压敏电阻器广泛应用于家用电器以及其他电子产品中,起到过电压保护、防雷、抑制浪涌电流、吸收尖峰脉冲、限幅、高压灭弧、消噪、保护半导体元器件等作用。
(2) 压敏电阻器的选取计算
一般来说,压敏电阻器与被保护器件或装置并联使用。在正常情况下,压敏电阻器两端的直流或交流电压应低于标称电压,即使在电源波动情况最坏时,也不应高于额定值中选择的最大连续工作电压,该最大连续工作电压值所对应的标称电压值即为选用值。对于过压保护方面的应用,压敏电压值VmA应大于实际电路的电压值,一般使用下式进行选择:
式中:a为电路电压波动系数,一般取1.2;v为电路直流工作电压(交流时为有效值);b为压敏电压误差,一般取0.85;c为元件的老化系数,一般取0.9;
这样计算得到的VmA的实际数值是直流工作电压的1.5倍,在交流状态下还要考虑峰值,因此计算结果应扩大1.414倍。另外,选用时还必须注意:
① 必须保证在电压波动最大时,连续工作电压也不会超过最大允许值,否则将缩短压敏电阻器的使用寿命。
② 在电源线与大地间使用压敏电阻器时,有时由于接地不良而使线与地之间电压上升,所以通常采用比线与线间使用场合标称电压更高的压敏电阻器。
③ 压敏电阻所吸收的浪涌电流应小于产品的最大通流量。
3.3.2 TVS管
(1) TVS管的作用
TVS管是一种二极管形式的高效能保护器件。当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时,它能以10-12秒量级的速度,将其两极间的高阻抗变为低阻抗,吸收高达数千瓦的浪涌功率,使两极间的电压箝位于一个预定值,有效地保护电子线路中的精密元器件免受各种浪涌脉冲的损坏。由于它具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点,目前已广泛应用于计算机系统、通信设备、交/直流电源、汽车、电子镇流器、家用电器、仪器仪表、RS232/422/423/485、I/O、LAN、ISDN、ADSL、USB、MP3、PDAS、GPS、CDMA、GSM、数字照相机的保护、共模/差模保护、RF耦合/IC驱动接收保护、电机电磁波干扰抑制、声频/视频输入、传感器/变速器、工控回路、继电器、接触器噪声的抑制等各个领域。
(2) TVS管的选取
计算选取时应注意以下几点:
① TVS额定反向关断电压VWM应大于或等于被保护电路的最大工作电压。
② 最小击穿电压VBR=VWM/KBR (其中,KBR=0.8~0.9)。
③ TVS的最大箝位电压VC应小于被保护电路的损坏电压,即VC=KC×VBR (其中,KC=1.3)。
④ 在规定的脉冲持续时间内,TVS的最大峰值脉冲功耗PM必须大于被保护电路内可能出现的峰值脉冲功率。在确定了最大箝位电压后,其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流。
3.3.3 TVS管与压敏电阻器的比较
目前,国内不少需进行浪涌保护的设备上使用的是压敏电阻器。TVS管一般用于电快速瞬变脉冲群的防护,其特性比压敏电阻器优越得多,具体特性参数的比较表5所列。
表5 TVS管与压敏电阻器的比较
3.4 应用实例
3.4.1 交流电路
图4为微机电源采用TVS管作线路保护的原理图。
图4 微机电源部分原理图
下面就图4中的线路保护加以说明。
① 在进线的交流220 V处加双向TVS管D1,以抑制220 V交流电网中的尖峰干扰。双向TVS管D1的
选取D1时根据上述参数,通过查表即可得到。
② 在变压器进线处加上抗干扰的电源线滤波器,以消除小尖峰干扰。
③ 在变压器输出端交流20 V处加上双向TVS管D2,再一次抑制干扰。双向TVS管D2的
选取D2时根据上述参数,通过查表即可得到。
④ 整流滤波输出直流10 V时,加上单向TVS管D3抑制干扰。单向TVS管D3的
选取D3时根据上述参数,通过查表即可得到。
通过如上4次抑制,得到了所谓的“净化电源”。为了防雷击等浪涌电压,还可在交流220 V进线端加上压敏电阻器,以便更有效地防止干扰进入计算机的CPU及存储器中,从而进一步提高系统的可靠性。
3.4.2 DCDC电路
图5是一个直流电源的前级抑制干扰原理图。
图5 直流电源部分原理图
图5中,KZ、KF外接24 V直流电源;YR1为压敏电阻器,VmA=1.5×24 = 36 V,用于抗浪涌冲击;L1、L2、C1和C2构成平衡型LC滤波器,抑制差模干扰;L3为共模电感,用于抑制共模干扰;TVS1用于抑制电快速瞬变脉冲群干扰。注意,如果GND不能通过机壳接地,则必须要加TVS2接KF,目的是把瞬变脉冲干扰信号“导”向大地。
结语
国内外对电磁环境和干扰的研究工作,多年来一直沿着两个方面并行推进:一方面是研究器件的噪声物理特性,探索克服元器件噪声的新方法,其成果用于设计和开发具有更强功能的新型电子器件;另一方面是研究影响电子电路和电子设备电磁兼容的各种因素,总结增强电子设备电磁兼容性的各种方法,其成果用于设计和开发更为理想的电路结构,组装出符合预期应用环境的电子装置、设备和系统。对电子线路设计者来说,主要考虑后者。电子线路中的EMC设计,实际上主要是“堵”和“导”的方法;“堵”的方法是抑制干扰,不让干扰进入系统;“导”的方法是把内部的干扰信号泄露出来。因此,在实际应用中往往多种方法并用,以提高整个系统的可靠性。
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