过压保护及瞬态电压抑制电路设计

作者周敏捷

利用电池供电的移动设备通常需要通过外置的AC适配器对系统电池进行充电。而不同供电电压的设备间往往共用着相似的电源插座和插头，这些不同电压标准的适配器往往会给用户带来潜在的错插风险，可能导致设备因过高的电压而烧毁。另一方面，来自AC适配器前端的浪涌或者电网的不稳定也有可能导致适配器的输出电压超越设备所能承受的范围。因此，在移动设备设计中就有必要加入充电端口的过压保护电路，以避免上述情况对设备后端电路的破坏。

本文介绍的过压保护电路由过压保护开关（OVP Switch）和瞬态电压抑制器(TVS)组成（如图1），可实现完善可靠的抗持续高电压和瞬间冲击电压的功能。

图1

在整个方案中，核心部分器件为过压保护开关，以美国研诺逻辑科技有限公司（AATI）的过压保护开关AAT4684为例，过压保护开关的内部主要是由控制逻辑电路和PMOS管组成，当OVP端的检测电压高于特定电压阈值之后，逻辑电路就会通过栅极关断PMOS的沟道。由于该PMOS管拥有较高的持续性耐压（28V），因此可以保护后端的元器件不会因前端电源输入异常高压而烧毁（其内部原理如图2所示）。

图2：AAT46842 内部原理图。

通过以下实验可以说明当过压保护开关的输入端出现过高电压时它对后端电路所起到的保护作用。

图3所示为测试所用电路原理图，输入端为12V平稳直流源，电源通过一段长度为1米的导线与AAT4684的输入端相连，CH1为AAT4684输入电压的测试点，CH 2为

AAT4684输出电压的测试点，CH3为其输出电流探测点。将AAT4684的OVP保护电压设为6V（即当电压超过6V后，开关管立刻关闭，以保护输出端的电路）。为体现实际应用中AC适配器的插拔情况，对系统的上电过程通过导线和电源的机械性拔插来实现。

图3：测试所用电路原理图。

由图4所示的波形中可以到，在电路上电的时刻，输入端的电压很快超过了6V并最终稳定在了12V左右，而输出端电压由于OVP开关的作用，始终维持在0V电压，即AAT4684输出端之后的电路不会因过高的输入电压而受到影响，后端电路器件在此时受到了

AAT4684的过压保护。

图4：经示波器测得的各通道的电压及电流波形。

但是在这同时却发现当电源电压插入的瞬间，AAT4684输入端的电压呈现了一个超过

20V的尖峰。如果进一步调高输入电压（如将电压调整到16V），在拔插电源时会发生OVP 开关烧坏的现象，但是电源所提供的输出电压却远小于OVP开关的最高耐压28V。如何解释此现象呢？

原因就出在从电源输出到AAT4684输入的这段导线上。任何一段有长度导线具有一定的等效电感。等效电感的存在相当于在理想导线上串联了一个分立电感器，同时由于芯片的输入端存在的输入电容，接合起来就相当于一个如图5所示的LC振荡电路；而这个电路当输入一个阶跃时在输入电容上最大可出现2倍于输入的振荡电压。

图5: 输入端输入电容与导线电感构成的LC振荡电路。

由于这些等效器件的存在，就会在系统上电的瞬间于OVP开关输入端产生一个高于电源的电压。过高的瞬间电压就类似静电放电电压，虽然总能量不大，但是如果其电压值在瞬间高过了OVP开关的最高耐压范围，就足以将OVP开关内部的MOSFET击穿，使得芯片输入端对地发生短路，失去作用。因此在考虑过压保护设计时，还应考虑对电路输入端可能出现的瞬态高压的防护。

为解决以上问题，可以在AAT4684的输入端放置TVS来实现对瞬间冲击电压冲击的防护。TVS是一种二极管形式的高效能保护器件。当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以纳秒级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的元器件免受各种浪涌脉冲损坏。由于它具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点，目前已广泛应用于各类电子设备之中。

由于OVP保护开关虽然可以持续地长时间承受耐压范围内的电压，但是却无法经受超过其耐压范围的瞬时电压冲击，而TVS结构的二级管，虽然无法承受长时间的导通电流，但是却可以在瞬时吸收很高的电压冲击，通过自身的雪崩导通来限制其两端的最高电压，对电压起到钳位的作用。因此将TVS管置于OVP开关电路之前，就可以有效地防止瞬时高压对

OVP开关的破坏，同时OVP的持续受压能力又可以保护后端电路免受前端电源持续高电压的破坏。电路逻辑结构如图6所示。

图6：耐高压电路逻辑图。

由于TVS本身就是属于ESD保护器件，可以同时提高设备在接口端的静电保护能力（通常的TVS管都可以耐受2KV以上接触式静电放电），这样的设计就可以在真正意义上实现端口的保护功能，有效地提高了器件的使用寿命和可靠性。（关于详细的TVS选用可参阅具体文献。）

另一方面，当OVP开关导通并存在一个持续较大工作电流流过时，此时如果突然关闭开关（比如启动了OCP过流保护或OTP过温保护），因导线电感中的电流不会突变，导线电感中的瞬时电流的变化会在AAT4684的输入端产生一个高于电源的电压，这就使得OVP 开关会在一个很短的时刻需要承受一个极高的电压，其原理有些类似于开关升压电路（如图7所示）。

图7：开关升压电路.

