關(guān)于過電壓抑制

瞬變威脅—什么是瞬變?

電壓瞬變的定義是電能的短時(shí)激增，它們是先前存儲(chǔ)的電能或者通過其他方式(比如大電感負(fù)載或雷電)引入的電能的突然釋放的結(jié)果。在電氣或電子電路中，這種能量可以通過控制開關(guān)動(dòng)作，或通過隨機(jī)誘導(dǎo)來從外源的電路中以一種可預(yù)測(cè)的方式得到釋放。

重復(fù)性瞬變常常歸因于電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)或者反應(yīng)性電路原件的切換。而另一方面，隨機(jī)瞬變通常是由閃電和靜電放電(ESD)引起的。閃電和ESD的發(fā)生一般是不可預(yù)知的，并可能需要對(duì)精細(xì)監(jiān)測(cè)進(jìn)行精確的測(cè)算，特別是當(dāng)瞬變?cè)陔娐钒鍖用嫔险T發(fā)的情況下。許多電子標(biāo)準(zhǔn)工作組使用公認(rèn)的檢測(cè)或測(cè)試方法已經(jīng)對(duì)瞬變電壓進(jìn)行了分析。幾種瞬變的關(guān)鍵特性如下表所示：

表1：瞬變來源舉例以及強(qiáng)度。

瞬變電壓尖峰的特性

瞬變電壓尖峰通常呈現(xiàn)出一個(gè)“雙指數(shù)”波動(dòng)。對(duì)于閃電和ESD這兩種瞬變?cè)?，這種波動(dòng)如下圖所示。

圖1：閃電瞬變波形。

圖2：ESD測(cè)試波形。

雷擊的指數(shù)上升時(shí)間范圍在1.2μsec到10_sec之間(基本上是10%到90%)，持續(xù)時(shí)間在50_sec到1000_sec之間(峰值的50%)。另一方面，ESD是一種持續(xù)時(shí)間更短的事件。上升時(shí)間少于1.0ns也是典型特點(diǎn)。整個(gè)持續(xù)時(shí)間大約為100ns。

為什么瞬變愈發(fā)令人擔(dān)憂?

元件小型化導(dǎo)致對(duì)電應(yīng)力的敏感性增加。例如，微處理器具有無法應(yīng)對(duì)ESD引起的高電流的結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電路徑。此類元件在非常低的電壓環(huán)境下工作，因此電壓干擾必須加以控制，以防止設(shè)備中斷以及潛在的或?yàn)?zāi)難性故障。

如今，敏感的微處理器在范圍廣泛的器件中得到普遍應(yīng)用。從家用電器，如洗碗機(jī)，到工業(yè)控制，甚至玩具中都會(huì)使用微處理器來提高功能性和效率。

現(xiàn)在大多數(shù)車輛也會(huì)采用多個(gè)電子系統(tǒng)來控制發(fā)動(dòng)機(jī)、車內(nèi)溫度、剎車，或者在某些情況下，控制轉(zhuǎn)向、牽引系統(tǒng)和安全系統(tǒng)。

許多電器和汽車內(nèi)的子組件或支持組件(如電動(dòng)馬達(dá)或附件)都會(huì)將整個(gè)系統(tǒng)暴露在瞬變威脅之下。

精心的電路設(shè)計(jì)不僅要考慮環(huán)境場(chǎng)景，還要計(jì)入這些相關(guān)組件的潛在影響。表2列出了各種組件技術(shù)的易損性。

表2：器件易損性的范圍。

瞬變電壓情境

靜電放電(ESD)

靜電放電的特點(diǎn)是非?？焖俚纳仙龝r(shí)間、非常高的峰值電壓和電流。這種能量是物體之間正負(fù)電荷不平衡的結(jié)果。

日?；顒?dòng)所產(chǎn)生的靜電放電會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體技術(shù)的易損性閾值。以下是幾個(gè)例子：

● 走過地毯：

35kV @ RH = 20%; 1.5kV @ RH = 65%

● 走過塑料地面：

12kV @ RH = 20%; 250V @ RH = 65%

● 工人在工作臺(tái)上工作：

6kV @ RH = 20%; 100V @ RH = 65%

● 乙烯信封：

7kV @ RH = 20%; 600V @ RH = 65%

● 從辦公桌上拿起塑料袋：

20kV @ RH = 20%; 1.2kV @ RH = 65%[!--empirenews.page--]

閃電感應(yīng)瞬變

一次直接的雷擊顯然是毀滅性的，然而由閃電引起的瞬變并不是直接雷擊的結(jié)果。

當(dāng)雷擊發(fā)生時(shí)，雷擊事件可產(chǎn)生能在附近電纜上引起大幅度瞬變的磁場(chǎng)。云到云的雷擊不僅會(huì)影響到架空電纜，還能影響到埋地電纜。一個(gè)即使是1英里外(1.6公里)的雷擊也會(huì)在電纜上產(chǎn)生70伏的電壓。在云對(duì)地的雷擊中(如下圖所示)，所產(chǎn)生的瞬變影響更大。此圖顯示了感應(yīng)雷電干擾的典型電流波形。

電感負(fù)載切換

電感負(fù)載的切換產(chǎn)生高能量瞬變，會(huì)隨不斷增加的重負(fù)載大幅增加。當(dāng)電感負(fù)載被切斷時(shí)，崩潰的磁場(chǎng)被轉(zhuǎn)換成呈現(xiàn)為一個(gè)雙指數(shù)瞬變的電能。取決于不同的來源，這些瞬變的強(qiáng)度可高達(dá)數(shù)百伏和數(shù)百安，持續(xù)時(shí)間達(dá)400毫秒。典型的感應(yīng)瞬變來源包括：

● 發(fā)電機(jī)

● 繼電器

● 馬達(dá)

● 變壓器

這些實(shí)例是電氣和電子系統(tǒng)中所常見的。由于負(fù)載的大小因應(yīng)用而各有不同，波形、持續(xù)時(shí)間、峰值電流和峰值電壓都是存在于真實(shí)世界的瞬變中的變量。一旦可以對(duì)這些變量進(jìn)行估計(jì)，就可以選擇一種合適的抑制器技術(shù)。

下圖顯示了因汽車充電系統(tǒng)的交流發(fā)電機(jī)內(nèi)的存儲(chǔ)電流而產(chǎn)生的一次瞬變。

汽車中其他直流電動(dòng)機(jī)也會(huì)導(dǎo)致類似的瞬變。例如，直流電動(dòng)機(jī)電力設(shè)施，如電動(dòng)鎖、電動(dòng)座椅和電動(dòng)車窗。這些直流電動(dòng)機(jī)的不同應(yīng)用會(huì)對(duì)敏感的電子元件產(chǎn)生與外部環(huán)境中所產(chǎn)生的瞬變一樣有害的瞬變。

TVS(瞬態(tài)抑制二極管)產(chǎn)品選型指南

TVS二極管(瞬態(tài)抑制二極管)被用于保護(hù)半導(dǎo)體元件免受高電壓瞬變損害。它們的pn節(jié)具有比普通二極管的pn節(jié)更大的橫截面積，使得它們能夠?qū)⒋箅娏鹘拥囟辉馐軗p壞。Littelfuse供應(yīng)峰值額定功率在200W到30kW范圍、反向斷態(tài)電壓在5V到512V范圍的TVS二極管(瞬態(tài)抑制二極管)產(chǎn)品。