使电子电路免受损害的协同电路保护方案(一)

1前言

用于电路的元器件在它们的额定电压和额定电流范围内都应正常工作。但是，在工作过程中如果这些元器件超过他们的额定值范围，就有可能造成永久性的损坏，致使电路不能正常工作。利用聚合物正温度系数保护元件（PPTC）可以实现电路中过电流异常工作状态的保护，使用时将PPTC保护元件和被保护电路或被保护器件串联使用，一旦被保护电路或被保护器件出现过电流异常工作状态，PPTC保护器件立刻由低电阻状态变为高电阻状态，限制通过被保护电路或被保护器件的电流，从而实现对被保护电路或被保护器件的保护。

在电子电路的正常使用过程中交流电网上会出现浪涌电压、振铃电压、火花放电等瞬态干扰信号，瞬态干扰的特点是作用时间极短，但电压幅度高、瞬态能量大。瞬态干扰（瞬间干扰）会造成电子电路系统电源电压的波动，当瞬态电压叠加在控制系统的输入电压上，使输入电子电路系统的电压超过系统内部器件的极限电压时，便会损坏电子电路系统内部的设备，因此必须采用抑制措施。

同样，针对被保护电路或被保护器件正常工作时出现的过电压浪涌异常工作状态，可以利用固态晶闸管过电压保护器件来实现对被保护电路或被保护器件的过电压浪涌保护。具体使用时可以将过电压浪涌保护器件与被保护电路或被保护器件并联连接，一旦被保护电路或被保护器件出现过电压浪涌异常工作状态，过电压浪涌保护器件立即由高电阻状态变为低电阻状态，从而实现对被保护电路或被保护器件的保护。

2电子电路常用保护器件与工作特性

实用中，电子电路中出现的异常工作状态主要有过电流和过电压两种，如处理不当会造成电子电路不正常工作，严重时会致使电子电路严重损坏，甚至造成有关的生命和财产损失。

能实现过电压保护控制功能的器件有TVS二极管（瞬态电压抑制二极管）、金属氧化物可变电阻（MOV）和气体放电管（GDT）、2Pro、PolyZen、PolySwitch、SiBar等器件。

在电子电路中出现过电压浪涌异常工作状态的主要原因有雷电、来自交流供电回路的过电压、浪涌电压和地电位漂移等。由于雷电而引起的浪涌过电压可以直接通过电子电路而致使电信通信电路的电位迅速上升，影响电子电路的正常工作，甚至损坏电子电路。类似由于雷电而引起的浪涌过电压，由电子电路的交流供电线路也可以引起过电压异常工作状态，而致使电子电路和其中的有关元器件的地电位变化，所以在电子电路中添加有关过电压保护显得非常重要。

过电流保护元件通常有低阻抗特性，当电流达到它的过电流保护阈值以上时，转换到高阻抗。相反，过电压保护元件通常有高阻抗特性，当电压达到它的过电压保护阈值以上时，转换到低阻抗。常用的保护元器件有TVS〔瞬态电压抑制器（TransientVoltageSuppressor）〕、MOV（金属氧化物可变电阻）、SiBar（半导体晶闸管浪涌保护器件）、PPTC（聚合物正温度系数）、CPTC（陶瓷正温度系数）、GDT（气体放电管）等，他们的共同特点是可重置元器件，而非像保险丝为一次性非重置器件。非重置元件包括一次性的保险丝。

可重置与非重置的问题存在于过电流保护方面。可重置过电流保护器件包括聚合物PTC和陶瓷PTC。“PTC”一词指的是含正温度系数电阻的器件。在过电流状态下，PTC器件受热并发生相变，使其电阻增大了几个数量级。这极大地减小了电路中流过的电流，从而对电流敏感的被保护下游电路和元器件起到保护作用。

可重置过电流保护元件的优势很明显，一旦过电流故障消失，保护器件冷却后会返回到低电阻状态。同样，对可重置过电压保护元件而言，一旦过电压故障消失，保护器件会自动返回到高电阻状态。无需用户去干预，也无需技术人员的帮助。非重置器件必须由技术人员或其他合格的人员进行手工重置，这样当设备位于远端站时，就会产生不必要的保用成本或高额运营费用。使过电流/过电压的保护更为方便和可靠。

下面对它们的工作原理与典型应用加以介绍和分析。

2.1瞬态电压抑制二极管（TVS）的工作原理与典型应用

瞬态电压抑制二极管（TVS）是瞬态电压抑制器（TransientVoltageSuppressor）的简称，TVS的电路符号与普通稳压二极管相同。它的正向特性与普通二极管相同，反向特性为典型的PN结雪崩器件。在浪涌电压的作用下，TVS两极间的电压由额定反向关断电压VFM上升到击穿电压VBR而被击穿。随着击穿电流的出现，流过TVS的电流将达到峰值脉冲电流IPP，同时在其两端的电压被箝位到预定的最大箝位电压VC以下。其后，随着脉冲电流按指数衰减，TVS两极间的电压也不断下降，最后恢复到初始状态，这就是