微电子设备防雷及电涌保护常用设计方法

2017-09-07 温州创捷防雷电器有限公司 603
  时间:2013-07-31 前导发轫: 作者:
【导读】本文细心引见了防护雷电及过电压的经常使用要领:分流、均压、樊篱、接地和保护。对形成防雷器的外部器件如:放电管、压敏电阻、TVS瞬态电压抑制器、共模线圈等也有细心引见,且按照器件的各自特性方案志向的防雷器
微电子设备遭遇雷电的危险
微电子设备由于雷击放电可以电气设备的开关利用而产生的过电压对设备形成失效 、毁坏的实例屡见不鲜,由此形成为了伟大的经济损失。直接损失通常反映设备应用者在硬件方面的损失,可以修复可以更调。但是软件方面的损失以及设备停机所形成的损失是没法补充的。对微电子设备采用行之无效的保护办法,完成对集成度越高而耐受过电压手段越来越低的电子系统(设备)的稳定防护,只管减小其遭遇雷击或袭击过电压的搅扰和毁坏,已成为微电子设备稳定性任务中急需处置的题目。
微电子设备通常任务在低压电网中,低压电网中过电压有四类:雷电诱发的过电压、静电放电、利用过电压以及工频过电压。过电压通常以共模(过电压在带电导体或中性线和大地之间产生)和差模(过电压在带电导体之间产生)两种搅扰形势搅扰低压电网,个中雷电过电压破碎摧毁性最大。
防雷及过电压保护机理
在电子设备防雷及过电压保护上,通常采用分流、均压、樊篱、接地及保护等形势。这类电子设备是现在雷电防护中不可缺乏的一种装配,畴昔也称为“过电压保护器(SPD)”。其作用等于把窜入电力线、信号传输线瞬时过压限定在设备或系统所能经受的电压范畴内,或将壮大的雷电流泄流入大地,使被保护设备或系统不受袭击。
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经常使用防雷及过电压器件
现在经常使用的防雷及过电压防雷器件有放电管(充气式放电管)、压敏电阻和瞬态电压抑制器等。
一、气体放电管
气体放电管为低天真度保护器件,其任务局部通经常使用玻璃封装或陶瓷封装,外部为一对互相隔开的冷阴极电极,并充以肯定压力的惰性气体(多半为氩气)。为了进步放电管的触发几率,在放电管内还有助触发剂,从布局上分二极型或三极型。
经常使用过电压放电器可以排放10KA ( 8/20μs)如下的瞬态电流。气体放电管的反应时间是指从外加电压超过击穿电压到产生击穿征兆的时间,气体放电管一般在μm微秒数量级。气体放电管具备多种不同规格的直流击穿电压,其值取决于气体的种类和电极间的距离等因素。
气体放电管的电容量很小,一般≤1~5pF。它的任务原理是指当加至气体放电管两电极间电压达到电极击穿电压Ubr时,放电间隙立即熄灭放电,疏通较大电流,而气体放电管两端电压降到电极间电弧电压,泛起低电阻。气体放电管可在直流和交流条件下应用,所选用的直流放电电压Udc≥Uo(Uo为路线失常任务的直流电压);交流条件下使历时,Udc≥1.44Un(Un为路线失常任务的交流电压无效值)。
气体放电管的行径时间在毫秒范畴内,遍及用于近程通讯范畴,益处是耐电流大而静电容小。漏洞是熄灭电压高,且熄灭机能遭到时间的限定。气体放电管的另外一漏洞是可以泛起电源续流题目。气体放电管熄灭当前,在电压超过24V的低阻抗电路,特别容易将原先只愿望继续几微秒后将气体放电管诱发的短路继承摒弃下去,成就是气体放电管在瞬间会爆裂。是以,在采用气体放电管的过电压保护路线里,必须预设一个断路器,以便在极短的时间将电路割断。
二、压敏电阻
压敏电阻是一种具备瞬态电压仰制机能的限压型保护器件。利用器件分外敏感的非线性个性,当过电压出而今压敏电阻的两级间,压敏电阻可以将电压箝位到一个绝对平稳的电压值,从而完成对后级电路的保护。可以用来代替瞬态仰制二极管、齐纳二极管和电容器的组合。经常使用于过电压保护的压敏电阻有金属氧化物压敏电阻(MOV)和碳化硅(SiC)两类。压敏电阻两朴重、反向都具备同二极管反向击穿相相通的伏安个性,当作用在其两端的电压达到一天命值后,电阻对电压十分敏感。
压敏电阻最鲜明的特性是非线性个性好,电压范畴很宽,可从几伏到几千伏,吸收电涌电流可从几十安到几千安培,反应速度快,非线性指数大,无极性、无续流、应用寿命长且本钱低,多用于直流电源、交流电源、低频信号路线和带馈电路线等。在手机、手提电脑、PDA、数字相机、医疗仪器等设备上,表面贴装压敏电阻运用最为遍及。
压敏电阻器在电路电涌和瞬变防护时的运用约略可分四种类型:
1)在电源线之间和大地之间衔接压敏电阻
该压敏电阻的应用最具代表性。在电源线及长距离传输的信号线遇到雷击而使导线存在电涌脉冲时对电子产品起到保护作用。通常线间接入的压敏电阻对线间的认为脉冲无效;而线与地间接入的压敏电阻对传输线和大地间的认为脉冲无效。若对线间衔接与线地衔接两种模式举办组合,则可对电涌脉冲能起到更好的吸收作用。
2)在负荷中的保护
将压敏电阻器并联至感性负载两端,重要用于对感性负载溘然开闭诱发的认为脉冲举办吸收,胁制元件遭到破碎摧毁。一般来讲,将压敏电阻并联至认为负载即可,若是再思索电流种类和能量大小的不同,与R – C 勾串吸收电路实用越发志向。
3)接点间的衔接保护
将保护压敏电阻器并联至被保护接点两端,可胁制认为电荷将开关接点电弧烧坏的征兆产生。
4)保护半导体器件
将压敏电阻两端并接至大功率的集电极、发射极两端,可以可控硅阳极和阴极两端,以限定电压低于被保护器件的耐压等第,这对半导体是一种无比无效的保护。
在细心应用压敏电阻器时,若是电器设备耐压水平Vo较低,而电涌能量又对照大,则可决定压敏电阻V1mA 较低、片径较大的压敏电阻器;如Vo较高可决定压敏电压V1mA较高的压敏电阻器,这样既可以保护电器设备又能延伸压敏电阻应用寿命。
其它压敏电阻也可以与空气放电管、TVS瞬态电压抑制器构成综合防雷器,以获得最好的保护结果。上述器件可构成二级保护或三级保护,气体放电管一般放在路线输入端,做为一级防雷器件,经受大的电涌电流;二级保护器件采用压敏电阻,在μs(奇妙)级时间范畴内更快地响应;对付高天真度的电子路线,可以添加第三级TVS保护,在ps(皮秒)级时间范畴内对电涌电压产生响应。