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微電子設備防雷及電涌保護常用設計方法

2017-09-07 溫州創捷防雷電器有限公司 961
  時間:2013-07-31 前導發軔: 作者:
【導讀】本文細心引見了防護雷電及過電壓的經常使用要領:分流、均壓、樊籬、接地和保護。對形成防雷器的外部器件如:放電管、壓敏電阻、TVS瞬態電壓抑制器、共模線圈等也有細心引見,且按照器件的各自特性方案志向的防雷器
微電子設備遭遇雷電的危險
微電子設備由于雷擊放電可以電氣設備的開關利用而產生的過電壓對設備形成失效 、毀壞的實例屢見不鮮,由此形成為了偉大的經濟損失。直接損失通常反映設備應用者在硬件方面的損失,可以修復可以更調。但是軟件方面的損失以及設備停機所形成的損失是沒法補充的。對微電子設備采用行之無效的保護辦法,完成對集成度越高而耐受過電壓手段越來越低的電子系統(設備)的穩定防護,只管減小其遭遇雷擊或襲擊過電壓的攪擾和毀壞,已成為微電子設備穩定性任務中急需處置的題目。
微電子設備通常任務在低壓電網中,低壓電網中過電壓有四類:雷電誘發的過電壓、靜電放電、利用過電壓以及工頻過電壓。過電壓通常以共模(過電壓在帶電導體或中性線和大地之間產生)和差模(過電壓在帶電導體之間產生)兩種攪擾形勢攪擾低壓電網,個中雷電過電壓破碎摧毀性最大。
防雷及過電壓保護機理
在電子設備防雷及過電壓保護上,通常采用分流、均壓、樊籬、接地及保護等形勢。這類電子設備是現在雷電防護中不可缺乏的一種裝配,疇昔也稱為“過電壓保護器(SPD)”。其作用等于把竄入電力線、信號傳輸線瞬時過壓限定在設備或系統所能經受的電壓范疇內,或將壯大的雷電流泄流入大地,使被保護設備或系統不受襲擊。
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經常使用防雷及過電壓器件
現在經常使用的防雷及過電壓防雷器件有放電管(充氣式放電管)、壓敏電阻和瞬態電壓抑制器等。
一、氣體放電管
氣體放電管為低天真度保護器件,其任務局部通經常使用玻璃封裝或陶瓷封裝,外部為一對互相隔開的冷陰極電極,并充以肯定壓力的惰性氣體(多半為氬氣)。為了進步放電管的觸發幾率,在放電管內還有助觸發劑,從布局上分二極型或三極型。
經常使用過電壓放電器可以排放10KA ( 8/20μs)如下的瞬態電流。氣體放電管的反應時間是指從外加電壓超過擊穿電壓到產生擊穿征兆的時間,氣體放電管一般在μm微秒數量級。氣體放電管具備多種不同規格的直流擊穿電壓,其值取決于氣體的種類和電極間的距離等因素。
氣體放電管的電容量很小,一般≤1~5pF。它的任務原理是指當加至氣體放電管兩電極間電壓達到電極擊穿電壓Ubr時,放電間隙立即熄滅放電,疏通較大電流,而氣體放電管兩端電壓降到電極間電弧電壓,泛起低電阻。氣體放電管可在直流和交流條件下應用,所選用的直流放電電壓Udc≥Uo(Uo為路線失常任務的直流電壓);交流條件下使歷時,Udc≥1.44Un(Un為路線失常任務的交流電壓無效值)。
氣體放電管的行徑時間在毫秒范疇內,遍及用于近程通訊范疇,益處是耐電流大而靜電容小。漏洞是熄滅電壓高,且熄滅機能遭到時間的限定。氣體放電管的另外一漏洞是可以泛起電源續流題目。氣體放電管熄滅當前,在電壓超過24V的低阻抗電路,特別容易將原先只愿望繼續幾微秒后將氣體放電管誘發的短路繼承摒棄下去,成就是氣體放電管在瞬間會爆裂。是以,在采用氣體放電管的過電壓保護路線里,必須預設一個斷路器,以便在極短的時間將電路割斷。
二、壓敏電阻
壓敏電阻是一種具備瞬態電壓仰制機能的限壓型保護器件。利用器件分外敏感的非線性個性,當過電壓出而今壓敏電阻的兩級間,壓敏電阻可以將電壓箝位到一個絕對平穩的電壓值,從而完成對后級電路的保護。可以用來代替瞬態仰制二極管、齊納二極管和電容器的組合。經常使用于過電壓保護的壓敏電阻有金屬氧化物壓敏電阻(MOV)和碳化硅(SiC)兩類。壓敏電阻兩樸重、反向都具備同二極管反向擊穿相相通的伏安個性,當作用在其兩端的電壓達到一天命值后,電阻對電壓十分敏感。
壓敏電阻最鮮明的特性是非線性個性好,電壓范疇很寬,可從幾伏到幾千伏,吸收電涌電流可從幾十安到幾千安培,反應速度快,非線性指數大,無極性、無續流、應用壽命長且本錢低,多用于直流電源、交流電源、低頻信號路線和帶饋電路線等。在手機、手提電腦、PDA、數字相機、醫療儀器等設備上,表面貼裝壓敏電阻運用最為遍及。
壓敏電阻器在電路電涌和瞬變防護時的運用約略可分四種類型:
1)在電源線之間和大地之間銜接壓敏電阻
該壓敏電阻的應用最具代表性。在電源線及長距離傳輸的信號線遇到雷擊而使導線存在電涌脈沖時對電子產品起到保護作用。通常線間接入的壓敏電阻對線間的認為脈沖無效;而線與地間接入的壓敏電阻對傳輸線和大地間的認為脈沖無效。若對線間銜接與線地銜接兩種模式舉辦組合,則可對電涌脈沖能起到更好的吸收作用。
2)在負荷中的保護
將壓敏電阻器并聯至感性負載兩端,重要用于對感性負載溘然開閉誘發的認為脈沖舉辦吸收,脅制元件遭到破碎摧毀。一般來講,將壓敏電阻并聯至認為負載即可,若是再思索電流種類和能量大小的不同,與R – C 勾串吸收電路實用越發志向。
3)接點間的銜接保護
將保護壓敏電阻器并聯至被保護接點兩端,可脅制認為電荷將開關接點電弧燒壞的征兆產生。
4)保護半導體器件
將壓敏電阻兩端并接至大功率的集電極、發射極兩端,可以可控硅陽極和陰極兩端,以限定電壓低于被保護器件的耐壓等第,這對半導體是一種無比無效的保護。
在細心應用壓敏電阻器時,若是電器設備耐壓水平Vo較低,而電涌能量又對照大,則可決定壓敏電阻V1mA 較低、片徑較大的壓敏電阻器;如Vo較高可決定壓敏電壓V1mA較高的壓敏電阻器,這樣既可以保護電器設備又能延伸壓敏電阻應用壽命。
其它壓敏電阻也可以與空氣放電管、TVS瞬態電壓抑制器構成綜合防雷器,以獲得最好的保護結果。上述器件可構成二級保護或三級保護,氣體放電管一般放在路線輸入端,做為一級防雷器件,經受大的電涌電流;二級保護器件采用壓敏電阻,在μs(奇妙)級時間范疇內更快地響應;對付高天真度的電子路線,可以添加第三級TVS保護,在ps(皮秒)級時間范疇內對電涌電壓產生響應。
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