标签: 电路保护

电路保护 是电路设计的一个领域，可以制造或破坏产品。虽然仿真电路的行为符合预期，但现实生活远非理想。在本文中，我们将探讨模拟隔离、为什么可能需要它，以及如何在下一个设计中最好地实现它。 模拟隔离并非易事，设计人员选择如何实现这一目标完全取决于他们。购买的解决方案易于实施，但根据所使用的解决方案，可能会很昂贵，而自定义解决方案可能非常耗时且复杂得多。 大多数应用只需要保护，而不是隔离，因此设计人员必须认识到隔离何时是绝对必要的。 ESD保护电路：模拟隔离器 电路保护是保护电路免受静电放电（ ESD）和干扰等破坏性事件的机制。实现电路保护可以使用多种方法完成，包括限流电阻、齐纳二极管和保险丝。但是，某些应用可能会处理可能需要电气隔离的高度敏感的应用。一个常见的例子是心电图。 心电图的独特之处在于它使用连接到患者的导电垫来测量心脏跳动时产生的电脉冲。与光学心率方法不同，心电图可以提供更多信息，包括异常的心脏模式和微弱的心跳。但是，在电涌等事件中，将导电电极连接到患者的胸部可能是致命的，电涌会穿过患者，从而导致心脏骤停。对于此类情况，电路需要隔离，其中连接到患者的电极与电源供电的心电图电气隔离。结果是，由于电极是电隔离的（即没有直接的电气连接），因此心电图的任何电涌体验都无法传递到电极。 在数字世界中，使用光隔离器等设备很容易实现这种类型的隔离，但模拟世界可能会带来挑战。数字世界仅由易于非电传输的 1 和 0 组成（存在/不存在光），模拟信号具有无限范围，其值需要保留。 那么，如何隔离模拟信号，以及所有众多隔离解决方案通常有哪些优点 /缺点？ 隔离变压器 可以提供某种形式的模拟隔离的一种方法是 变压器 。通过铁芯磁耦合的两个线圈可以通过磁场相互传递能量。虽然这两个线圈彼此电气隔离，但这种类型的隔离有其问题。首先，虽然两者是电隔离的，但浪涌能量可以通过变压器传输。由于变压器通常具有较大的电感，因此它们将能够抵抗突然的能量尖峰（例如静电放电或 ESD引起的能量尖峰），但电源浪涌可能更难抵抗（因为它们在低频域中）。 变压器的另一个问题是它们在交流领域工作，并且由于能量传输仅在磁场强度变化时发生，因此无法使用此方法隔离直流模拟电压。更重要的是，变压器通常设计为在特定频率下工作。这使得它们对于未知频率信号的模拟测量几乎不切实际。 切换到数字信号 如前所述，数字信号非常容易隔离，模拟信号可以利用此解决方案进行隔离。模拟信号首先转换为数字脉宽调制（ PWM）信号，其中PWM的占空比表示模拟值。然后使用光隔离器隔离该PWM信号，然后使用RC电路将光隔离器的输出转换回模拟信号。这种方法提供电涌和ESD保护，并保留直流值，因此使其成为变压器更理想的选择。但是，将模拟信号转换为PWM信号可能会有问题，具体取决于如何实现。如果使用所有模拟电路（与模拟信号相比为三角波）转换信号，则保留无限范围的可能值。但是，如果使用计数器（或任何计算设备）生成PWM，则模拟信号将被量化。这种量化意味着产生的隔离模拟信号不会与原始信号真实，输出模拟值将具有具有有限分辨率和不确定性水平。这种方法的另一个主要缺点是用于转换原始模拟信号的电路不是隔离的，因此容易受到ESD和其他高能量源的损坏。 线性光隔离 线性光隔离是一种在其线性范围内使用光隔离器的技术。虽然光隔离器主要用于数字隔离，但它们由模拟部件构成，包括 LED（通常是IR LED ）和 光电晶体管 。 如果在电流域（与电压域相反）中使用光隔离器，则输出晶体管与 IR LED的输入电流呈线性关系。