隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電力/電子產(chǎn)品變得越來越多樣化和復(fù)雜化。使用的電路保護(hù)元件不是簡(jiǎn)單的玻璃管保險(xiǎn)絲。它們通常有壓敏電阻，TVS和氣體放電管。電路保護(hù)已經(jīng)發(fā)展成為各種新興電子元件。今天讓我們深入研究電路保護(hù)。

概述

I. 什么是電路保護(hù)

1.1 電路保護(hù)概念

電路保護(hù)主要是保護(hù)電子電路中的元件免受過壓，過流，浪涌，電磁干擾等情況的損壞。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電力和電子產(chǎn)品日益多樣化和復(fù)雜化。過去使用的電路保護(hù)元件不僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的玻璃管保險(xiǎn)絲，通常的保護(hù)裝置是壓敏電阻，TVS，氣體放電管。電路保護(hù)已發(fā)展成為新興電子元件的多元化領(lǐng)域。

電路保護(hù)圖

1.2 電路保護(hù)的意義和重要性

（1）由于電路板的集成度越來越高，電路板的價(jià)格也相應(yīng)提高。因此，我們必須加強(qiáng)保護(hù)。

（2）半導(dǎo)體器件和IC的工作電壓要低得多，而電路保護(hù)的目的是減少能量損失，減少熱現(xiàn)象，延長使用壽命。

（3）車載設(shè)備，由于使用環(huán)境惡劣的環(huán)境比普通電子產(chǎn)品差。汽車行駛條件頻繁變化，汽車啟動(dòng)時(shí)瞬時(shí)峰值電壓非常大，等等。因此，這些電子設(shè)備產(chǎn)品的電源適配器一般應(yīng)使用過壓保護(hù)元件。

（4）通信設(shè)備和通信場(chǎng)所對(duì)雷電浪涌的預(yù)防有一定的要求。過壓保護(hù)和過流保護(hù)組件在這些設(shè)備中非常重要。它們是確保正常人身安全和溝通的關(guān)鍵。

（5）大多數(shù)電子產(chǎn)品的故障是由電子設(shè)備電路中的過電壓或電路現(xiàn)象引起的。隨著我們對(duì)電子設(shè)備質(zhì)量的要求越來越高，電子電路保護(hù)變得越來越必要。

1.3 電線安全傳導(dǎo)多少安培數(shù)

美國游艇和游艇委員會(huì)（ABYC）發(fā)布下表，顯示每種尺寸的電線可以承載多少安培數(shù)：

每根尺寸的電線可以攜帶多少安培數(shù)

“允許安培數(shù)”并不是測(cè)量電線尺寸時(shí)唯一要考慮的因素。還必須考慮電壓降。電壓降是當(dāng)電壓通過電阻“推”電流時(shí)“消耗”的電壓量。有時(shí)允許安培數(shù)將是確定電線尺寸的決定因素，而在其他情況下，電壓降將決定電線尺寸。電線必須是允許電流強(qiáng)度或電壓降所要求的尺寸中的較大者。

詳情

II. 常見類型

1.過流

在電力系統(tǒng)中，過電流或過電流是通過導(dǎo)體存在大于預(yù)期電流的情況，導(dǎo)致過多的熱量產(chǎn)生，以及火災(zāi)或設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)。過電流的可能原因包括短路，負(fù)載過大，設(shè)計(jì)不正確或接地故障。保險(xiǎn)絲，斷路器，溫度傳感器和限流器是常用的保護(hù)機(jī)制，用于控制過電流的風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)電流過大時(shí)，過流保護(hù)會(huì)自動(dòng)切斷，以防止電路中的電子元件因超過額定電流而損壞。

2.過壓

當(dāng)電路中的電壓或其中的一部分升高到其設(shè)計(jì)上限以上時(shí)，這稱為過電壓。條件可能是危險(xiǎn)的。根據(jù)其持續(xù)時(shí)間，過壓事件可能是瞬態(tài)的 - 電壓尖峰 - 或永久性的，導(dǎo)致電源浪涌。

電子和電氣設(shè)備設(shè)計(jì)為在一定的最大電源電壓下工作，并且可能由高于設(shè)備額定電壓的電壓引起相當(dāng)大的損壞。

過壓保護(hù)主要是為了防止電子元件因過壓或靜電放電而損壞。它廣泛應(yīng)用于電話，傳真機(jī)和高速傳輸接口（USB，IEEE1394，HDMI，SATA）等電子系統(tǒng)產(chǎn)品，尤其是電子通訊設(shè)備。這對(duì)于避免由于過電壓或EOS（電過應(yīng)力）或靜電放電（ESD）而損壞電子設(shè)備尤為重要。

