你的位置:首頁 > 電路保護(hù) > 正文

為何混合型交流浪涌保護(hù)器是浪涌保護(hù)首選?

發(fā)布時(shí)間:2024-12-16 來源:DigiKey得捷 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】現(xiàn)在的電子設(shè)備無處不在且發(fā)展迅速,其越來越敏感的電路在很大程度上依賴前端保護(hù),因?yàn)樗鼈円尤腚娏A(chǔ)設(shè)施,而這些基礎(chǔ)設(shè)施可能有或者沒有最新的電壓浪涌和瞬態(tài)保護(hù)功能。這些瞬態(tài)事件可能是由雷擊、開關(guān)動(dòng)作或類似的電壓浪涌事件造成的結(jié)果,會(huì)導(dǎo)致過電壓和過電流事件,進(jìn)而損壞敏感電子設(shè)備或者降低其性能。


本文簡(jiǎn)要討論 GDT 和 MOV 浪涌保護(hù)器的工作原理,然后以 Bourns 的實(shí)際 IsoMOV 混合保護(hù)器為例考察其特點(diǎn)。文章最后說明如何通過實(shí)施 IsoMOV 技術(shù)來滿足 IEC/UL62368-1 標(biāo)準(zhǔn)。


現(xiàn)在的電子設(shè)備無處不在且發(fā)展迅速,其越來越敏感的電路在很大程度上依賴前端保護(hù),因?yàn)樗鼈円尤腚娏A(chǔ)設(shè)施,而這些基礎(chǔ)設(shè)施可能有或者沒有最新的電壓浪涌和瞬態(tài)保護(hù)功能。這些瞬態(tài)事件可能是由雷擊、開關(guān)動(dòng)作或類似的電壓浪涌事件造成的結(jié)果,會(huì)導(dǎo)致過電壓和過電流事件,進(jìn)而損壞敏感電子設(shè)備或者降低其性能。


諸如氣體放電管 (GDT) 和金屬氧化物壓敏電阻 (MOV) 等現(xiàn)有的低成本浪涌保護(hù)技術(shù)能夠轉(zhuǎn)移或抑制浪涌能量,以阻止浪涌能量到達(dá)被保護(hù)設(shè)備。這兩種技術(shù)各有優(yōu)勢(shì),但它們?cè)谑澳芴幚淼乃矐B(tài)數(shù)量都是有限制的。另外,GDT 可能不會(huì)完全切斷電流,而 MOV 在經(jīng)過若干次瞬態(tài)事件激活后,可能會(huì)因熱擊穿而失效。


為了保持 GDT 和 MOV 的優(yōu)點(diǎn)并減少其性能上的不足,已經(jīng)出現(xiàn)了集成混合技術(shù)組件的單器件,且在給定的浪涌保護(hù)水平下,器件的物理尺寸相對(duì)較小。雖然集成組件的互補(bǔ)性提高了兩者的性能,延長(zhǎng)了運(yùn)行壽命,但要做到高效率,還需要認(rèn)真匹配 GDT 和 MOV 元件。經(jīng)過正確實(shí)施,這些 IsoMOV? 混合浪涌保護(hù)器特別有助于確保符合 IEC/UL62368-1 標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)是關(guān)于信息技術(shù)和音頻/視頻設(shè)備危險(xiǎn)方面的標(biāo)準(zhǔn)。


SPD的工作原理


浪涌保護(hù)組件有兩種工作方式,一種是用作開關(guān),將浪涌轉(zhuǎn)移到地面(有時(shí)稱為“撬棍”),另一種是通過吸收和耗散瞬時(shí)能量,將最大電壓箝制在較低的水平,從而限制浪涌電壓。


例如,GDT 就是一種撬棍式抑制器。這種抑制器由位于氬氣等非反應(yīng)性氣體中的火花間隙組成,并橫跨電源線接線。如果電壓水平低于GDT 的擊穿電壓,該抑制器基本上處于高阻抗“關(guān)斷”狀態(tài)。如果一個(gè)瞬態(tài)使電壓水平升高并超過 GDT 的擊穿電壓,GDT 就會(huì)進(jìn)入導(dǎo)通或“接通”狀態(tài)(圖 1)。


為何混合型交流浪涌保護(hù)器是浪涌保護(hù)首選?


由于 GDT 橫跨電源輸入,所以基本上使電源形成了短路。這將觸發(fā)熔斷器、斷路器或其他串行保護(hù)裝置,從而保護(hù) GDT 下游的電路。請(qǐng)注意,在關(guān)斷狀態(tài)下電壓高,電流小。在導(dǎo)通狀態(tài)下則正好相反,且除了狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間外功率耗散極小。重置 GDT 狀態(tài)需要將輸入電壓降低到擊穿電壓以下。在電源線輸入電壓沒有下降到足夠低的情況下,GDT 可能不會(huì)復(fù)位,并繼續(xù)傳導(dǎo)“跟隨”電流,使其保持導(dǎo)通狀態(tài)。GDT 保持導(dǎo)通的可能性是這種浪涌保護(hù)技術(shù)的一個(gè)重大限制。

MOV 是一種鉗位裝置。與 GDT 一樣,該器件橫跨電源線布置。正常情況下,MOV 處于高阻抗?fàn)顟B(tài),只吸收很小的泄漏電流(圖 2)。


為何混合型交流浪涌保護(hù)器是浪涌保護(hù)首選?