以下实验为了说明这类现象所可能产生的实际输入电压的突变，当过压保护开关有大电流流过并正常工作时将AAT4684加温使之自动进入过温保护（OTP）状态来观察此时输入端可能产生的波形变化。该实验电路依旧如前文所述的图3所示，电源以5.5V电压供电，负载电流约为1.5A。

实验时对AAT4684进行加热至芯片过热保护功能启动，内部的MOSFET立刻关断。可以看到，在大约400ns的时间里，由于流过开关管的电流被快速关断，在OVP的输入和输出端瞬间确实出现了一个超过15V以上峰峰值的冲击电压，假如电源的输入电压更高一些或者负载电流更大一些，这个冲击电压也同样会更高，虽然持续的时间极短，但是完全有可能在尖峰时刻突破OVP开关的最高耐压，从而破坏其内部的PMOS。

如果用同样的原理进一步分析OVP开关接通电源时的过程，可以发现，因OVP开关内部的控制电路在刚刚上电的瞬间需要建立状态，所以在初始的极短时间里，PMOS栅极电压没有立刻置高，因此PMOS沟道还没来得及关断（这个时间大约会持续0.1us），虽然对后端电路不会有什么影响，但是这个时间产生的导通电流在PMOS关断的时刻同样会产生类似前文所述的问题，即在OVP的输入端产生的一个时间极短的过高电压冲击可能会危及OVP开关正常工作。

图8：开关关闭时各种电压变化的测量结果。

为了避免上面所述的这两种情况带来的瞬间高压对OVP开关的冲击，在其前端放置合适的瞬态电压抑制器同样可以很好地解决该问题。由于TVS管和OVP开关具有其各自的功能特点，当电路在正常工作时，OVP开关导通，TVS处于反向截止状态，当输入电压高于OVP 保护电压又低于OVP正常耐压时，OVP就起到了对高压很好地持续阻断的作用，保护了后端器件的安全，而当电路的输入端因前文所述几种情况而导致瞬时高压冲击出现时，TVS 管的瞬间导通机制又能很好地吸收冲击电压的能量，保护了OVP开关的安全。其两者的共同作用就可以有效地实现抑制瞬态和持续高压的功能，完善地保护了整个电路系统的接口免受异常高压的破坏。

本文特别感谢美国研诺逻辑科技有限公司中国区应用工程部总监谭磊（Taylor Tan）先生及华东区应用工程部经理毛铮（Frank Mao）先生对本文的修改和指正。在文章最后部分将附上使用TVS管前后实验测得的波形，以供读者对照分析，可以进一步理解TVS加OVP 开关在电路端口保护设计中的必要性。

附录:

以下实验对AAT4684输入端使用TVS和不使用TVS管前后的波形进行比较，供读者参考。

CH1为AAT4684的输入电压，CH2为AAT4684的输出电压。

将电源电压Vin设为12V，输出电容为0.1uF，图A1为前端没有TVS管的波形，图A2为前端加了TVS管的波形（TVS导通电压为19V）

用5.5V作为电源输入，负载电流为1.5A时将OVP加热进入过温保护瞬间波形，图B1为前端没有TVS的波形，图B2为前端加了TVS时的波形（TVS导通电压为16V）

图A1: 无TVS时输入端波形

图A2: 有TVS时输入端波形。

图B1: 前端没有TVS时过温保护瞬间。

图B2: 前端加TVS时过温保护瞬间。

瞬态电压抑制二极管

瞬态电压抑制二极管Transient Voltage Suppressors（TVS） 概述 电压及电流的瞬态干扰是造成电子电路及设备损坏的主要原因，常给人们带来无法估量的损失。这些干扰通常来自于电力设备的起停操作、交流电网的不稳定、雷击干扰及静电放电等,瞬态干扰几乎无处不在、无时不有,使人感到防不胜防。幸好,一种高效能的电路保护器件TVS的出现使瞬态干扰得到了有效抑制TVS（TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR）或称瞬变电压抑制二极管是在稳压管工艺基础上发展起来的一种新产品，其电路符号和普通稳压二极管相同,外形也与普通二极管无异,当TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度（最高达1*１0-12秒）使其阻抗骤然降低，同时吸收一个大电流，将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上，从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。 TVS的特性及其参数（参数表见附表） https://www.wendangku.net/doc/3a17468551.html,S的特性 如果用图示仪观察TVS的特性，就可得到图1中左图所示的波形。如果单就这个曲线来看,TVS管和普通稳压管的击穿特性没有什么区别，为典型的PN结雪崩器件。但这条曲线只反映了TVS特性的一个部分，还必须补充右图所示的特性曲线，才能反映TVS 的全部特性。这是在双踪示波器上观察到的TVS管承受大电流冲击时的电流及电压波形。图中曲线1是TVS管中的电流波形，它表示流过TVS管的电流由1mA突然上升到峰值，然后按指数规律下降，造成这种电流冲击的原因可能是雷击、过压等。曲线2是TVS管两端电压的波形，它表示TVS中的电流突然上升时，TVS两端电压也随之上升，但最大只上升到VC值，这个值比击穿电压VBR略大，从而对后面的电路元件起到保护作用。

