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TVS管,ESD保护,压敏电阻,自恢复保险丝之间的区别

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TVS管,ESD保护,压敏电阻,自恢复保险丝之间的区别(一)


一、TVS管

TVS(Transient Voltage Suppresser瞬态电压抑制器)是普遍使用的一种新型高效电路保护器件,它具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时,TVS能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗,以吸收一个瞬间大电流,从而把它的两端电压钳制在一个预定的数值上,从而保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。正因为如此,TVS可用于保护设备或电路免受静电、电感性负载切换时产生的瞬变电压,以及感应雷所产生的过电压

TVS管是瞬态电压抑制器(Transient Voltage Suppressor)的简称。它的特点是:响应速度特别快(为ps级);耐浪涌冲击能力较放电管和压敏电阻差,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。

TVS有单向与双向之分(单向的型号后面的字母为“A”,双向的为“CA”),单向TVS管的特性与稳压二极管TVS管使用时,一般并联在被保护电路上。为了限制流过TVS管的电流不超过管子允许通过的峰值电流IPP,应在线路上串联限流元件,如电阻、自恢复保险丝、电感等。相似,双向TVS管的特性相当于两个稳压二极管反向串联。

 

特点:

1、将TVS 二极管加在信号及电源线上,能防止微处理器或单片机因瞬间的脉冲,如静电放电效应、交流电源之浪涌及开关电源的噪音所导致的失灵。

2、静电放电效应能释放超过10000V、60A 以上的脉冲,并能持续10ms;而一般的TTL 器件,遇到超过30ms 的10V脉冲时,便会导至损坏。利用TVS 二极管,可有效吸收会造成器件损坏的脉冲,并能消除由总线之间开关所引起的干扰(Crosstalk)。

3、将TVS 二极管放置在信号线及接地间,能避免数据及控制总线受到不必要的噪声影响。

 

二、压敏电阻

压敏电阻是一种限压型保护器件。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。压敏电阻的主要参数有:压敏电压、通流容量、结电容、响应时间等。

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。

压敏电阻主要可用于直流电源、交流电源、低频信号线路、带馈电的天馈线路。

压敏电阻的失效模式主要是短路,当通过的过电流太大时,也可能造成阀片被炸裂而开路。压敏电阻使用寿命较短,多次冲击后性能会下降。因此由压敏电阻构成的防雷器长时间使用后存在维护及更换的问题

三、稳压二极管

稳压二极管(又叫齐纳二极管),是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件,在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个很小的数值,在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定。稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用,通过串联就可获得更多的稳定电压。

四、自恢复保险丝

自恢复保险丝是一种过流电子保护元件,自恢复保险丝是由高科技聚合树脂及纳米导电晶粒经特殊工艺加工制成,正常情况下,纳米导电晶体随树脂基链接形成链状导电通路,保险丝正常工作;当电路发生短路或者过载时,流经保险丝的大电流使其集温升高,当达到居里温度时,其态密度迅速减小,相变增大,内部的导电链路呈雪崩态变或断裂,保险丝呈阶跃式迁到高阻态,电流被迅速夹断,从而对电路进行快速,准确的限制和保护,其微小的电流使保险丝一直处于保护状态,当断电和故障排除后,其集温降低,态密度增大,相变复原,纳米晶体还原成链状导电通路,自恢复保险丝恢复为正常状态,无需人工更换。




TVS管,ESD保护,压敏电阻,自恢复保险丝之间的区别(二)


1、稳压管和TVS管的工作原理

稳压二极管(又叫齐纳二极管),是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件,在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个很小的数值,在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定。稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用,通过串联就可获得更多的稳定电压。

TVS(TransientVoltageSuppresser瞬态电压抑制器)是普遍使用的一种新型高效电路保护器件,它具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时,TVS能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗,以吸收一个瞬间大电流,从而把它的两端电压钳制在一个预定的数值上,从而保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。正因为如此,TVS可用于保护设备或电路免受静电、电感性负载切换时产生的瞬变电压,以及感应雷所产生的过电压。

