0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

电路保护设计,产品和方法

上海雷卯电子 2022-01-06 14:34 次阅读

电路保护设计,产品和方法

由于当今技术相对不可预测,因此在需要可靠的设计中,电路保护是绝对必须的。本文将着眼于整个电路保护,以及如何减轻不同类型的损坏。

电路保护:对于设备和组件至关重要

在设计电路时,我们经常喜欢认为世界为我们提供了理想的设置,其中我们的电源是无噪声的,电容器没有电阻,并且逻辑电平会瞬时上升和下降。但是,现实世界远非理想。电源可能非常嘈杂(尤其是DC/ DC转换器),电容器通常具有等效的串联电阻,并且逻辑电平通常伴随各种时序问题。

即使我们考虑了这些对组件和设备的现实影响,许多设计人员通常还是会忘记解决一个领域-电路保护。建立在面包板上或原型PCB上的电路在实验室条件下可能会很好地工作,但是现实世界不一定能提供理想的条件,并且处理过静电敏感组件的任何人都知道确切的去向。浪涌产生的电压尖峰会损坏稳压器,而用户的静电冲击可能会杀死微控制器,恕不另行通知。由于设计人员永远不能太确定自己的电路会遇到什么情况,因此,最好的做法是保护电路免受尽可能多的不同损坏源的伤害。

电路损坏的典型来源

虽然有很多潜在的损坏源,但主要的损坏源包括静电放电,电感器反激和电源浪涌。

静电放电是静电放电。它是迄今为止基于CMOS的设备的最大杀手之一。静电放电可能来自多种不同的来源,但是人类是最常见的来源之一。人类有一种用材料覆盖身体并将橡胶附着在脚底上的习惯。结果是,当它们四处移动时,材料和橡胶可能会摩擦皮肤和其他表面。这反过来会产生静电。当带静电的人员触摸电子电路时,存在很大的风险,即电荷可能会从人员转移到电路上,从而使电路承受数千伏的电压。虽然传输到电路的能量很小,但高压很容易导致基于MOS的技术(例如晶体管,调节器,微控制器等)。其他基于势垒和结的技术(例如BJT和FET)受静电冲击的影响较小,但仍然存在可能被损坏的风险。

电感反激是在流经电感元件(例如线圈或扼流圈)的电流突然变化时发生的现象。发生这种情况时,需要释放存储在磁场中的能量。磁场的崩溃导致感应出电压(但极性与感应器的电压源相反)。该感应电压称为“反电动势”,对于敏感电路(例如基于硅的电路)非常危险。即使是很小的电感器,反电动势也可能高达数百伏。反电动势的常见来源包括扼流圈,电动机和变压器。

市电(也称为电网电源电涌)来自多种来源,包括电站故障,变电站故障和雷电。市电浪涌是将大的电压尖峰注入电网的地方。这种突然的峰值可能会影响几乎所有连接到电网的设备。影响电网的电压尖峰的经典示例是雷暴期间的停电。闪电会击中塔架,从而在整个电网中引起电涌。变电站可能会因电涌而损坏,从而切断其提供的电源,也可能会检测到电涌,然后有意切断电源以防止对用户造成损害。电源重新连接也会引起电涌,在该电源重新连接的地方,突然没有电源的区域重新连接到电网。

电路保护方法

因此,我们可以看到存在许多不同的潜在损坏源,但是如何保护电路免受此类损坏呢?

齐纳二极管/串联限制电阻

齐纳二极管具有钳位电压的能力,是最常用的电路保护器件之一。如果在正向偏置模式下使用,它们将像任何其他硅二极管一样将电压钳位到0.6V左右。但是,与硅二极管不同,在反向偏置模式下使用时,它们会将电压钳位到特定值。

例如,一个5V1齐纳二极管将反向偏置模式下的电压钳位到5.1V,这样,如果二极管两端的电压超过5.1V,电压就不会更高。这些二极管通常与串联限流电阻器配合使用,以使流过齐纳管的电流不会超过其极限。串联限流电阻器还可以保护电路免受电流尖峰的影响。但应注意,串联限流电阻会影响电路的速度性能,并且更适用于高阻抗输入。

8ea71e30-6988-11ec-8d32-dac502259ad0.png

扼流圈:电感

扼流圈是一对特殊的电感器,可以抵抗电流的突然变化。例如,来自电网的电压尖峰可以进入敏感电路的电源输入中。如果将一个扼流圈与电源输入串联,则电压尖峰(这也会导致电流尖峰I与电压V成正比)降低,电路的其余部分较少受到电涌的影响。

8ee44742-6988-11ec-8d32-dac502259ad0.png

去耦电容器

电压和电流尖峰并不是电路可能面临的唯一危险。潜在损坏的另一个来源是电源不足,这是指电源突然中断,可能会持续数百毫秒。尽管对于简单的设备(例如风扇和照明设备)而言,这并不是特别的问题,但对于依赖于数字逻辑的设备(例如计算机,笔记本电脑和安全系统)却可能是非常有害的。

