元件和保护电路

发生电涌电压时,需要通过等电位连接使受影响的设备和电缆在很短的时间内短接。我们提供多种具有这种特性的元件。元件之间的本质区别在于响应时间和放电能力。

抑制二极管

抑制二极管的图形符号和U/I特性曲线  

抑制二极管的图形符号和U/I特性曲线

属性:

  • 该功能也称为细保护。
  • 响应十分迅速。
  • 电压限值低。
  • 载流能力低,电容高。
    • 标称电压为5 V时,最大放电容量约为750 A。
    • 标称电压更高时,放电容量明显减小。

特性:

有的二极管的标称电压更高,放电能力也更强。但是这些二极管体积很大,很少用在组合式保护电路当中。

要点:

UR = 反向电压
UB = 击穿电压
UC = 钳位电压
IPP = 峰值脉冲电流
IR = 反向电流

压敏电阻

金属氧化物压敏电阻的图形符号和U/I特性曲线  

金属氧化物压敏电阻的图形符号和U/I特性曲线

属性:

  • 该功能也称为中度保护。
  • 响应时间为更快的纳秒级。
  • 响应速度比气体放电保护器更快。
  • 线缆无后续电流产生。

特性:

使用最大标称放电电流为2.5 kA的压敏电阻可实现测量与控制技术的中等保护级别。在电源方面,标称放电电流达3 kA的压敏电阻是3类设备保护器中保护电路的重要元件。用于2类保护器的压敏电阻性能更强大。对这类应用而言,标准型号可承受高达20 kA的标称放电电流。针对特殊应用,2类保护器支持的最大电流可高达80 kA。

要点:

A = 高阻运行区
B = 低阻运行区/限制区

气体放电保护器

气体放电保护器的图形符号和特性点火曲线  

气体放电保护器的图形符号和特性点火曲线

属性:

  • 该功能也称为中度保护。
  • 响应时间达中等纳秒级。
  • 标准产品的放电电流最大可达20 kA。
  • 元件的放电容量很大,结构也十分紧凑。

特性:

使用该元件,取决于压力的点火现象会导致高达几百伏的剩余电压。

要点:

1) 静态响应
2) 动态响应

放电间隙

放电间隙的图形符号和特性点火曲线  

放电间隙的图形符号和特性点火曲线

属性:

  • 雷电流保护器关键元件
  • 强大的线路后续电流遮断能力
  • 相对较快的响应速度
  • 自主点火特性

特性:

很多情况下,放电间隙是功能強大的电涌保护器的关键元件。放电间隙中包含两个正面相对,位置紧靠的角形避雷器。电涌电压在角形避雷器和电弧间产生火花放电。这一等离子电弧通道会引发短路。此时流入大电流,并出现陡峭上升,可达几百kA。放电间隙分为开放式和闭合式。开放式放电间隙的放电和遮断能力更强。

灭弧技术尤其适用于放电间隙。此时撞击板与放电电极相对。电极之间的电弧在电动力驱动向下分隔成短弧。短弧不能维持燃烧从而迅速熄灭。当电涌电压消失时,放电间隙再次恢复到高电阻状态。

要点:

UZ = 响应电压/点火电压
tZ = 响应时间

适用于信号接口的组合保护电路

具体的应用环境决定所需的元件。在复杂的保护电路中可单独或组合使用元件。

带欧姆退耦的两级保护电路(左)和带电感退耦的三级保护电路(右)

带欧姆退耦的两级保护电路(左)和带电感退耦的三级保护电路(右)

组合元件意味着将不同元件固有的特性进行融合。气体放电保护器和抑制二极管组合的电路组合就可以作为敏感信号接口的标准保护电路。该组合响应快性能强,实现最高的电压保护等级。

组合中的元件以并联的方式间接切换,实现不同的保护等级。也就是说,将一个欧姆或电感退耦器环接到元件之间。这样就保证了不同保护级别的交错式响应。

区别保护电路的主要依据为:

  • 保护级别的数量
  • 电路动作的方向(共模/差模电压保护)
  • 标称电压
  • 对信号频率的阻尼作用
  • 电压保护等级(钳位电压)

多级保护电路的功能

两级保护电路中的电压分布  

两级保护电路中的电压分布

产生电涌电压时,抑制二极管的响应速度最快。放电电流会通过抑制二极管及其前面连接的退耦电阻。退耦电阻导致电压下降。抑制二极管和气体放电保护器的响应电压不同,而通过退耦电阻产生的压降与响应电压的区别对应。

因此,在电涌电流造成抑制二极管过载之前,就达到了气体放电保护器的响应电压。这就是说,当气体放电保护器有响应时,几乎所有的放电电流都通过了气体放电保护器。通过气体放电保护器的剩余电压最高可达20 V,减轻了抑制二极管的压力。如果放电电流很低,没有造成抑制二极管过载,气体放电保护器则无响应。

图例中的电路设有低电压限值,具有快速响应和高放电能力等优点。带电感退耦的三级保护电路也遵循相同的工作原理。只是换向需要分为两步:首先从抑制二极管转向压敏电阻,然后再到气体放电保护器。

电压分布原则适用于不同的电源保护级别。通过1类和2类保护器之间以及2类和3类保护器之间的电缆后,UW下降。此外在某些适用于电源的保护器概念中,不考虑电缆长短也可进行保护级别的配合。

要点:

UG = 气体放电保护器的响应电压
UD = 抑制二极管的钳位电压
UW = 通过退耦电阻的差模电压

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