TVS管和稳压管一样,也是反向应用的。其中VR称为最大转折电压,是反向击穿之前的临界电压。VB是击穿电压,其对应的反向电流IT一般取值为1 mA。VC是最大箝位电压,当TVS管中流过的峰值电流为IPP的大电流时,管子两端电压就不再上升了。因此TVS管能够始终把被保护的器件或设备的端口电压限制在VB~VC的有效区内。与稳压管不同的是,IPP的数值可达数百安培,而箝位响应时间仅为1×10-12s。TVS的最大允许脉冲功率为PM=VCIPP,且在给定最大钳位电压下,功耗PM越大,其浪涌电流的承受能力越大。

2、稳压管和TVS管的异同

电子系统的应用当中,电压及电流的瞬态干扰会经常造成电子设备的损坏,瞬态干扰的显著特点是作用时间极短,但电压幅度高、瞬态能量大,所以破坏性很大。为了防止这种破坏,TVS管得到了广泛的应用,TVS(TransientVoltageSuppressor)是一种在稳压管工艺基础上发展起来的一高效能的电路保护器件,其电路符号和普通稳压二极管相同,外形也与普通二极管无异,当TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时,它能以极高的速度(最高达1*10-12秒)使其阻抗骤然降低,同时吸收一个大电流,将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上,从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。我们在一些精密电子设备中经常可以看到TVS二极管作为ESD防护的主要手段之一。

作为二者的共同点,它们都可以用来稳压,并且都工作在反向截止状态下,其正向特性与普通二极管相同,反向特性为典型的PN结雪崩器件。但是TVS管齐纳击穿电流更小,大于10V的稳压只有1mA,相对来说齐纳二极管击穿电流要大不少,但是齐纳二极管稳压精度可以做的比较高。而且TVS管强调的是瞬态响应,所以其时间参数就很重要了,也就是说稳压二极管的响应时间通常要比TVS管的慢。同时TVS管的功率较大,而稳压管的功率较小。

其次,从概念上理解,TVS管主要是防止瞬间大电压的影响,最终可以达到稳压的目的,这与稳压管的作用是有区别的。

3、稳压管和TVS管的应用

(1)浪涌保护电路:稳压管在准确的电压下击穿,这就使得它可作为限制或保护元件电压来使用,因为各种电压的稳压二极管都可以得到,故对于这种应用特别适宜。

(2)电视机里的过压保护电路:EC是电视机主供电压,当EC电压过高时,D1导通,三极管BG导通,其集电极电位将由原来的高电平(5V)变为低电平,通过待机控制线的控制使电视机进入待机保护状态。

(3)电弧抑制电路:在电感线圈、继电器上并联接入一只合适的稳压二极管(也可接入一只普通二极管,原理一样)的话,当线圈在导通状态切断时,由于其电磁能释放所产生的高压会被二极管所吸收,所以当开关断开时,开关的电弧也就被消除了。这个应用电路在工业上用得比较多,如一些较大功率的电磁吸控制电路就用到它。

(4)串联型稳压电路:在此电路中,串联稳压管BG的基极被稳压二极管D1钳定在13V,那么其发射极就输出恒定的12V电压了。这个电路在很多场合下都有应用。

4、TVS管的选型及需考虑的因素

TVS器件按极性可分为单极性和双极性两种;按用途可分为通用型和专用型;按封装和内部结构可分为轴向引线二极管、双列直插TVS阵列、贴片式和大功率模块等。轴向引线的产品峰值功率可达40W、500W、600W、1500W和5000W。其中大功率的产品主要用在电源馈线上,低功率产品主要用在高密度安装场合。对于高密度安装的场合,也可以选择双列直插和表面贴装等封装形式。


在选用TVS时,应考虑以下几个主要因素:

(1)若TVS有可能承受来自两个方向的尖峰脉冲电压(浪涌电压)冲击时,应当选用双极性的,否则可选用单极性。

(2)所选用TVS的VC值应低于被保护元件的最高电压。VC是二极管在截止状态的电压,也就是在ESD冲击状态时通过TVS的电压,它不能大于被保护回路的可承受极限电压,否则器件面临被损坏的危险。

(3)TVS在正常工作状态下不要处于击穿状态,最好处于VR以下,应综合考虑VR和VC两方面的要求来选择适当的TVS。

(4)如果知道比较准确的浪涌电流IPP,则可利用VC*IPP来确定功率;如果无法确定IPP的大致范围,则选用功率大些的TVS为好。PM是TVS能承受的最大峰值脉冲功率耗散值。在给定的最大箝位电压下,功耗PM越大,其浪涌电流的承受能力越大;在给定的功耗PM下,箝位电压VC越低,其浪涌电流的承受能力越大。另外,峰值脉冲功耗还与脉冲波形、持续时间和环境温度有关。