發(fā)生電壓浪涌時(shí),MOV 的阻抗下降,吸收更多的電流,從而耗散功率;這會(huì)降低并限制瞬態(tài)電壓。瞬態(tài)結(jié)束時(shí),MOV的阻抗增加并恢復(fù)到正常狀態(tài)。MOV 的額定值是基于其能夠耐受此類瞬態(tài)事件的數(shù)量。經(jīng)過一些瞬態(tài)事件后,MOV 的漏電流可能會(huì)增加。這將增加器件的耗散功率,導(dǎo)致發(fā)熱。發(fā)熱會(huì)增大漏電流,并可能使 MOV 進(jìn)入熱擊穿狀態(tài),從而造成災(zāi)難性器件故障。


這兩種浪涌保護(hù)技術(shù)本身都不是很理想。然而,如果將 GDT 和 MOV 與電源線串聯(lián),它們之間的特性互補(bǔ)就會(huì)變得很明顯。在正常工作狀態(tài)下,GDT 斷開,MOV 中無漏電流。在電壓瞬態(tài)期間,GDT 觸發(fā),從而將 MOV 接入電路。然后 MOV 鉗制瞬態(tài)浪涌電壓。瞬態(tài)結(jié)束后,MOV 斷開,減少流經(jīng) GDT 的電流,也使得 GDT 關(guān)斷。


對(duì)于 GDT 和 MOV 的串聯(lián),需要仔細(xì)匹配其特性,以便能夠精確地相互補(bǔ)充。分立實(shí)施方式從設(shè)計(jì)到制造、測(cè)試和包裝都會(huì)受到各種因素的影響,使得設(shè)計(jì)者很難找到良好的匹配方案。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn),Bourns 的 IsoMOV 混合保護(hù)器將一組精心匹配的 MOV 和一個(gè) GDT 元件整合到單一封裝中,該封裝比單組件體積要小得多(圖 3)。



為何混合型交流浪涌保護(hù)器是浪涌保護(hù)首選?




圖 4 中的 IsoMOV 混合保護(hù)器的合成瞬態(tài)電壓響應(yīng)顯示 了這兩個(gè)元件是如何共同發(fā)揮作用的。




為何混合型交流浪涌保護(hù)器是浪涌保護(hù)首選?




IsoMOV 混合保護(hù)器的兩個(gè)元件都采用了能夠獨(dú)立承受最大連續(xù)工作電壓 (MCOV) 的設(shè)計(jì)。如前所述,當(dāng)沒有瞬態(tài)發(fā)生時(shí),GDT 會(huì)阻斷 MOV 的漏電流。即使經(jīng)過多次瞬態(tài)事件,GDT 也能切斷正在上升的 MOV 漏電流。MOV 可以防止瞬態(tài)浪涌的后續(xù)電流,從而保護(hù) GDT。與單個(gè) MOV 相比,IsoMOV器件的幾何形狀可增加單位面積的浪涌容量。
在設(shè)計(jì)工程師看來,IsoMOV 器件以小型集成封裝提供了更強(qiáng)的保護(hù),這種封裝將元器件數(shù)量和電路板空間都降到最小。例如,ISOM3-175-B-L2 是一款 IsoMOV 混合保護(hù)器,其 MCOV 為 175 VRMS,能夠處理至少 15 個(gè) 3 kA 額定浪涌,且最大鉗位電壓為 470 V(圖 5)。該器件直徑為 13.2 mm,厚6.1 mm。直徑隨最大電流能力而變化,厚度隨 MCOV 的增大而增大。




為何混合型交流浪涌保護(hù)器是浪涌保護(hù)首選?




Bourns IsoMOV 系列具有 3 kA、5 kA 和 8 kA 三種不同的額定電流,額定 MCOV 的范圍為 175 - 555 VRMS。中等器件包括 ISOM5-300-B-L2,這是一款 300 VRMS、5 kA 器件,其直徑 17 mm,厚 7.1 mm。在大電流端是 ISOM8-555-B-L2,這是一款 8 kA 器件,具有 555 VRMS MCOV。該器件的直徑 23 mm,厚 9.4 mm。所有這些器件的工作溫度為 -40℃ 至 +125℃。