例如，電燈泡中有一根導(dǎo)線，在給定的額定電壓下，該導(dǎo)線將承載足夠大的電流，使導(dǎo)線變得非常熱（發(fā)出光和熱），但不足以使其熔化。電路中的電流量取決于所提供的電壓：如果電壓過高，則導(dǎo)線可能會(huì)熔化，燈泡會(huì)“實(shí)時(shí)燒壞”。類似地，如果過電壓被傳遞到電路，則其他電氣設(shè)備可能停止工作，或者甚至可能會(huì)起火。

3. OT（過溫）

從商用到現(xiàn)在，溫度保護(hù)元件經(jīng)歷了很長時(shí)間，目前的過溫保護(hù)元件廣泛應(yīng)用于需要特定溫度的場(chǎng)合。這些保護(hù)元件，按照動(dòng)作原理，可分為化學(xué)活化型和低溫合金驅(qū)動(dòng)型。主要特點(diǎn)是化學(xué)驅(qū)動(dòng)型產(chǎn)品可以做低溫產(chǎn)品（目前做48℃），但更復(fù)雜，成本更高。另一種是低溫合金驅(qū)動(dòng)型，低溫合金型動(dòng)作主要是通過直徑較大的低溫保險(xiǎn)絲進(jìn)行的。我們必須確保額定電流產(chǎn)生的熱量不會(huì)熔化保險(xiǎn)絲。低溫保險(xiǎn)絲通常通過調(diào)節(jié)錫（Sn）來調(diào)節(jié)熔點(diǎn)，

4. TFR

近年來，隨著應(yīng)用的升級(jí)，簡(jiǎn)單的溫度保護(hù)已經(jīng)不能滿足不斷變化的電器，電機(jī)和3C產(chǎn)品安全保護(hù)的需求，因此可以提供監(jiān)控功能和溫度，電流及時(shí)保護(hù)的元件和電壓異常重新開發(fā)。而鋰離子電池和鋰聚合物電池的崛起是最大的應(yīng)用。

5.OCOV（過電流和過電壓）

隨著現(xiàn)代電子產(chǎn)品的復(fù)雜性，對(duì)保護(hù)部件的要求也越來越高，如全面保護(hù)和有限的預(yù)留空間。隨著這些要求的提出，保護(hù)組件社區(qū)已經(jīng)引發(fā)了一波封裝封裝。如上所述 - 過溫保護(hù)也被認(rèn)為是組合包。但大多數(shù)ocov保護(hù)包裝產(chǎn)品仍在研發(fā)中。沒有成熟的商業(yè)產(chǎn)品。

III. 電路保護(hù)元件和器件

電路保護(hù)裝置可自動(dòng)防止電導(dǎo)體中的危險(xiǎn)或過高溫度，過電流或短路。它限制了電氣故障時(shí)釋放的能量。

3.1電路保護(hù)裝置的類型

分類如下：

首先，組件：如果工廠在加工時(shí)不改變分子組成，則不需要能量裝置的產(chǎn)品可稱為組件。它包括：電阻器，電容器，電感器。（也稱為無源元件）

（1）電路器件：二極管，電阻器等

（2）連接設(shè)備：連接器，插座，連接電纜，印刷電路板（PCB）。

然后，設(shè)備：工廠在生產(chǎn)和加工過程中改變了設(shè)備的分子結(jié)構(gòu)，稱為設(shè)備。該公司位于：

設(shè)備分為：

有源器件的主要特點(diǎn)是：

（1）自身功耗

（2）需要外接電源。

離散設(shè)備分為：

（1）雙極晶體管

（2）場(chǎng)效應(yīng)晶體管

（3）SCR

（4）半導(dǎo)體電阻電容

3.2 電路保護(hù)裝置的功能

下面列出了組件角色的一些描述。電子元件如下：

電阻

電阻圖

電路中的電阻用“R”表示。電路中的電阻主要功能是分流，限流，分壓，偏壓等。電路中的電容一般用“C”表示。電容器由兩片金屬薄膜組成，中間有絕緣材料。電容器的特性主要是隔離DC和通過AC。

電容器

電容器圖

電容器容量的大小是可以存儲(chǔ)的電能的大小。電容器對(duì)AC信號(hào)的阻塞效應(yīng)稱為容性電抗，其與AC信號(hào)的頻率和電容有關(guān)。

