (GDT) 、晶闸管、金属氧化物压敏电阻 (MOV) 和多层压敏电阻 (MLV) 、瞬态电压抑制器 (TVS) 甚至齐纳二极管等等。通常会看到其中几种器件组合起来使用，以提供完整性保护，并在取长补短的关系中弥补每种器件的固有缺点。显然，还有很多故障类型、保护元器件类型及其保护方式。 举例来说，为了提供一种几乎没有泄漏电流从而能延长使用寿命的过压保护解决方案，设计人员通常会采用双元器件布局。这种混合方法整合了两个分立元器件：串联的 GDT 和 MOV( 图 3) ，它们有着组合的电压 - 时间曲线 ( 图 4) 。很显然，这种双元器件方法需要更多的电路板“空间”，并在物料清单 (BOM) 中多添加一个元器件。 图 3 ： GDT 和 MOV 的串联使用提供了一种更有效的过压保护解决方案。 图 4 ： GDT+MOV 混合布局的响应与时间关系充分展示了它如何整合每个器件的基本响应属性。 但还有一个更大的问题和复杂性： MOV 和 GDT 区域的电路板布局通常受制于定义最小爬电距离和电气间隙的监管要求。间隙是空气中两个导电部件之间的最短距离 ; 爬电距离是指两个导电部件之间沿着固体绝缘材料表面的最短距离。 这些距离将随着电压的增加而增加。因此， MOV 和 GDT 元器件在实际的电路板布局时又增加了另一个需要关注和约束的点。 最近，看到一种相对较新的保护器件，它是两个现有器件的组合，但不光是两个分立元器件的简单、明显的合并封装。 Bourns 公司的 IsoMOV 系列混合保护系列产品中的器件就是将 MOV 和 GDT 整合在一个封装中，能提供与分立 MOV 和 GDT 串联等效的功能 ( 图 5) 。 图 5 ： IsoMOV 的原理图符号 ( 右 ) 显示为两个器件各自标准符号的合并。 看一下 IsoMOV 的结构就会发现，它不仅仅是简单的将 MOV 和 GDT 共同封装在一个共享外壳中，而是将两者有机的整合在一起，形成了功能上与分立 MOV 和 GDT 串联等效的效果 ( 图 6) 。 图 6 ： IsoMOV 的物理结构是一种完全不同的混合功能实现。 内核组装完成后，还需连接引线并涂上环氧树脂。结果是一个大家熟悉的径向圆盘型 MOV 封装，它仅比类似额定值的传统器件稍厚且直径更小 ( 图 7) 。此外，由于采用了专利设计正在申请中的新型金属氧化物技术，这个 IsoMOV 元器件在相同尺寸下还具有更高的额定电流，而且消除了占位面积问题和爬电距离 / 间隙问题。 图 7 ： IsoMOV 的径向引线盘封装看起来像标准 MOV ，但它比单个等效的 MOV 体积更小，额定电流更高。 这种电路保护器件不仅仅是 “两全其美”，因为该设计还有其他优势。 MOV 故障 ( 是的，它们具有众所周知的各种故障模式 ) 通常以金属化区域边缘的所谓“浪涌孔”为特征，这通常是由浪涌期间该边缘的 MOV 内部温度升高引起的。 Bourns 公司表示，这项技术旨在大幅减少或消除这种故障模式。 当组合产品不仅仅是其组成部分的简单累加时，它总会让人感兴趣。在这里，除了明显节省空间外，这种组合还能提供性能和法规遵从方面的优势。退后一步说，想想能够 “开箱即用” ( 实际上，这里是“入箱即用” ) ，并查看内部结构细节后发现，这种保护器件确实具有实实在在的好处。 我们经常看到通过合并封装来实现更高水平的功能集成，从而形成更小的外壳或芯片，这通常是一件好事，但有时在性能折衷方面也有不利之处。但是，这里的情况似乎并非如此。事实上，这是我近年来第二次看到小型非 IC 元器件出现这种情况。有些供应商已经在一个外壳中设计了可充电电池和超级电容器的组合，它们提供的可不光是更小的共同封装，而是对器件构造和物理特性的根本性再思考。其结果远远优于两个单独的能量存储元器件之和，实现了“一加一大于四”的效果 ! 关注公众号“优特美尔商城”，获取更多电子元器件知识、电路讲解、型号资料、电子资讯，欢迎留言讨论。