(5)TVS所能承受的瞬态脉冲是不重复的,器件规定的脉冲重复频率(持续时间与间歇时间之比)为0.01%。如果电路内出现重复性脉冲,应考虑脉冲功率的累积,不然有可能损坏TVS。

(6)对于小电流负载的保护,可有意识地在线路中增加限流电阻,只要限流电阻的阻值适当,一般不会影响线路的正常工作,但限流电阻对干扰所产生的电流却会大大减小。但此时可以选用峰值功率较小的TVS管来对小电流负载线路进行保护。

(7)电容量C是由TVS雪崩结截面决定的,这是在特定的1 MHz频率下测得的。C的大小与TVS的电流承受能力成正比,C太大将使信号衰减。因此,C是数据接口电路选用TVS的重要参数。对于数据/信号频率越高的回路,二极管的电容对电路的干扰越大,形成噪声或衰减信号强度也大,因此,需要根据回路的特性来决定所选器件的电容范围。高频回路一般选择电容应尽量小(如LCTVS、低电容TVS,电容不大于3 pF),而对电容要求不高的回路,电容的容量选择可高于40pF。

(8)为了满足IEC61000-4-2国际标准,TVS二极管必须达到可以处理最小8kV(接触)和15kV(空气)的ESD冲击,有的半导体生产厂商在自己的产品上使用了更高的抗冲击标准。而对于某些有特殊要求的便携设备应用,设计者可以按需要挑选!

 



TVS管,ESD保护,压敏电阻,自恢复保险丝之间的区别(三)


一、什么是自恢复保险丝

自恢复保险丝是一种过流电子保护元件,采用高分子有机聚合物在高压、高温,硫化反应的条件下,搀加导电粒子材料后,经过特殊的工艺加工而成。在习惯上把PPTC(Polyer Positive TemperatureCoefficent)也叫自恢复保险丝。严格意义讲:PPTC不是自恢复保险丝,Resettable Fuse才是自恢复保险丝。

二、自恢复保险丝原理

自恢复保险丝是由高科技聚合树脂及纳米导电晶粒经特殊工艺加工制成,正常情况下,纳米导电晶体随树脂基链接形成链状导电通路,保险丝正常工作;当电路发生短路或者过载时,流经保险丝的大电流使其集温升高,当达到居里温度时,其态密度迅速减小,相变增大,内部的导电链路呈雪崩态变或断裂,保险丝呈阶跃式迁到高阻态,电流被迅速夹断,从而对电路进行快速,准确的限制和保护,其微小的电流使保险丝一直处于保护状态,当断电和故障排除后,其集温降低,态密度增大,相变复原,纳米晶体还原成链状导电通路,自恢复保险丝恢复为正常状态,无需人工更换。

三、自恢复保险丝参数

IH:最大工作电流(25℃)

IT:最小动作电流(25℃)
Itrip:过载电流
Tmax:过载电流最大动作时间
Vmax:最大过载电压
Imax:最大过载电流
Rmin:最小电阻(25℃)

Rmax:最大电阻(25℃)

四、自恢复保险丝应用

自恢复保险丝串联在 DC/AC 电源电路中.可以选择DIP直插式或 SMD 表面贴装式. PPTC 无正负极性之分.因PPTC 在保护状态下,表面温度高,要安装在通风状态下,对高温敏感的元器件不要与 PPTC 直接接触.

 

 

应用范围:

ADSL设备中的自恢复保险丝的应用

自恢复保险丝在无线电产品,电池组,充电器产品中的应用汽车电子及零部件中的过流保护应用

遥控电动玩具车,高低频电源充电器电动玩具,童车等电子玩具中的应用

卫星接受器DVB产品中的应用

自恢复保险丝在通信终端设备产品中的应用

电源供应器产品中的应用

家庭影院 / 扬声器 / 分频器 / 电磁负载 / 马达 / 吸尘器


何谓保险丝,其作用是什么?