但是，由于多种原因，这种方法非常成问题。首先，也许是最重要的一点，是光隔离器的线性范围非常窄（以至于它们本质上是非线性的）。其次，模拟电压需要转换为电流（而不是电压），这需要运算放大器电路。第三，来自同一系列的光隔离器不会都具有相同的特性，因此可能表现不同，这使得它们对于生产产品不切实际（除非包括微调电路）。为了解决这个问题，存在一种特殊范围的光隔离器，其中包括两个匹配的IR LED，可以在运算放大器电路中一起使用，以便非线性反馈到放大器中，从而保持模拟值。虽然这种隔离方法提供了真正的隔离，但它是一种难以实现的方法。 隔离放大器 隔离放大器 是采用上述方法之一进行模拟隔离的集成电路，对于需要模拟隔离的工程师来说，隔离 放大器 是最有可能的选择。使用隔离放大器而不是定制隔离电路的原因包括制造商已经设计了复杂的电路以产生线性关系（如果使用线性光隔离器方法），并且整个解决方案适合信号芯片。一些隔离放大器使用内部变压器进行模拟隔离。这种隔离方法是通过使用电压 -频率转换器将输入的模拟电压转换为具有特定频率的载波，将该载波通过内部变压器，然后使用频率-电压转换器将载波重新转换为记录的模拟电压来实现。 模拟隔离的机械方法 某些场景可能需要更具创造性和 “外部”的解决方案。机械方法可用于模拟隔离，这在涉及非常高能量的场景中可能是理想的选择。机械隔离的一个例子是电控电位器，其中电机（更具体地说，伺服）控制 电位器 上的位置。根据读取的模拟值，伺服旋转电位计以调整其旋转角度以对应于模拟电压（如果用作分压器）。虽然这些方法非常慢，对于高频模拟信号来说并不理想，但它们可以（可以说）提供最高水平的绝缘。然而，这些方法依赖于机械部件，这些部件会随着时间的推移而磨损。 模拟隔离产品示例 虽然 DIY解决方案可以为工程师提供解决手头问题的方法，但对于设计师来说，专注于整个设计通常更为重要。因此，工程师通常最好看看市场上已有的模拟隔离解决方案，因为这些产品将节省设计人员的时间和金钱。 AMC1301 是一款隔离放大器，具有低失调误差和漂移、8.2 固定增益、低非线性度以及低侧和高侧 3.3V 工作电压。它使用内部ADC将读取的模拟信号转换为数字信号，然后将其隔离在栅上，然后使用DAC转换为模拟信号。由于AMC1301采用数字方法，隔离放大器不受磁场影响，因此适用于可能存在强磁场的环境。 ADUM3190WSRQZ 是一款隔离放大器，与 AMC1301类似，它使用接收器/发射器对进行隔离。但是，ADUM3190WSRQZ使用变压器（很可能是电压频率法）作为隔离方法。该隔离放大器具有0.5%的初始精度，可隔离高达2.5kV的电压，并提供宽温度范围。然而，使用内部变压器意味着该放大器容易受到强磁场的影响。

瑞隆源电子董事长王旭明：打造国内外电路保护顶级品牌 出于振兴民族电路保护领域，打造自主高端品牌，改变相关民族企业被动挨打局面的初衷，王明旭董事长在20岁出头的年纪，以初生牛犊不畏虎的壮志雄心创办瑞隆源电子，打造自主品牌“RUILON”，势必要做出能和国际品牌一争雌雄的产品。 导读： 出于振兴民族 电路保护 领域，打造自主高端品牌，改变相关民族企业被动挨打局面的初衷，王明旭董事长在20岁出头的年纪，以初生牛犊不畏虎的壮志雄心创办 瑞隆源 电子，打造自主品牌“ RUILON ”，势必要做出能和国际品牌一争雌雄的产品。 　　“在这个世界上，不是每个国家、每个时代、每个家庭的年轻人都有权利去追求自己喜欢的未来。所以，如果你侥幸可以，请千万不要错过。”