虽然持续超过半秒的大型电源不足非常困难(通常需要辅助备用电源),但是可以通过使用以下命令解决由开机(例如无线电模块)引起的短暂电源不足去耦电容器。一个去耦电容无非是一个大容量电容器,该电容器在正常工作状态下仍保持充电状态,但可以在电源不足时将其能量抽回到电路中,以维持电源电压。通常将此类电容器放置在功率处理电路(如微控制器的线性稳压器)之前。这样可确保正确维持微控制器的电压(请记住,许多稳压器可以接受较宽的输入电压范围,但许多微控制器无法处理较大的电压偏差)。去耦电容器的其他用途包括防止其他开关设备(包括DC/ DC转换器,处理器传感器,无线电模块和高速数字电路)注入电源的噪声的电路保护。

8f08dd46-6988-11ec-8d32-dac502259ad0.png

保险丝

许多电路保护技术通常与外部影响有关,但有时需要保护电路免受自身影响。自我保护的一个经典例子是使用保险丝的短路保护。尽管并非所有电路都存在此问题,但某些设计可能包含在故障情况下可能汲取大量电流的电路。

例如,推挽放大器可以具有连接到外部设备的能力,但是也可以依赖于具有最小阻抗量的设备。在这种情况下,推挽很容易短路。而且,尽管放大器可能能够处理电流,但电路中的其他组件可能无法处理电流。在这种情况下,保险丝可与电源,输入和输出串联使用,以确保电路不会消耗危险的电流。存在许多保险丝类型,其中电线保险丝可用于市电供电的设备,而小型可复位保险丝更适合于Arduino等数字电路。

保护二极管

保护二极管在设计中至关重要,在这种设计中,电感可能会从线圈和电机等组件中飞回。虽然电动机和线圈本身没有受到损坏的危险,但是当这些组件将其反电动势注入到包含敏感电路(例如微控制器,晶体管和传感器)的电路中时,就会出现问题。去除反电动势是一项非常容易的任务,仅需要与预期会产生反电动势的器件并联放置一个二极管即可。重要的是要注意,这仅适用于DC设置,因为二极管与电感元件并联放置,但与电感元件的电源反向偏置。当关闭电感元件的电源时,反电动势会通过二极管,并远离电路中的其他组件。

8f593ab6-6988-11ec-8d32-dac502259ad0.png

电路保护产品

虽然分立组件可用于电路保护,但市场上也有一些特定组件包含专门用于此任务的专用电路。让我们回顾一些可用于电路保护的组件示例。

8f8c6fee-6988-11ec-8d32-dac502259ad0.png

二极管矩阵封装

二极管矩阵封装将多个二极管合并到一个封装中,可用于多种用途。它们比较流行的用途之一是保护USB连接器(例如D+和D-)的引脚免受外部静电的影响。二极管矩阵封装的示例包括:雷卯电子的ESDA0504T5,它包含四个具有公共连接的齐纳二极管;雷卯电子的USRV05-4,它包含七个二极管,专门用于保护USB端口以及提供低电容通道。

瞬态电压抑制二极管

这些二极管类型专门针对较大的电压摆幅,可用于保护单个电路连接以及用作反电动势保护。抑制二极管的一个例子是LEIDITECH的SMAJ33A,它能够耗散400W的峰值功率,具有快速的响应时间,并且可以传导多达40A的峰值电流。抑制二极管的另一个示例是LEIDITECH的5KP36A,其峰值脉冲功率消耗为5,000W,从而可以保护电路足够长的时间,以便主熔断器/断路器可以断开电源。

8fe2431a-6988-11ec-8d32-dac502259ad0.png

自恢复保险丝

自恢复保险丝是可以防止在短路条件下损坏电路的组件。但是,与典型的熔断器不同,一旦熔断,就需要更换。自恢复保险丝没有。这些设备通常是PTC型,代表正温度系数。自恢复保险丝依赖于其温度随着流过它们的电流的增加而升高。温度升高会导致电阻失控,从而降低可流动的电流。

商用PTC保险丝的一个例子是LEIDITECH,SMD1812P050。这款SMD保险丝可提供多种额定电压和电流。PTC保险丝的另一个示例是插件的HL60-300。这是一种通孔设备,通常针对功能更强大的设备,例如电源。

90381452-6988-11ec-8d32-dac502259ad0.jpg

结论

尽管存在多种可能会影响电路的电气损坏机制,但包括正确的电路保护组件和解决方案将有助于提高可靠性。因此,可以改善您正在设计的电子设备的整体性能。需要以下保护方案请联系oo2850873585

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 电路
    +关注

    关注

    172

    文章

    5905

    浏览量

    172140
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    漏电保护开关故障排除方法 漏电保护开关与断路器的区别