过电压保护电路汇总

新疆大学 课程设计报告 所属院系：科学技术学院 专业：电气工程及其自动化 课程名称：电子技术基础上 设计题目：过电压保护电路设计 班级：电气14-1 学生姓名：庞浩 学生学号：20142450007 指导老师: 常翠宁 完成日期：2016. 6. 30

1．双向二极管限幅电路

图2 经典过电压保护电路 经典过电压保护电路虽然有许多优点，但是由于Multisim 12.0中无法找到元件 MAX6495,无法进行仿真，所以不选用该方案。 3．智能家电过电压保护电路 电路原理：该装置工作原理见图，电容器C1将220V 交流市电降压限流后，由二极管1D V 、 2D V 整流，电容器2C 担任滤波，得到12V 左右的直流电压。当电网电压正常时， 稳压二极管VDW 不能被击穿导通，此时三极管VT 处于截止状态，双向可控硅VS 受到电压触发面导通，插在插座XS 中的家电通电工作。（图3） 图3 智能家电过压保护电路 如果电网电压突然升高，超过250V ，此时在RP 中点的电压就导致VDW 击穿导通，VDW 导通后，又使得三极管VT 导通，VT 导通后，其集电极—发射极的压降很小，不足以触发VS ，又导致VS 截止，因此插座XS 中的家电断电停止工作，因而起到了保护的目的。一旦电网电压下降，VT 又截止，VT 的集电极电位升高，又触发VS 导通，家电得电继续工作。 R 电阻5.1K1，RP 电位器15K 选用多圈精密电位器1，C1金属化纸介电容0.47uF 耐压≥400V1，C2电解电容100uF/25V1，1D V 、 2D V 整流二极管IN40072，VDW 稳压二极管 12V 的2CW121，VT 晶体三极管3DA87C 、3DG12等1，VS 双向可控硅6—10A 耐压≥600V1，CZ 电源插座10A 250V1 该装置的调试十分简单，当电网电压为220V 时，调整RP ，使VDW 不击穿，当电压升高至250V ，VT 饱和导通即可，调试时用一调压变压器来模拟市电的变化更方便。 优点：能够保护家用电器避免高电压的冲击带来的伤害，、 缺点：需要购买二极管，NPN 型BJT 以及双向可控硅VS ，不太经济。

用于汽车电子保护的瞬态电压抑制器(TVS)

V I S H A Y G E N E R A L S E M I C O N D U C T O R A P P L I C A T I O N N O T 瞬态电压抑制器应用笔记 用于汽车电子保护的瞬态电压抑制器(TVS ) Vishay 的二极管业务部以声誉卓著的Vishay General Semiconductor 品牌，提供领先的汽车电子瞬态电压抑制器产品。 重要的TVS 参数包括功率等级、关态电压、击穿电压和最大击穿电压等级。I) TVS 的重要参数 功率等级 TVS 的功率等级是在特定的测试或应用条件下的浪涌吸收能力。Vishay 的TVS 产品使用业内标准的10 μs/1000 μs 脉冲波形(Bellcore 1089标准)做为测试条件，如图1所示。 这个测试条件不同于TVS ESD 测试的8 μs/20 μs 脉冲波形，如图2所示。 图1. TVS 的测试波形图2. TVS ESD 的测试波形 作者： 高级应用经理 Soo Man (Sweetman) Kim,击穿电压、最大击穿电压和关态电压详见数据表，如表1所示。

Transient Voltage Suppressors (TVS) for Automotive Electronic Protection Application Note Vishay General Semiconductor P P L I C A T I O N N O T E V BR AT I T I T (V)(mA) V RM (V)I RM AT V RM (μA)V C AT I PP 10 μs/1000 μs CLAMPING V C AT I PP 8 μs/20 μs T MAX.0-4/°C )A ()V ()A ()V (.x a M .n i M i B i n U SM6T6V8A KE7KE7 6.457.1410 5.80100010.557.013.4298 5.7SM6T7V5A KK7AK77.137.8810 6.4050011.353.014.5276 6.1SM6T10A KT7AT79.5010.5 1.08.5510.014.541.018.62157.3SM6T12A KX7AX711.412.6 1.010.2 5.016.736.021.71847.8SM6T15A LG7 LG7 14.3 15.8 1.01 2.8 1.0 21.2 28.0 27.2 147 8.4表 1 – VISHAY 的SM6T 系列的电特性 （除非另外特别声明，均指在25 °C 的环境温度等级） 型号 击穿电压 器件标识码测试电流关态电压漏电流钳位电压钳位电压BR ) 击穿电压 (V 击穿电压是是器件进入雪崩击穿的电压，根据数据表中指定的电流进行测试。表1中，SM6T6V8A 在10mA 的反向电流下的击穿特性为6.8V ，容差为5%, SM6T10A 在1mA 反向电流下的击穿特性为10V 。 最大击穿电压 (V C :钳位电压) 在指定的峰值脉冲电流等级下，出现在TVS 上的钳位电压等级。TVS 的击穿电压是在非常低的电流下测得的，如1 mA 或10 mA, 与应用条件中实际的雪崩电压是不同的。因此，半导体制造商会指明在大电流条件下的典型或最大击穿电压。表1显示了在10 μs/1000 μs 和8 μs/20 μs 波形下的最大钳位电压。　 关态电压 (V WM ): 工作关态反向电压 关态电压是指TVS 未被击穿时的最大电压，是电路中不在通常条件下工作的保护器件的重要参数。 图3. 电压和电流参数 在汽车应用中，一些汽车电子产品的调节是由“阶跃保护”实现的。这种测试条件是在10分钟内，向12V 的电子设备提供24 V DC 的电压，向24V 电压的电子设备提供36 V DC 的电压，而不造成损坏或电路的故障。因此，对汽车电子产品来说，关态电压是TVS 器件的一个关键参数。