这是著名财经作家吴晓波在《把生命浪费在美好的事物上》中的经典语录。 　　当代中国给予年轻人的环境是非常宽松自由的，万众创业的号角格外嘹亮，年轻人无疑是这股浪潮的主力军之一，他们或许是仅凭一时的热情，或许是为了远方的理想，在他们之中，倒下者多如牛毛，成功者乏善可陈，而深圳市瑞隆源电子有限公司年轻的80后董事长王旭明是难得的成绩耀眼却低调务实的一位。 　　从心出发，“RUIL ON ”品牌源自振兴民族电路保护领域的赤子之心 　　在谈到瑞隆源自主品牌“RUILON”时，王旭明董事长难掩内心的激动，低调中庸的他，喜悦之情溢于言表。 　　笔者接触过的企业家不可谓不多，而像王旭明董事长这样年轻有为的却数少见，但通过采访交流，我们得知，他高兴的并非是取得了一点骄人的成绩，而是因为他一步步实现了最初的梦想，为民族电路保护产业争了一口气。 　　“电路保护领域的中高端市场一直被国外企业把持，中国企业只能生产低端电路保护元器件，企业只能通过出卖廉价劳动力来赚取一点血汗钱，并且还被国外企业看不起，许多大品牌，譬如 三星 、 索尼 等企业，根本不考虑中国的电路保护元器件。而中国的国际化大企业，譬如华为、 中兴 也只能高价国外进口，不仅价格吃亏，战略上还很被动。我看到这种状况，心中就憋了一股气，必须要打造 国产 高端品牌。”在采访中，王旭明董事长如是说。 　　出于振兴民族电路保护领域，打造自主高端品牌，改变相关民族企业被动挨打局面的初衷，王明旭董事长在20岁出头的年纪，以初生牛犊不畏虎的壮志雄心创办瑞隆源电子，打造自主品牌“RUILON”，势必要做出能和国际品牌一争雌雄的产品。 　　专注科技，耗巨资建设国际一流EMC实验室；精益求精，以品质赢认可和尊重 　　从2009年3月公司成立，到10月创办自主品牌RUILON；再到2010年5月香港分公司成立，8月全面布局海外市场；接着2011年5月通过ISO9001质量体系认证，以及同年坂田工厂落成及生产线投产；之后2012年上海分公司成立，以及EMC实验室和防雷研发生产团队的建立…… 　　近十年的高速健康发展历程，公司以深圳为本部，先后在香港、上海、武汉、印度新德里、台湾桃源市等多地建设分部，以期全面的国际化。 　　公司投入超过500万巨资建设包括EMC实验室在内的多个国内一流实验室，每年额外投入20%销售收入用于科技研发，自主研发产品共超过18项专利技术，并在2015年获得“国家级高新技术企业”称号。 　　2015年公司销售额破八千万，2016年公司即将迈入亿元大关。 　　这艰苦深耕的十年，王旭明董事长始终以科技人的务实态度，不为眼前小利迷惑，高投入，专注科技研发，高标准，严格把关产品质量，使公司以行业后来者的姿态，又好又快的走到了行业的前面，进入了行业前五的位置，赢得了国内，以及过去少有的国外客户的认可和尊重。 　　谈到未来，王旭明董事长低调称愿为行业老二，老大或是毕生追逐的远方 　　而今，在以王旭明董事长为首的行业有志之士的带领下，国内外电路保护领域的产品品质正在快速缩小，许多国外大公司渐渐开始认可、青睐中国电路保护产品，这着实可喜可贺，也是王旭明最为兴奋之处。 　　在和笔者的交流中，王旭明董事长谈到了对未来的期许，他朴实诚挚的说，“未来，希望员工的福利越来越好，这是作为一个企业家的自觉；另外，希望瑞隆源电子始终站在行业老二的位置。” 　　笔者初始有些纳闷，而后豁然开朗。 　　所谓不想当将军的士兵不是好士兵，王旭明董事长年轻有为，没有争当行业领头羊的想法是不可能的。 　　但作为一个热爱电路保护领域，不改初心，欲以科技和品质打造第一民族品牌“RUILON”的企业家来说，追求是永无止境的，第一或许是王旭明董事长欲用毕生追逐的远方，是驱使他不断前行的动力。 唯样商城 -电子元器件采购网（www.oneyac.com）是本土元器件目录分销商，采用“小批量、现货、样品”销售模式，致力于满足客户多型号、高质量、快速交付的采购需求。 唯样 自建高效智能仓储，拥有自营库存超过50,000种，提供一站式正品现货采购、个性化解决方案、选型替代等多元化服务。