    漏电保护开关(Residual Current Device,RCD)是一种安全装置,用于检测电路中的漏电情况,并在检测到漏电时迅速切断电源,以保护人身安全和防止电气火灾。以下是一些常见的漏电
    的头像 发表于 12-20 16:49 154次阅读

    过压保护电路的多种设计方案

    的选择和保护效果。文章还提到了如何结合实际产品需求和成本考虑,选择合适的过压保护电路设计。                     由于目前所设计的
    的头像 发表于 11-25 10:30 511次阅读

    过压保护电路的常见设计方法

    过压保护电路的设计是电子工程中的重要环节,旨在防止电路因电压过高而损坏。以下是关于过压保护电路设计的详细探讨,内容将涵盖过压
    的头像 发表于 10-10 15:41 1092次阅读
    过压<b class='flag-5'>保护</b><b class='flag-5'>电路</b>的常见设计<b class='flag-5'>方法</b>

    压敏电阻的电路保护

    压敏电阻随电压变化改变电阻值,保护电路稳定。选用时考虑电压等级、钳位电压、功率和温度。高能压敏电阻保护大型设备,低压压敏电阻保护汽车、通信等线路。压敏电阻提高
    的头像 发表于 09-29 14:25 301次阅读
    压敏电阻的<b class='flag-5'>电路</b><b class='flag-5'>保护</b>

    压敏电阻的电路保护

    压敏电阻随电压变化改变电阻值,保护电路稳定。选用时考虑电压等级、钳位电压、功率和温度。高能压敏电阻保护大型设备,低压压敏电阻保护汽车、通信等线路。压敏电阻提高
    的头像 发表于 09-29 11:36 293次阅读
    压敏电阻的<b class='flag-5'>电路</b><b class='flag-5'>保护</b>

    rcd吸收电路的影响和设计方法

    RCD吸收电路在电力电子和开关电源设计中扮演着重要角色,主要用于减缓开关过程中由变压器漏感引起的电压尖峰和振荡,从而保护开关器件,提高电路的稳定性和效率。以下是对RCD吸收电路的影响和
    的头像 发表于 09-18 14:31 999次阅读

    ESD保护电路POWERclamp原理

    ESD(Electrostatic Discharge,静电放电)保护电路是电子设备中非常重要的组成部分,它能够保护电子设备免受静电放电的损害。POWERclamp是一种常见的ESD保护
    的头像 发表于 09-14 14:41 1512次阅读

    漏电保护器是什么 接线方法介绍

    在现代家居装修中,随着电器使用的增多,电路安全尤为重要。漏电保护器的作用因此显得十分关键,它能有效预防电气火灾和电击事故,确保家庭成员的安全。本文将详细介绍漏电保护器的接线方法及其注意
    的头像 发表于 08-19 11:44 714次阅读
    漏电<b class='flag-5'>保护</b>器是什么 接线<b class='flag-5'>方法</b>介绍

    过电压电路保护的意义到底是什么

    电子产品出现的故障,都是电子设备电路中出现的过压或者电路现象造成的,随着我们对电子设备质量的要求越来越高,电子电路保护也变得更加不容忽视。
    发表于 06-21 16:12

    电路中的过压(OVP)保护电路

    电路中的过压(OVP)保护电路
    的头像 发表于 05-08 08:02 1233次阅读
    ​<b class='flag-5'>电路</b>中的过压(OVP)<b class='flag-5'>保护</b><b class='flag-5'>电路</b>

    IGBT驱动电路过流保护的分类及其检测方法

    IGBT的过流保护电路可分为两类:一类是低倍数(1.2-1.5倍)的过载保护;另一类是高倍数(可达8-10倍)的短路保护
    的头像 发表于 03-01 09:04 1.4w次阅读
    IGBT驱动<b class='flag-5'>电路</b>过流<b class='flag-5'>保护</b>的分类及其检测<b class='flag-5'>方法</b>

    过压保护电路图分享

    过压保护电路是一种常见的电路保护装置。它的作用是在电路电压超过设定值时,立即切断电路,以
    的头像 发表于 02-06 09:57 1w次阅读
    过压<b class='flag-5'>保护</b><b class='flag-5'>电路</b>图分享

    电路中的过压保护和过流保护的区别

    电路中的过压保护和过流保护的区别  过压保护和过流保护电路中常见的
    的头像 发表于 02-06 09:07 2211次阅读

    过压保护电路的分类 过压保护电路的应用场景

    过压保护电路的分类 过压保护电路的应用场景  过压保护电路是一种用于
    的头像 发表于 02-05 18:18 1366次阅读

    逆变电路中的故障诊断与保护

    进行综合考虑。本文将对逆变电路中的故障诊断与保护进行详细介绍。 一、故障诊断方法 逆变电路中的故障诊断方法主要包括以下几种:基于模型的
    的头像 发表于 12-27 17:49 671次阅读
    逆变<b class='flag-5'>电路</b>中的故障诊断与<b class='flag-5'>保护</b>