    保险丝也被称为熔断器,IEC127标准将它定义为"熔断体(fuse-link)"。它是一种安装在电路中,保证电路安全运行的电器元件。保险丝的作用是:当电路发生故障或异常时,伴随着电流不断升高,并且升高的电流有可能损坏电路中的某些重要器件或贵重器件,也有可能烧毁电路甚至造成火灾。若电路中正确地安置了保险丝,那么,保险丝就会在电流异常升高到一定的高度和一定的时候,自身熔断切断电流,从而起到保护电路安全运行的作用。最早的保险丝于一百多年前由爱迪生发明,由于当时的工业技术不发达白炽灯很贵重,所以,最初是将它用来保护价格昂贵的白炽灯的。

保险丝的工作原理是怎样的?

    我们都知道,当电流流过导体时,因导体存在一定的电阻,所以导体将会发热。且发热量遵循着这个公式:Q=0.24I2RT;其中Q是发热量,0.24是一个常数,I是流过导体的电流,R是导体的电阻,T是电流流过导体的时间;依此公式我们不难看出保险丝的简单的工作原理了。

    当制作保险丝的材料及其形状确定了,其电阻R就相对确定了(若不考虑它的电阻温度系数)。当电流流过它时,它就会发热,随着时间的增加其发热量也在增加。电流与电阻的大小确定了产生热量的速度,保险丝的构造与其安装的状况确定了热量耗散的速度,若产生热量的速度小于热量耗散的速度时,保险丝是不会熔断的。若产生热量的速度等于热量耗散的速度时,在相当长的时间内它也不会熔断。若产生热量的速度大于热量耗散的速度时,那么产生的热量就会越来越多。又因为它有一定比热及质量,其热量的增加就表现在温度的升高上,当温度升高到保险丝的熔点以上时保险丝就发生了熔断。这就是保险丝的工作原理。们从这个原理中应该知道,您在设计制造保险丝时必须认真地研究您所选材料的物理特性,并确保它们有一致几何尺寸。因为这些因素对保险丝能否正常工作起了致关重要的作用。同样,您在使用它的时候,一定要正确地安装它。

保险丝的构造如何?各有什么功效?又有什么要求?

    一般保险丝由三个部分组成:一是熔体部分,它是保险丝的核心,熔断时起到切断电流的作用,同一类、同一规格保险丝的熔体,材质要相同、几何尺寸要相同、电阻值尽可能地小且要一致,最重要的是熔断特性要一致;二是电极部分,通常有两个,它是熔体与电路联接的重要部件,它必须有良好的导电性,不应产生明显的安装接触电阻;三是支架部分,保险丝的熔体一般都纤细柔软的,支架的作用就是将熔体固定并使三个部分成为刚性的整体便于安装、使用,它必须有良好的机械强度、绝缘性、耐热性和阻燃性,在使用中不应产生断裂、变形、燃烧及短路等现象;

    电力电路及大功率设备所使用的保险丝,不仅有一般保险丝的三个部分,而且还有灭弧装置,因为这类保险丝所保护的电路不仅工作电流较大,而且当熔体发生熔断时其两端的电压也很高,往往会出现熔体已熔化(熔断)甚至已汽化,但是电流并没有切断,其原因就是在熔断的一瞬间在电压及电流的作用下,保险丝的两电极之间发生拉弧现象。这个灭弧装置必须有很强的绝缘性与很好的导热性,且呈负电性。石英砂就是常用的灭弧材料。

    另外,还有一些保险丝有熔断指示装置,它的作用就是当保险丝动作(熔断)后其本身发生一定的外观变化,易于被维修人员发现,例如:发光、变色、弹出固体指示器等。

保险丝有哪些种类?

    按保护形式分,可分为:过电流保护与过热保护。用于过电流保护的保险丝就是平常说的保险丝(也叫限流保险丝)。用于过热保护的保险丝一般被称为"温度保险丝"。温度保险丝又分为低熔点合金形与感温触发形还有记忆合金形等等(温度保险丝是防止发热电器或易发热电器温度过高而进行保护的,例如:电吹风、电熨斗、电饭锅、电炉、变压器、电动机等等;它响应于用电电器温升的升高,不会理会电路的工作电流大小。其工作原理不同于"限流保险丝")。