Littelfuse （力特）是业界公认的领先的电路保护供应商，日前，该公司推出三款创新的电路保护器件。 一，         PICO 259-UL913 本质安全保险丝 Littelfuse PICO 259-UL913 系列本质安全保险丝是通过 UL 913 标准最新修订版认证的第一款保险丝。该系列封装型气密外壳保险丝非常适合石油、天然气、采矿、化学、医药和食品 / 饮料处理行业的 125V 设备使用。 PICO 259-UL913 系列保险丝及其密封剂可阻隔热量与火花，从而使保险丝不会暴露在周边环境的爆炸气体或粉尘中。该保险丝适合用于电压不超过 125Vrms （峰值 190V ）的本质安全设备。     PICO 259-UL913 功能与特色主要体现在： 采用气密外壳的封装设计，适合 125V 应用，当前额定电流最低 62mA 、最高 5A   。是专门针对各种危险环境下操作而设计的，符合 RoHS 标准。 图一， PICO 259-UL913 本质安全保险丝。 据了解， PICO 259-UL913 保险丝的这种封装设计可阻隔热量与火花，从而使保险丝不会暴露在周边环境的有害气体或粉尘中。并降低对保险丝进行额外灌封、环氧或封装加工的需求，因此可减少生产总成本，增强设备的整体安全性，有助于进一步提高在危险操作环境下对人身安全的保护。 可应用于， 测试、计量或加工电子 / 电气设备、电机控制器、雷击、手持通讯设备、流量计和流程控制和自动化及传感器等待。   二， LV UltraMOV 压敏电阻系列 Littelfuse LV UltraMOV 系列低电压、高浪涌电流、径向引线式压敏电阻能为低压直流电压应用场合提供一种理想的电路解决方案，在这些小小的晶片中，可提供比以前更高的额定电压。最大峰值浪涌电流额定值可达 8KA （ 8/20 μs 脉冲）以防止高峰值浪涌，包括间接雷击干扰、来自电源的系统切换瞬变和异常快速瞬变。 LV UltraMOV 压敏电阻系列共有五种型号规格：  5mm 、 7mm 、 10mm 、 14mm 和 20mm ，并具有 11V 至 40V 和 14V 至 56V 的宽直流电压范围。   图二， Littelfuse LV UltraMOV 系列产品。 该产品的主要功能与特色主要体现在， 低压压敏电阻设计的突破可提供高峰值浪涌电流额定值， 能 减少浪涌保护所需的空间和批量。在重要浪涌保护设备模块解决方案中有较高浪涌处理密度，提高长期可靠性。高峰值浪涌电流额定值可达 8KA （ 8/20 μs 脉冲），宽工作电压范围 VM(AC)RMS 11V 至 40V 和 V M(DC) 14V 至 56V ，高达 125ºC 的工作温度范围。采用标准引线方式选择、可选苯酚涂层和无铅、无卤素且符合 RoHS 标准。主要 应用在， LED 照明驱动器、无绳电话、无线基站、音频设备、移动电话充电器、安全系统、火警系统、自动控制系统（ PLC ）、工业控制接触继电器和浪涌保护设备等等。   三， SP3012-06UTG 低电容瞬态抑制二极管阵列 Littelfuse SP3012-06UTG 低电容瞬态抑制二极管阵列是 SP3012 系列（ SPA 设备）中的一员，可保护高速数据线的敏感芯片组不受外部静电放电（ ESD ）的损害。 该产品与同类竞争产品相比， SP3012-06UTG 低电容瞬态抑制二极管阵列（ SPA 器件）可将箝位电压降低 66% 之多，从而保证了芯片组的可靠性。每款 SP3012-06UTG 均在 μDFN-14 小封装内集成了六通道超低电容轨到轨二极管和附加齐纳二极管，为 USB 3.0 和 HDMI 接口提供超强 ESD 保护。 该二极管功能强大，可安全地吸收高于 IEC 61000-4-2 国际标准规定的最高级别（ 4 级）的反复性 ESD 放电，无需担心其性能的减退。 该产品独特地将 ESD 保护性能与紧凑型封装结合起来，是其他硅保护设备所无法比拟的。   图三， SP3012-06UTG 低电容瞬态抑制二极管阵列。     SP3012-06UTG 低电容瞬态抑制二极管阵列的 功能与特色主要体现在， 在超低 0.5pF 电容可在提供强大 ESD 保护的同时将信号损失降到最低并维持系统性能，减少了设计师对精确走线阻抗模拟器的依赖性。与同类设备相比，市面上领先的 0.4Ω 动态电阻可将箝位电压降低达 66% 之多，从而保证了芯片组的可靠性。 ESD 、 IEC61000-4-2 、 ±12kV 接触放电、 ±25kV 空气放电额定值允许厂商提供超过 IEC 标准要求的 ESD 保护，确保现场产品的可靠性。 µDFN-14 小型封装（ 3.5 x 1.35 x 0.5mm ）提供直通路由，其印刷电路板所占空间比其他全集成 6 通道保护设备少 50% 以上，允许直接在设备下走线，从而减少走线的不连贯性。 主要 应用在， LCD/PDP 电视、 DVD/ 蓝光播放器、桌面电脑、 MP3/PMP 、机顶盒、智能手机以及超极本 / 笔记本电脑和数码相机等等。