與單獨(dú)使用 MOV 和 GDT 相比,Bourns的 IsoMOV 混合保護(hù)器以更小的空間達(dá)到了這些最先進(jìn)的浪涌等級(jí)。該保護(hù)器具有超低漏電流,而且串聯(lián) GDT 延長(zhǎng)了 MOV 的使用壽命。此外,所有 IsoMOV SPD 都被列為 UL1449 第 4 類部件,使其更容易被設(shè)計(jì)為浪涌保護(hù)器。

實(shí)施符合 IEC/UL62368-1 標(biāo)準(zhǔn)的保護(hù)

IsoMOV 組件非常有助于實(shí)施符合 IEC/UL62368-1 標(biāo)準(zhǔn)的解決方案。新型 IEC/UL 62368-1 音頻/視頻和信息通信技術(shù)設(shè)備的安全標(biāo)準(zhǔn)基于危險(xiǎn)安全工程 (HBSE) 原則,用于設(shè)備用戶的人身安全和實(shí)施安全措施。該標(biāo)準(zhǔn)確定了潛在的危險(xiǎn)能量源以及在正常運(yùn)行和故障條件下,能量可以傳遞給用戶的過程。

圖 6 中推薦的電源輸入保護(hù)設(shè)計(jì)包括從線路到中性點(diǎn)、線路到保護(hù)地以及中性點(diǎn)到保護(hù)地的保護(hù)器件。




為何混合型交流浪涌保護(hù)器是浪涌保護(hù)首選?




使與 MOV 串聯(lián)的 GDT 或者IsoMOV 位于線路與地之間或中性點(diǎn)與地之間,是為了防止單獨(dú)使用 MOV 時(shí)可能發(fā)生的觸電。如果沒有連接保護(hù)地,僅 MOV 的漏電流就可能高到足以在用戶觸碰到隔離接地路徑時(shí)造成傷害。將 GDT 串聯(lián)可以消除這種漏電流。

與 MOV 和含有 MOV 的器件有關(guān)的危險(xiǎn)包括由于漏電流過大造成的電擊以及火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。由于其故障模式,MOV 被視為潛在起火源 (PIS),要求設(shè)計(jì)包括減少起火可能性并阻止任何火災(zāi)蔓延的步驟。

浪涌保護(hù)器有助于提高產(chǎn)品可靠性,且必須符合標(biāo)準(zhǔn)要求的具體測(cè)試。例如,MOV 的 MCOV 必須至少是設(shè)備電壓范圍上限的 1.25 倍。對(duì)于電源輸入范圍為交流 85 V 至 250 V 的設(shè)備,該設(shè)備的線路保護(hù) MOV 的最小 MCOV 應(yīng)為 313 V。對(duì)于含有橫跨線路的 MOV 的線路保護(hù)電路,應(yīng)能承受基于兩倍標(biāo)稱額定值的線路電壓的測(cè)試。輸入電流通過電阻器依次限制為 0.125 A、0.25 A、0.5 A、1 A 和 2 A。鑒于 MOV 是潛在火源,測(cè)試一直持續(xù)到 MOV 失效為止。對(duì)于 MCOV 大于 2 倍最大額定線路電壓的 MOV,不需要進(jìn)行這種測(cè)試,因?yàn)樵谶@些條件下 MOV 發(fā)生故障的可能性非常小。

結(jié)語

IsoMOV 混合保護(hù)器為電子系統(tǒng)提供了更優(yōu)秀、更緊湊的保護(hù)器件,因?yàn)樵诨A(chǔ)設(shè)施老化或保護(hù)不力以及用戶保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)不斷變化的情況下,電子系統(tǒng)正在加速進(jìn)步、縮小和激增。除了卓越的性能和節(jié)省空間外,這些保護(hù)器還具有擴(kuò)展溫度范圍、低泄漏和高能量處理能力。雖然這類器件對(duì)暴露于高浪涌的工業(yè)應(yīng)用特別有用,但它們也能很容易地在音頻/視頻、信息通信技術(shù)設(shè)備中實(shí)施,以滿足基于危險(xiǎn)安全工程 (HBSE) 的 IEC/UL62368-1 標(biāo)準(zhǔn)。


作者:Art Pini,來源:DigiKey得捷

 

免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題,請(qǐng)聯(lián)系小編進(jìn)行處理。


我愛方案網(wǎng)


推薦閱讀:

全局快門圖像傳感器選型指南:關(guān)鍵要點(diǎn)解析

協(xié)同創(chuàng)新,助汽車行業(yè)邁向電氣化、自動(dòng)化和互聯(lián)化的未來

對(duì)比雙電源分立式和集成式儀表放大器

芝識(shí)課堂【CMOS邏輯IC的使用注意事項(xiàng)】—深入電子設(shè)計(jì),需要這份指南(一)

無輔助繞組 GaN 反激式轉(zhuǎn)換器如何解決交流/直流適配器設(shè)計(jì)難題


特別推薦
技術(shù)文章更多>>
技術(shù)白皮書下載更多>>
熱門搜索
?

關(guān)閉

?

關(guān)閉