    按使用范围分,可分为:电力保险丝、机床保险丝、电器仪表保险丝(电子保险丝)、汽车保险丝。

    按体积分,可分为:大型、中型、小型及微型。

    按额定电压分,可分为:高压保险丝、低压保险丝和安全电压保险丝。

    按分断能力分,可分为:高、低分断能力保险丝。

    按形状分,可分为:平头管状保险丝(又可分为内焊保险丝与外焊保险丝)、尖头管状保险丝、铡刀式保险丝、螺旋式保险丝、插片式保险丝、平板式保险丝、裹敷式保险丝、贴片式保险丝。

    按熔断速度分,可分为:特慢速保险丝(一般用TT表示)、慢速保险丝(一般用T表示)、中速保险丝(一般用M表示)、快速保险丝(一般用F表示)、特快速保险丝(一般用FF表示)。

    按标准分,可分为:欧规保险丝、美规保险丝、日规保险丝。

慢速保险丝是怎样一回事?

    慢速保险丝也叫延时保险丝,它的延时特性表现在电路出现非故障脉冲电流时保持完好而能对长时间的过载提供保护。有些电路在开关瞬间的电流大于几倍正常工作电流,尽管这种电流峰值很高,但是它出现的时间很短,我们称它为脉冲电流也有称它为冲击电流或叫它为浪涌电流。普通的保险丝是承受不了这种电流的,这样的电路中若使用的是普通保险丝恐怕就无法正常开机了,若使用更大规格的保险丝,那么当电路过载时又得不到保护。延时保险丝的熔体经特殊加工而成,它具有吸收能量的作用,调整能量吸收量就能使它即可以抗住冲击电流又能对过载提供保护。标准对延时特性都有规定,若标准的规定特性无法满足您的要求,您可以与制造商联系以得到解决。

保险丝的额定电流是否就是使保险丝熔断的电流?

    不是。应该仅将它看成是一种规格的标称,而流过保险丝的电流大到何种地步、何时熔断这在保险丝产品标准中对它有详细的规定,又因标准的不同而规定有所不同。保险丝有一个"熔断系数"其值大于"1"(一般在1.1至1.5之间),它是"常规不熔断电流"与"额定电流"的比值。由此可以看出,即使流过保险丝的电流大于它的额定电流而未超过常规不熔断电流,保险丝也不应该发生熔断现象。

如何理解保险丝的额定电压?

    保险丝熔断与否取决于流过它的电流的大小,与电路的工作电压无关。保险丝的额定电压是从安全使用保险丝角度提出的,它是保险丝处于安全工作状态所安置的电路的最高工作电压。这说明保险丝只能安置在工作电压小于等于保险丝额定电压的电路中。只有这样保险丝才能安全有效地工作,否则,在保险丝熔断时将会出现持续飞弧和被电压击穿而危害电路的现象。

保险丝的电压降说明了什么?

    保险丝的电压降是保险丝在额定电流条件下,其两端的电压降。它反映了保险丝的内阻,其值不应过大。若将内阻(电压降)过大的保险丝安装在电路中,它将影响电路的系统参数,使得电路不能正常工作。标准对电压降不仅有其值的上限规定,而且对其一致性也作了规定。

研究保险丝的温升有何意义?

    保险丝的温升是指保险丝中流过1.1倍(110%)额定电流时,保险丝的温度上升值,即实测温度减去环境温度的值。UL标准将其上限规定在75Co。因为保险丝的熔体对温度较为敏感,在一定高的温度长时间的作用下,它的熔点及阻抗将发生变化,这种变化会影响保险丝的准确性。这就是通常说的保险丝老化。老化的保险丝使用于电路中是非常危险的,所以,我们在制作和使用保险丝时都应该注重保险丝的温升。同理,我们也应该注意到,即使经过长时间使用的保险丝未发生熔断,它也有可能已经老化了,此时最好进行更换。

保险丝的分断能力是什么意思?

    当介于常规不熔断电流与相关标准规定的额定分断能力(的电流)之间的电流作用于保险丝时,保险丝应能满意地动作,而且不会危及周围环境。保险丝被安置的电路的预期故障电流必须小于标准规定的额定分断能力电流,否则,当故障发生保险丝熔断时会出现持续飞弧、引燃、保险丝烧毁、连同接触件一起熔融、保险丝标记无法辨认等现象。当然,劣质保险丝的分断能力达不到标准规定的要求,使用时同样会发生上述的危害。

 

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