瞬态抑制二极管工作原理及选型应用

瞬态抑制二极管工作原理及选型应用 Socay （Sylvia） 1、产品简述 瞬态电压抑制器（TransientVoltageSuppressor）简称TVS管，TVS管的电气特性是由P-N结面积、掺杂浓度及晶片阻质决定的。其耐突波电流的能力与其P-N结面积成正比。TVS广泛应用于半导体及敏感器件的保护，通常用于二级电源和信号电路的保护，以及防静电等。其特点为反应速度快(为ps级)，体积小，脉冲功率较大，箝位电压低等。其10/1000μs波脉冲功率从400W～30KW，脉冲峰值电流从0.52A～544A；击穿电压有从6.8V～550V的系列值，便于各种不同电压的电路使用。 2、工作原理 器件并联于电路中，当电路正常工作时，它处于截止状态（高阻态），不影响线路正常工作，当电路出现异常过压并达到其击穿电压时，它迅速由高阻态变为低阻态，给瞬间电流提供低阻抗导通路径，同时把异常高压箝制在一个安全水平之内，从而保护被保护IC或线路；当异常过压消失，其恢复至高阻态，电路正常工作。 3、特性曲线

4、主要特性参数 ①反向断态电压(截止电压)VRWM与反向漏电流IR：反向断态电压(截止电压)VRWM 表示TVS管不导通的最高电压，在这个电压下只有很小的反向漏电流IR。 ②击穿电压VBR：TVS管通过规定的测试电流IT时的电压，这是表示TVS管导通的标志电压（P4SMA、P6SMB、1.5SMC、P4KE、P6KE、1.5KE系列型号中的数字就是击穿电压的标称值，其它系列的数字是反向断态电压值）。TVS管的击穿电压有±5%的误差范围（不带“A”的为±10%）。 ③脉冲峰值电流IPP：TVS管允许通过的10/1000μs波的最大峰值电流（8/20μs 波的峰值电流约为其5倍左右），超过这个电流值就可能造成永久性损坏。在同一个系列中，击穿电压越高的管子允许通过的峰值电流越小。 ④最大箝位电压VC：TVS管流过脉冲峰值电流IPP时两端所呈现的电压。 ⑤脉冲峰值功率Pm：脉冲峰值功率Pm是指10/1000μs波的脉冲峰值电流IPP 与最大箝位电压VC的乘积，即Pm=IPP*VC。 5、命名规则

直流电源过电压过流保护电路

直流电源过电压、欠电压及过流保护电路 该保护电路在直流电源输入电压大于30V或小于18V或负载电 流超过35A时，晶闸管都将被触发导 通，致使断路器QF跳闸。图中，YR 为断路器QF的脱扣线圈；KI为过电 流继电器。 带过流保护的电动自行车无级调速电路

图中，RC为补偿网络，以改善电动机的力矩特性。具体数值由实验决定。 电路如图16-91所示。它适用于电动自行车或电动三轮车。调节电位器RP，可改变由555 时基集成电路A组成的方波发生器的方波占空比，达到调速的目的。Rs是过电流取样电 阻，当电动机过载时，Rs上的压降增大，使三极管VTz导通，触发双向晶闸管V导通，分 流了部分负载，从而保护了功率管VTi。 过流保护用电子保险的制作电路图 本电路适用于直流供电过流保护，如各种电池供电的场合。 如果负载电流超过预设值，该电子保险将断开直流负载。重置电路时，只需把电源关掉，然后再接通。该电路有两个联接点(A、B标记)，可以连接在负载的任意一边。 负载电流流过三极管T4、电阻R10和R11。A、B端的电压与负载电流成正比，大多数的电压分配在电阻上。当电源刚刚接通时，全部电源电压加在保险上。三极管T2由R4的电流导通，其集电极的电流值由下式确定：VD4=VR7+0.6。因为D4上的电压(VD4)和R7上的电压(VR7)是恒定的，所以T2的集电极电流也是恒定。该三极管提供稳定的基极电流给T3，因而使其导通，接着又提供稳定的基极电流给T4。保险导电，负载有电流流过。当电源刚接通时，电容器C1提供一段延时，从而避免T1导电和保持T2断开。