感應(yīng)器

感應(yīng)器圖

雖然在電子生產(chǎn)中使用電感器并不常見，但它們?cè)陔娐分型瑯又匾?。在我們看來，電感器也是一種能量存儲(chǔ)元件，它將電能轉(zhuǎn)換為磁能，并將能量存儲(chǔ)在磁場(chǎng)中。電感符號(hào)為“L”，電感的基本單位為亨利（H），常用毫亨（mH）為單位。它通常與電容器配合使用，形成LC濾波器，LC振蕩器等。此外，人們還利用電感器的特性來制造扼流線圈，變壓器，繼電器等。

現(xiàn)在讓我們談?wù)勲娮釉O(shè)備：

晶體二極管

晶體二極管圖

電路中的晶體二極管常用“D”。二極管的主要特性是單向?qū)щ娦?。也就是說，在正向電壓的作用下，導(dǎo)通電阻很?。坏欠聪螂妷旱碾娮枳兇蠡蜃兇?。

由于二極管的這些特性，它們通常用于無繩電話的整流，隔離，調(diào)節(jié)，極性保護(hù)，編碼控制，F(xiàn)M調(diào)制和靜噪電路。電話中使用的晶體二極管可分為整流二極管（如1N4004），隔離二極管（如1N4148），肖特基二極管（如BAT85），LED和齊納二極管。

3.3 如何選擇電路保護(hù)裝置

過壓保護(hù)裝置選擇點(diǎn)

過壓保護(hù)器件（OVP）用于保護(hù)后續(xù)電路免受負(fù)載突降或瞬態(tài)高壓損壞。常見的過壓保護(hù)裝置包括壓敏電阻，瞬態(tài)抑制器，ESD抑制器和放電管。過壓保護(hù)裝置的選擇應(yīng)注意以下四點(diǎn)：

1）關(guān)閉電壓Vrwm。一般關(guān)斷電壓至少比線路的最大工作電壓高10％。

2）鉗位電壓VC的選擇。VC是指ESD浪涌情況下TVS兩端的電壓。它必須小于受保護(hù)電路可以承受的最大瞬態(tài)電壓。

3）選擇浪涌功率Pppm。功率不同，保護(hù)時(shí)間不同，如600w（10 / 1000us）；300W（8 / 20us） 。

4）電極電容的選擇。受保護(hù)元件的工作頻率越高，TVS的電容就越小。

過流保護(hù)裝置選擇

在斷開熔絲電路的過程中，由于電路電壓的存在，在熔體破裂時(shí)會(huì)發(fā)生電弧。一個(gè)高質(zhì)量的保險(xiǎn)絲應(yīng)盡可能避免這種電弧放電。斷開電路后，保險(xiǎn)絲應(yīng)能承受兩端施加的電路電壓。脈沖引起的保險(xiǎn)絲損壞會(huì)逐漸降低承受脈沖的能力。我們應(yīng)該考慮必要的安全邊際選擇。安全裕度是指總保險(xiǎn)絲（動(dòng)作）時(shí)間的保險(xiǎn)絲，其中包括預(yù)電弧時(shí)間和電弧放電時(shí)間。我們需要注意其基本條件的熔斷特性和額定電流。除了考慮安裝環(huán)境。當(dāng)熔絲達(dá)到熔化熱的值時(shí)，熔絲將熔化。它會(huì)改變更冷的融合時(shí)間，

需要保險(xiǎn)絲選擇參數(shù)

1）額定電流--- In

2）額定電壓--- Un

3）環(huán)境溫度

4）電壓降/冷電阻--- Ud / R.

5）融合特性

6）破碎能力--- Ir

7）熱能值-I2t

8）耐久性/預(yù)期壽命

9）結(jié)構(gòu)特征和安裝形式

10）安全認(rèn)證

常溫保險(xiǎn)絲型號(hào)

常溫保險(xiǎn)絲型號(hào)圖表

過溫保護(hù)裝置選擇

NTC熱敏電阻，也稱為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，其特征在于隨著溫度的升高電阻的非線性降低。NTC熱敏電阻選擇應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：

NTC熱敏電阻圖

1）最大額定電壓和濾波電容值

濾波電容的大小決定了NTC的大小。對(duì)于特定尺寸的NTC熱敏電阻，嚴(yán)格要求允許訪問的濾波電容的大小。該值還與最大額定電壓有關(guān)。

2）產(chǎn)品允許的最大啟動(dòng)電流值和NTC熱敏電阻工作電流的長期負(fù)載。

電子設(shè)備的最大允許啟動(dòng)電流決定了NTC熱敏電阻的電阻。加載在NTC熱敏電阻上的電流不應(yīng)超過規(guī)范中長期正常工作時(shí)指定的電流。

