精耕电源系统保护 TE专家分享电源设计经典案例

　　在电源设计过程中，工程师们会遇到一系列令人头疼的问题。如：雷暴天气，使不少电子设备受损，经历了雷暴损害电子设备之害，很多人为防雷防浪涌保护方案发愁；电源系统过电压保护已成为热门话题。工程师应该如何有效进行电源系统的过电压保护？为使LED照明灯具更长的使用寿命，TE是如何考量在消除因电气环境促使的现场故障中考虑瞬态电压保护？新能源汽车作为将来一大趋势，电源管理也显得非常重要，电动车系统电源电路保护该注意些什么？

　　作为工程师，我们该从哪些方面来解决以上问题呢？TE电路保护部戴泰初先生为我们全面解读防雷防浪涌方案、电源系统的过电压保护策略、瞬态电压保护延长LED照明灯寿命、电动车系统电源电路保护方案等。

　　TE在安防电子的防雷策略及案例

　　电子系统设备经常会受到外界瞬时过电压干扰，这会影响用户设备稳定运行，严重时甚至会造成设备损坏。雷击就是一种很常见的过电压现象，全球每天大约有8百万次雷击发生。

　　雷暴天气，使不少电子设备受损，经历了雷暴损害电子设备之害，很多人为防雷防浪涌保护方案发愁。最常见的电子设备危害不是由于直接雷击引起的，而是由于雷击发生时在电源中感应的电流浪涌引起的，所以我们这里讨论的雷击主要指的是间接感应雷。

　　由于安防设备通常是安装在室外露天环境中，它会极易受到雷击，会严重危害安防系统的安全工作，所以安防系统一定需要一个完善的防雷防浪涌方案。

　　在安防设备上的RS-485、Ethernet、POE等端口，TE公司都有一系列完善的雷击保护方案。RJ45/POE端口广泛用于安防，视频监控以及智能电网等工业系统，用以实现系统内的数据，视频传输，流量控制，以及通过总线供电的实现。由于安防以太网工作环境的严苛，对于RJ45/POE端口的电磁兼容的雷击浪涌防护必不可少，通常接触到的客户对于交换机的以太网端口的雷击电流防护高达4KV甚至更高的6KV 10/700us 浪涌电流保护能力。基于如此高的端口浪涌防护需求，TE基于1000M RJ45/POE端口的典型解决方案如图1所示，该方案可以实现高达6KV的10/700us浪涌防护能力。

　　图1 TE关于RJ45/POE端口的解决方案

　　此外，RS-485总线标准是安防系统设备上应用最为广泛的物理层协议之一。RS-485的主要特点：支持远距离传输，长达4000英尺；双向信号差分传输，提高信号的噪音抑制能力，并且允许一条总线上可以挂接多个发射器和接收器，信号传输为宽范围电平-7V~+12V。基于RS-485电性能参数，其典型高浪涌防护等级的解决方案为两极防护，其中第一级可采用TE电路保护部门的GTCS25-900M-R05用于旁路大部分的雷击电流，中间采用TRF250-120起到第一级和第二级保护的耦合器件；而第二级保护则可以采用钳位电压更为精确的TVS或crowbar模式的thyristor，将浪涌电压残压降至最低范围。图2为TE应用于RS-485端口的典型应用解决方案。

　　图2 TE关于RS-485端口的解决方案

　　工程师该如何进行电源系统的过电压保护？

　　在过压保护方面，TE电子提供GDT气体放电管以及综合保护元件2Pro和Polyzen产品，以及多级浪涌保护方案中用于耦合器件的PPTC。下面以TE公司的PolyZen和气体放电管为例来说明TE在电源系统的过电压保护方案。

　　PolyZen器件是一个聚合物增强型、精密的齐纳二极管微组件。它包含了一个耦合至一个PPTC"热敏开关"的低电阻、精密的齐纳二极管，齐纳二极管能够和内部的PPTC过流保护元件起协同保护作用。PolyZen器件所具有的优点：首先，由于齐纳二级管的存在，它能够快速地帮助庇护下行电子元件不受瞬态过电压的影响；其次，它通过PPTC动作切断阻止过电压和反向偏压源对自身和电路的破坏。由于PPTC动作切断的延迟性，使得PolyZen具有延时断电保护功能，这可以防止由于电压或电流毛刺尖峰等因素造成系统瞬态失电；另外，PPTC动作的模拟性决定PolyZen切断电源瞬间的电流变化较为平缓，可以最大限度的减少由于电流剧烈变化造成的上行感应尖峰电压；同时新型PolyZen器件具有单一的元件布局和最小的元件尺寸，也有助于帮助在手机对尺寸要求非常高的场合也能使用。PolyZen器件除了具有瞬态过电压的保护性能之外，它还具有长时间过电压的保护性能，过流保护性能，反向保护性能等。

TE公司的GDT气体放电管可以并联在电源线，电信线，信号线以及数据传输线等敏感设备的前端，以保护它们免受闪电和开关操作引起的瞬间浪涌电压的破坏。正常情况下，气体放电管并不会影响信号的正常工作，在过压情况下，GDT可以切换到低阻状态，使得浪涌能量被旁路到气体放