保险上的电压(VAB)通常小于2V，具体值取决于负载电流。当负载电流增大时，该电压升高，并且在二极管D4导通时，达到分流部分T2的基极电流，T2的集电极电流因而受到限制。由此，保险上的电压进一步增大，直到大约4.5V，齐纳二极管D1击穿，使T1导通，T2便截止，这使得T3和T4也截止，此时保险上的电压增大，并且产生正反馈，使这些三极管保持截止状态。 C1的作用是给出一段短时延迟，以便保险可以控制短时过载，如象白炽灯的开关电流，或直流电机的启动电流。因此，改变C1的值可以改变延迟时间的长短。该电路的电压范围是10～36V的直流电，延迟时间大约0.1秒。对于电路中给出的元件值，负载电流限制为1A。通过改变元件值，负载电流可以达到10mA～40A。选择合适额定值的元件，电路的工作电压可以达到6～500V。通过利用一个整流电桥(如下面的电源电路)，该保险也可以用于交流电路。电容器C2提供保险端的瞬时电压保护。二极管D2避免当保险上的电压很低时，C1经过负载放电。 过压过流保护器电路图 当电源供给电压或负载吸取的电流太大时，下图电路可断开负载给出故障指示。 正常工作时，Tr1和Tr2均截止，555复位，555中的放电晶体管导通，它从Tr3基极吸取电流，使Tr3处开饱和，电源5～12V便直接送主负载。当负载吸取电流超过规定值时，Rsc上压降增加，使Tr1导通，555被触发，于是内部放电晶体管截止，跟着Tr3也截止，将电源与负载隔离，这时555处于单稳状态，单稳时间一到，只要负载过流现象不排除，555又重新触发，Tr3继续将负载隔离。

TVS瞬态电压抑制二极管(钳位二极管)原理参数

TVS瞬态电压抑制二极管（钳位二极管）原理参数 瞬态电压抑制二极管(TVS)又叫钳位二极管，是目前国际上普遍使用的一种高效能电路保护器件，它的外型与普通二极管相同，但却能吸收高达数千瓦的浪涌功率，它的主要特点是在反向应用条件下，当承受一个高能量的大脉冲时，其工作阻抗立即降至极低的导通值，从而允许大电流通过，同时把电压钳制在预定水平，其响应时间仅为10-12毫秒，因此可有效地保护电子线路中的精密元器件。 瞬态电压抑制二极管允许的正向浪涌电流在TA＝250C，T＝10ms条件下，可达50～200A。双向TVS可在正反两个方向吸收瞬时大脉冲功率，并把电压钳制到预定水平，双向TVS适用于交流电路，单向TVS一般用于直流电路。可用于防雷击、防过电压、抗干扰、吸收浪涌功率等，是一种理想的保护器件。耐受能力用瓦特(W)表示。 瞬态电压抑制二极管的主要电参数 （1）击穿电压V(BR) 器件在发生击穿的区域内，在规定的试验电流I(BR)下，测得器件两端的电压称为击穿电压，在此区域内，二极管成为低阻抗的通路。 （2）最大反向脉冲峰值电流IPP 在反向工作时，在规定的脉冲条件下，器件允许通过的最大脉冲峰值电流。IPP与最大钳位电压VC(MAX)的乘积，就是瞬态脉冲功率的最大值。 使用时应正确选取TVS，使额定瞬态脉冲功率PPR大于被保护器件或线路可能出现的最大瞬态浪涌功率。 瞬态电压抑制二极管的分类 瞬态电压抑制二极管可以按极性分为单极性和双极性两种，按用途可分为各种电路都适用的通用型器件和特殊电路适用的专用型器件。如：各种交流电压保护器、4~200mA电流环保器、数据线保护器、同轴电缆保护器、电话机保护器等。若按封装及内部结构可分为：轴向引线二极管、双列直插TVS阵列（适用多线保护）、贴片式、组件式和大功率模块式等。 瞬态电压抑制二极管的应用 目前已广泛应用于计算机系统、通讯设备、交/ 直流电源、汽车、电子镇流器、家用电器、仪器仪表（电度表）、RS232/422/423/485、 I/O、LAN、ISDN 、ADSL、USB、M P3、PDAS、GPS、CDMA、GSM、数字照相机的保护、共模/差模保护、RF耦合/IC驱