分析

IV. 該方法的示例

4.1 TVS管中的保護(hù)電路

在實(shí)際電路中，如圖所示，在DC輸入時(shí)，有時(shí)由于電源環(huán)境的變化而發(fā)生一些瞬態(tài)脈沖。消除器件瞬時(shí)脈沖損壞的最佳方法是將瞬時(shí)電流從敏感器件帶到地面。通常，TVS與電路板上的受保護(hù)電路并聯(lián)連接。因此，當(dāng)瞬時(shí)電壓超過電路的正常工作電壓時(shí)，TVS將發(fā)生雪崩擊穿，為瞬時(shí)電流提供超低阻抗路徑。結(jié)果，瞬時(shí)電流通過TVS短接到GND，以避免受保護(hù)的器件。當(dāng)瞬時(shí)脈沖結(jié)束時(shí)，TVS二極管自動(dòng)恢復(fù)到高阻抗?fàn)顟B(tài)，整個(gè)電路恢復(fù)到正常電壓狀態(tài)。

典型電路特性圖

智能電表行業(yè)通常使用RS-485通信。下圖顯示了RS-485通信接口的典型應(yīng)用。在保護(hù)RS-485接口形成靜電或浪涌損壞時(shí)，SMBJ5.0CA通常用于進(jìn)行接口保護(hù)，如圖3所示。當(dāng)靜電或浪涌電壓高于5V時(shí)，SMBJ5.0CA將開始鉗位電壓低電平。如果電流超過峰值電流IPP，則最終電壓鉗位在9V左右，從而保護(hù)后級(jí)免受損壞。

RS-485接口保護(hù)電路

集成運(yùn)算放大器對(duì)外部電應(yīng)力非常敏感。因此，在運(yùn)算放大器工作期間，由于不正確的操作或異常工作條件，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)過大的電壓或電流，尤其是浪涌和靜電脈沖，從而容易損壞運(yùn)算放大器或故障。一個(gè)5V輸出的直流電源，其穩(wěn)壓器輸出帶有SMBJ5.0CA，可以保護(hù)設(shè)備使用電源，還可以吸收晶體管集電極中的電路，使發(fā)射極峰值電壓保護(hù)晶體管。因此，建議在每個(gè)穩(wěn)壓源的輸出端添加SMBJ5.0CA管，這樣可以大大提高整機(jī)的可靠性。

運(yùn)算放大器輸出級(jí)保護(hù)圖

直流電源輸出級(jí)保護(hù)圖

電涌保護(hù)裝置可以分類為限壓裝置，例如氣體放電制動(dòng)器，金屬氧化物變阻器，抑制二極管，三端雙向可控硅開關(guān)元件，雙向可控硅開關(guān)和開關(guān)或限流裝置，如熔斷器，斷路器和熱斷路器。讓我們來看看電壓保護(hù)，因?yàn)檫@與火炬保護(hù)更相關(guān)。

下面是基本的瞬態(tài)電壓抑制器設(shè)備的概述：

瞬態(tài)電壓抑制器設(shè)備的概述表

4.2 PTC熱敏電阻過流保護(hù)

應(yīng)用原則

當(dāng)電路處于正常狀態(tài)時(shí)，通過PTC熱敏電阻進(jìn)行過流保護(hù)的電流小于額定電流。PTC熱敏電阻處于正常狀態(tài)，電阻小。當(dāng)電路發(fā)生故障時(shí)，電流大大超過額定電流，PTC熱敏電阻突然發(fā)熱，呈現(xiàn)高阻態(tài)，使電路相對(duì)“斷開”，保護(hù)電路免受損壞。故障排除時(shí)，PTC熱敏電阻會(huì)自動(dòng)返回低阻態(tài)，電路恢復(fù)正常運(yùn)行。

通常有三種類型的過溫和過溫保護(hù)：

1）電流過載（見下圖）：RL1負(fù)載曲線是正常工作狀態(tài)。當(dāng)負(fù)載電阻減小時(shí)，如變壓器短路，負(fù)載曲線從RL1變?yōu)镽L2，超過B點(diǎn)，PTC熱敏電阻進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。

電流過載保護(hù)圖

2）電壓過載（見下圖）：電源電壓升高，如220V電源線突然升至380V，負(fù)載曲線從RL1變?yōu)镽L2，超過B點(diǎn)，PTC熱敏電阻進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。

電壓過載保護(hù)圖

3）溫度過熱（如圖）：當(dāng)環(huán)境溫度上升超過一定限度時(shí)，PTC熱敏電阻伏安曲線從ABE變?yōu)锳-B1-F，負(fù)載曲線RL超過B1點(diǎn)，PTC熱敏電阻進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。

過流保護(hù)電路圖
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