协同电路保护方案使通信设备免受损害

3 金属氧化物可变电阻

金属氧化物可变电阻（MOV）是一种陶瓷元件，其应用越来越广泛。它是由氧化锌微粒组成的多晶半导体过电压抑制器件，典型应用产品是氧化锌压敏电阻。利用其良好的伏安特性可以将冲击电压限制在一定范围内。其主要技术参数有通电流能力、冲击击穿电压和残电压。

金属氧化物可变电阻能承受较大的电流冲击，具有较快的响应速度，可达到毫微秒级，价格较便宜。金属氧化物可变电阻的不足之处在于它的体积和电容值较大，存在一定的漏电流，如果质量不好，漏电流将逐渐增大甚至损坏；同时金属氧化物可变电阻的残电压较高，钳位效果较差。冲击电流越大，钳位电压就越高，反复冲击耐受能力差，它多次受冲击后工作特性变坏，会影响到其使用效果和工作寿命。

4 气体放电管

气体放电管（GDT）是把一对放电间隙封装在充以放电介质（如惰性气体）的玻璃或陶瓷中的器件。常用气体放电管的冲击击穿电压在一百多伏到几千伏，一旦冲击过电压达到冲击击穿电压时，气体放电管内的气体电离，其由原来的开路状态变为近似短路状态。

由于气体放电管可以容纳较高的脉冲电流、电容较低，但脉冲电压击穿滞后较多，一般用气体放电管作为第一级保护元件，常用的气体放电管的外形如图2所示。



图2常用气体放电管的外形图

5 正温度系数（PTC）电阻器

实用中，正温度系数（PTC）电阻器可用于过电流/过温度保护的应用场合，是一种限电流固态元件。PTC电阻器在正常温度下呈现欧姆特性，当超过一个特定温度以后，电阻值急剧上升104～106倍。当故障排除之后，PTC电阻器能自动恢复到低电阻状态，重新接通电路，因此使用中不需要维护。使用中，PTC元件和被保护电路串联连接，当电路中的电流迅速增加时，PTC的电阻迅速增加，从而限制电路过电流，实现对被保护对象的保护，这一过程被称之为PTC的“动作”。

PTC按材料构成又可以分为PPTC和CPTC两大类，PPTC为聚合物正温度系数电阻器，CPTC为陶瓷正温度系数电阻器。PPTC器件是一种较新的技术，它克服了陶瓷器件的缺点，具有体积小、电容小、动作快的特点。

PolySwitch（PSW）保护元件（PPTC）是由聚合物原料掺合导电颗粒制成的，如图3所示。在正常温度下，原材料结晶状结构将导体颗粒紧密束缚在一起，形成多个低电阻通路。当大电流通过或周围环境温度升高导致PPTC元件的温度高于动作温度时，聚合物中的晶体融化而变成无规律排列，体积微膨胀、低电阻通路断开，导致电阻迅速增加。



图3PolySwitch（PSW）聚合物PTC的结构图

PolySwitch的工作原理如图4所示。图4中的点1温度较低，产生的热和散发的热达到平衡。但是，当电路中流过较大的电流或产生过多的热时，使PolySwitch元件的温度升高，不过，若电流或环境温度增加不显著，PolySwitch元件产生的热可以散发到外部环境中，从而在点2达到平衡。当电流或环境温度再增加时，PolySwitch元件的温度会再达到一个更高的温度，如图3中的点3，此时如果电流或环境温度再进一步增加，PolySwitch元件产生的热量大于散发出去的热量，使得其温度迅速增高。在这个阶段，很小的温度变化就会产生很大的阻值变化，这一现象可从图3中的点3到点4之间的变化看出。这时PolySwitch元件处于保护动作状态，其阻值升高限制了通过电路中的电流，从而实现过电流保护功能。当温度回降到正常温度时，PolySwitch元件又回到低电阻状态。



图4PPTC的温度与阻值变化曲线

图5表示PPTC元件过电流/过温度后，当过电流/过温度故障消除后，PPTC元件阻值的恢复曲线。可见即使若干小时后，PPTC元件的阻值仍然大于初始阻值，电阻的减降将需持续一段较长的时间，最终电阻才会接近初始电阻，这个时间可能是几天、几个月或更久。但是，在实际应用中，要使PPTC元件的阻值恢复到初始值是不现实的。所以在选用PPTC元件时，在决定PPTC的保持电流时就应考虑PPTC元件动作后并恢复1小时后的初始电阻RImax这个参数。



图5PPTC的阻值恢复曲线

6过电流/过电压综合保护模组

在以往，单个元件一直是电路保护中的主角，但是随着电子产品技术和需求的发展，融合两种或更多技术、材料的综合保护器件或模组将会越来越多。

PolyZen产品是PPTC和半导体材料融合的一个成功案例。PolyZen微型集成模块元件内置了一个稳压齐纳二极管和一个非线性PPTC电阻层，为采用圆桶形插口作为直流电源输入的便携设备提供过电流/过电压综合保护，避免由于感应电压尖峰、电压瞬变、不正确电源和极性接反所导致的损坏现象。美国泰科电子公司瑞侃电路保护产品部的PolyZen微型集成保护模块可用于硬盘驱动器、便携电子设备、计算机和汽车电子等应用场合。它具有耐受能量大、电压钳位稳定度高的特点，可用于不正确的电源电压、电压的瞬态过高和极性反转保护的应用场合；同时具有过热、过流保护功能。

与PolyZen类似，融合PPTC和MOV(金属氧化物压敏电阻)器件的2Pro单片过电压/过电流保护器，具有体积小、电力线搭碰/感应测试后自动恢复和有助于防护电路过电压的优点。可用于VoIP网关、无线电话、传真机、机顶盒、低成本电信系统和客户端设备的过电压/过电流保护应用场合。