2005(许生礼)简单实用的过流过压保护电路

智 能建筑 Z H I N E N G J I A N Z H U 简单实用的过流过压保护电路 2005年第19卷第2期《工程建设与档案》157 　收稿日期:2005-03-04 作者简介:许生礼(1947-),男,江苏江阴人,安徽省房地产公司六安市公司工程师. 简单实用的过流过压保护电路 许生礼 (安徽省房地产公司六安市公司,安徽六安　237012) 摘　要:为了保护生活环境,目前住宅小区均要求自建污水处理系统。由于污水处理设备所用的电机都长期在地下室工作,为了延长电机的使用寿命,采用晶闸管及其控制模式实现过流过压保护。关键词:环保;晶闸管;大电流;保护 中图分类号:T M307.2 文献标识码:A 文章编号:1671-4857(2005)02-0157-02 0　引 言 根据环保要求,各住宅小区按要求均建立了自处理污水系统,由于现有设备均采用的是老式的电机保护系统(如热继电器等),导致经常发生烧毁污水泵电机及风机电机,影响了设备的正常使用,增加了运行成本。为了保护电机,现使用简单的电子过流过压保护电路。 晶闸管以其额定电流大、额定电压高、效率高、反应快以及体积小等优点,作为中频静止逆变电源中主要元件而被选用,但其缺点是过载能力低。因此,在晶闸管中频静止逆变电源中,为了使晶闸管免受大电流、高电压的冲击,均设置了过流过压保护电路。当晶闸管中频静止电源用于金属熔炼时,由于负载为时变性元件,变化大,情况比较复杂,若保护不可靠,速度慢,故障一旦出现, 晶闸管立即被损坏的现象常有发生。影响了整个设备的性能和使用,因而保护电路显得尤为重要。 1　过流过压的保护过程 如图1所示,可控硅中频静止电源主回路采用的 是AC 2DC 2AC 变换电路。从三相全控桥式整流器到单相桥式逆变器,均选用了晶闸管。保护电路是把从电流、电压采样回路中所采取的电流和电压信号,经判断后,控制或封锁整流桥触发脉冲,使得三相全控整流桥输出电压为零,切断了逆变桥电源的供给,从 而起到了保护整机的作用[1,2] 。可是,不同的保护电路控制点却往往不同,致使保护电路性能的好坏有较 大的差异。 图1　过流过压保护框图 2　过流过压保护电路 针对上述情况,结合目前国内大多数可控硅中频静止电源和整流脉冲形成的电路,大多数采用了KJ 004和KJ 041组成的触发脉冲电路,设计出了可靠性 高、线路简单的过流过压保护电路[3] ,其保护原理如 图2所示。2.1　过流保护电路 该电路由W 1、I C 1(运算放大器)组成比较电路,I C 3(D 触发器)组成双稳态记忆电路I C 5、I C 6(或门) 组成的逻辑电路及T 1、XD 1组成的显示电路4个单元构成。 当中频静止逆变电源处于正常工作时,输入比较器同相端的电流信号形成的输入电压小于反相端定值电压(即所要求的保护定值电压)I C 1输出低电平,D 触发器处于复位状态,Q 端为“0”,逻辑门输出则为 低电平,T 1反偏而截止,XD 1不亮。同理I C 6输出为“0”,KJ 041的控制端(P 7)为“0”,有整流触发脉冲输出。当电流信号形成的输入电压W 1确定的定值电

保护电路设计方法 - 过电压保护

保护电路设计方法- 过电压保护 2.过电压 保护 ⑴过电 压的产生 及抑制方 法 ①过电压产生的原因 对于IGBT开关速度较高，IGBT关断时及FWD逆向恢复时，产生很高的di/dt，由于模块周围的接线的电感，就产生了L di/dt电压（关断浪涌电压）。 这里，以IGBT关断时的电压波形为例，介绍产生原因和抑制方法，以具体电路（均适用IGBT/FWD）为例加以说明。 为了能观测关断浪涌电压的简单电路的图6中，以斩波电路为例，在图7中示出了IGBT关断时的动作波形。 关断浪涌电压，因IGBT关断时，主电路电流急剧变化，在主电路分布电感上，就会产生较高的电压。关断浪涌电压的峰值可用下式求出： V CESP=E d＋(-L dI c/dt) 式中dl c/dt为关断时的集电极电流变化率的最大值；V CESP为超过IGBT的C-E间耐压(V CES)以至损坏时的电压值。 ②过电压抑制方法 作为过电压产生主要因素的关断浪涌电压的抑制方法有如下几种： 1.在IGBT中装有保护电路（=缓冲电路）可吸浪涌电压。缓冲电路的电容，采用薄膜电容，并靠近IGBT 配置，可使高频浪涌电压旁路。

2.调整IGBT的驱动电路的V CE或R C，使di/dt最小。 3.尽量将电件电容靠近IGBT安装，以减小分布电感，采用低阻抗型的电容效果更佳。 4.为降低主电路及缓冲电路的分布电感，接线越短越粗越好，用铜片作接线效果更佳。 ⑵缓冲电路的种类和特 缓冲电路中有全部器件紧凑安装的单独缓冲电路与直流母线间整块安装缓冲电路二类。 ①个别缓冲电路 为个别缓冲电路的代表例子，可有如下的缓冲电路 1.RC缓冲电路 2.充放电形RCD缓冲电路 3.放电阻止形RCD缓冲电路 表3中列出了每个缓冲电路的接线图。特点及主要用途。 表3 单块缓冲电路的接线圈特点及主电用途