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在电子线路中通常采用浪涌保护器件件来对电路进行保护，常见的几种浪涌抑制保护器件有：瞬态抑制二极管 TVS 、陶瓷气体放电管 GDT 、压敏电阻 MOV 。为大家总结了这几种常见浪涌抑制保护器件的优劣势对比，方便大家选择合适浪涌抑制保护器件： 瞬态抑制二极管（ Transient voltage suppressor ） 亦称瞬态电压抑制器，是一种专门用于抑制过电压的器件。其核心部分是具有较大截面积的 PN 结，该 PN 结工作在雪崩状态时，具有较强的脉冲吸收能力。 优点：残压低，动作精度高，反应时间快（ <1ns ），无跟随电流（续流）； 缺点：耐流能力差，通流容量小，一般只有几百安培。 陶瓷气体放电管 (Gas discharge tube) 陶瓷气体放电管可以用于数据线、有线电视、交流电源、电话系统等方面进行浪涌保护，一般器件电压范围从 75 ～ 3600V ，耐冲击峰值电流 40KA ，可承受高达几千焦耳的放电。 优点：通流量容量大，绝缘电阻高，漏电流小； 缺点：残压较高，反应时间慢（ ≤ 100ns ），动作电压精度较低，有跟随电流（续流）。 压敏电阻（ Metal oxside varistor ） 该器件在一定温度下，导电性能随电压的增加而急剧增大。它是一种以氧化锌为主要成分的金属氧化物半导体非线性电阻。没有过压时呈高阻值状态，一旦过电压，立即将电压限制到一定值，其阻抗突变为低值。 优点：通流容量大，残压较低，反应时间较快（ ≤ 50ns ），无跟随电流（续流）； 缺点：漏电流较大，老化速度相对较快。

气体放电管设计及使用时必须注意的几点：   　　 1 ）气体放电管的加入不能影响线路的正常工作，这就要保证气体放电管的直流击穿电压的下限值必须高于线路的最大正常工作电压。据此确定所需放电管的标称直流击穿电压值。 　　 2 ）确定线路所能承受的最高瞬时电压值，要确保放电管的冲击击穿电压值必须低于此值。以确保当瞬间过压来临时，放电管的反映速度快于线路的反映速度，抢先一步将过电压限制在安全值。这是放电管的一个最重要的指标。 　　 3 ）根据线路中可能窜入的冲击电流强度，确定所选用放电管必须达到的耐冲击电流能力（如：在室外一般选用 10kA 以上等级；在入室端一般选用 5kA 等级；在设备终端处一般选用 1kA 左右等级）。 　　 4 ）当过电压消失后，要确保放电管及时熄灭，以免影响线路的正常工作。这就要求放电管的过保持电压尽可能高，以保证正常线路工作电压不会引起放电管的持续导通（即续流问题）。 　　 5 ）若过电压持续的时间很长，气体放电管的长时间动作将产生很高的热量。为了防止该热量所造成的保护设备或者终端设备的损坏同时也为了防止发生任何可能的火灾，气体放电管此时必须配上适当的短路装置，我们称之为 FS 装置 (  即 “ 失效保护装置 ”) 。 气体放电管选型很重要，在放电管工作中能长期发挥稳定质量保障更重要。