瞬态电压抑制二极管

瞬态电压抑制二极管应用指南 第一章 TVS器件的特点、电特性和主要电参数 一、 TVS器件的特点 瞬态（瞬变）电压抑制二级管简称TVS器件，在规定的反向应用条件下，当承受一个高能量的瞬时过压脉冲时，其工作阻抗能立即降至很低的导通值，允许大电流通过，并将电压箝制到预定水平，从而有效地保护电子线路中的精密元器件免受损坏。TVS能承受的瞬时脉冲功率可达上千瓦，其箝位响应时间仅为1ps（10-12S）。TVS允许的正向浪涌电流在T A＝250C，T＝10ms条件下，可达50～200A 。 双向TVS可在正反两个方向吸收瞬时大脉冲功率，并把电压箝制到预定水平，双向TVS适用于交流电路，单向TVS一般用于直流电路。 二、 TVS器件的电特性 1、单向TVS的V-I特性 如图1-1所示，单向TVS的正向特性与普通稳压二极管相同，反向击穿拐点近似“直角”为硬击穿，为典型的PN结雪崩器件。从击穿点到 V C值所对应的曲线段表明，当有瞬时过压脉冲时，器件的电流急骤增加而反向电压则上升到箝位电压值，并保持在这一水平上。 2、双向TVS的V-I特性 如图1-2所示，双向TVS的V-I特性曲线如同两只单向TVS“背靠背”组合，其正反两个方向都具有相同的雪崩击穿特性和箝位特性，正反两面击穿电压的对称关系为：0.9≤V(BR)(正)/V（BR）(反)≤1.1，一旦加在它两端的干扰电压超过箝位电压V C就会立刻被抑制掉，双向TVS在交流回路应用十分方便。 三、TVS器件的主要电参数 1、 击穿电压V(BR) 器件在发生击穿的区域内，在规定的试验电流I(BR)下，测得器件两端的电压称为击穿电压，在此区域内，二极管成为低阻抗的通路。 2、 最大反向脉冲峰值电流I PP 在反向工作时，在规定的脉冲条件下，器件允许通过的最大脉冲峰值电流。I PP与最大箝位电压VC(MAX)的乘积，就是瞬态脉冲功率的最大值。 使用时应正确选取TVS，使额定瞬态脉冲功率P PR大于被保护器件或线路可能出现的最大瞬态浪涌功率。

瞬态抑制器SMF6.0CA型号特性

瞬态抑制器SMF6.0CA型号特性 硕凯电子（Sylvia） 一、SMF系列描述 The SMF series is designed specifically to protect sensitive electronic equipment from voltage transients induced by lightning and other transient voltage events. 二、最大额定值 三、功能图 四、产品特性

1、兼容工业标准的SOD-123封装 2、为表面安装应用优化电路板空间 3、低泄漏 4、单向和双向单元 5、玻璃钝化结 6、低电感 7、优良的钳位能力 8、200W的峰值功率能力在10×1000μ波形重复率（占空比）：0.01% 9、快速响应时间：从0伏特到最小击穿电压通常小于1.0ps 10、高温焊接：终端260°C/40秒 11、典型的最大温度系数△Vbr=0.1%x Vbr@25°C x△T 12、塑料包装有保险商实验室可燃性94V-0 13、无铅镀雾锡 14、无卤化，符合RoHS 15、典型失效模式是在指定的电压或电流下出现 16、晶须测试是基于JEDEC JESD201A每个表4a及4c进行的 17、IEC-61000-4-2ESD15kV(空气)，8kV(接触) 18、数据线的ESD保护符合IEC61000-4-2(IEC801-2) 19、数据线的EFT保护符合IEC61000-4-4(IEC801-4) 五、产品图

六、曲线图 七、峰值浪涌

八、包装数量 九、编带说明 十、产品应用 TVS器件非常适合保护I/O接口，Vcc总线和其他应用于电信、计算机、工业和消费电子应用的易损电路。

过压保护电路

过压保护电路 MAX6495-MAX6499/MAX6397/MAX6398过压保护(OVP)器件用于保护后续电路免受甩负载或瞬间高压的破坏。器件通过控制外部串联在电源线上的n沟道MOSFET实现。当电压超过用户设置的过压门限时，拉低MOSFET的栅极，MOSFET关断，将负载与输入电源断开。 过压保护器件数据资料中提供的典型电路可以满足大多数应用的需求(图1)。然而，有些应用需要对基本电路进行适当修改。本文讨论了两种类似应用：增大电路的最大输入电压，在过压情况发生时利用输出电容存储能量。 图1 过压保护的基本电路 增加电路的最大输入电压 虽然图1电路能够工作在72V瞬态电压，但有些应用需要更高的保护。因此，如何提高OVP器件的最大输入电压是一件有意义的事情。图2所示电路增加了一个电阻和齐纳二极管，用来对IN的电压进行箝位。如果增加一个三极管缓冲器(图3)，就可以降低对并联稳压器电流的需求，但也提高了设计成本。

图2 增大最大输入电压的过压保护电路 图3 功过三极管缓冲器增大输入电压的过压保护电路 齐纳二极管的选择，要求避免在正常工作时消耗过多的功率，并可承受高于输入电压最大值的电压。此外，齐纳二极管的击穿电压必须小于OVP的最大工作电压(72V)，击穿时齐纳二极管电流最大。 串联电阻(R3)既要足够大，以限制过压时齐纳二极管的功耗，又要足够小，在最小输入电压时能够维持OVP器件正常工作。 图2中电阻R3的阻值根据以下数据计算：齐纳二极管D1的击穿电压为54V;过压时峰值为150V，齐纳二极管的功率小于3W。根据这些数据要求，齐纳二极管流过的最大电流为：3W/54V = 56mA 根据这个电流，R3的下限为： (150V - 54V)/56mA = 1.7kW

浪涌抑制器的作用

浪涌电压抑制器的应用 [摘要]文章结合我国居民信息设备需求的不断增长，阐述了现代住宅居民信息设备瞬态过电压保护的设计原则和浪涌电压抑制器件的分类，重点论述了硅瞬变吸收二极管的特性、参数及其工程选用原则。 [关键词]设计原则 TVS 特性参数工程应用 １设计原则 对于家居信息系统的保护除了做好常规的防雷设施和处理好接地问题外，还应在信息家电的电源端加装相应的过电压保护装置，以消除电网浪涌、雷电感应电压、设备切换等意外事件对信息家电设备的冲击和毁坏。要求进入信息家电内的电源线、信号线应通过防雷、防过压处理，并将设备外壳、室内的金属门、窗、管道等进行等电位处理。 信息家电设备雷电过电压及电磁干扰防护是保护通信线路、设备及人身安全的重要技术手段和确保通信线路、设备运行不受干扰必不可缺少的技术环节。信息网络过电压保护必须运用电磁兼容原理将计算机网络局部的防护归结到整体的雷电过电压保护。 网络设备所处的建筑物作为一个欲保护的空间区域，从电磁兼容的角度出发，可由外到内分为几个雷电保护区，现已规定出各部分空间不同的雷电磁脉冲（ＬＥＭＰ）的严重程度。 根据雷电保护区的划分要求，建筑物外部是直击雷区域，在这个区域内的设备最容易遭受损害，危险性最高，是暴露区，为０区；建筑物内部所处的位置为非暴露区可将其分为１区、２区，越往内部，危险程度越低，雷电过电压对内部电子设备的损害主要是沿线路引入。保护区的界面通过外部的防雷系统、建筑物的钢筋混凝土及金属外壳等构成屏蔽层。电气通道以及金属管则必须通过这些界面，穿过各级雷电保护区的金属构件在每一穿过点做等电位联结。 ２浪涌电压抑制器件 浪涌电压抑制器件基本上可以分为两大类。第一种类为橇棒（ＣｒｏｗＢａｒ）器件，其主要特点是器件击穿后的残压很低，因此不仅有利于浪涌电压的迅速泄放，而且使功耗大大降低。另外，该类型器件的漏电流小，器件极间电容量小，所以对线路影响很小。常用的撬棒器件包括气体放电管、气隙型浪涌保护器、硅双向对称开关（ＣＳＳＰＤ）等。 另一类为箝位保护器，即保护器件在击穿后，其两端电压维持在击穿电压上不再上升，以箝位的方式起到保护作用。常用的箝位保护器是氧化锌压敏电阻ＭＯＶ，瞬态电压抑制器（ＴＶＳ）等。 保护器分过电压保护元件和过电流保护元件。我们通常所称的“避雷器”和随着国外防雷器件引入的“浪涌抑制器”、“过电压限制器”、放电管、齐纳二极管等都属于电压限制元件。它们的工作原理差不多，但它们之间的通流容量、动作速度、残压等有很大差别。

瞬态电压抑制器(TVS)选型指南及注解

瞬态电压抑制器(TVS)选型指南及注解 作者：时间：2008-08-29 来源:eaw 一、选用指南 1、首先确定被保护电路的最大直流或连续工作电压，电路的额定标准电压和“高端”容限。 2、TVS的额定反向关断电压VWM应大于或等于被保护电路的最大工作电压，若选用的VWM太低，器件有可能进入雪崩状态或因反向漏电流太大影响电路的正常工作。 3、TVS的最大箝位电压VC应小于被保护电路的损坏电压。 4、TVS的最大峰值脉冲功率PW必须大于被保护电路内可能出现的峰值脉冲功率。 5、在确定了TVS的最大箝位电压后，其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流。 6、对于数据接口电路的保护，必须注意选取尽可能小的电容值C的TVS器件。 7、带A的TVS二极管比不带A的TVS二极管的离散性要好，在TVS二极管A前面加C的型号表示双向TVS二极管。 8、直流保护一般选用单向TVS二极管，交流保护一般选用双向TVS二极管，多路保护选用TVS阵列器件，大功率保护选用TVS专用保护模块。特殊情况，如：RS-485和RS-232保护可选用双向TVS二极管或TVS阵列。 9、TVS二极管可以在-55℃到+150℃之间工作，如果需要TVS在一个变化的温度下工作，由于其反向漏电流ID是随温度的增加而增大；功耗随TVS结温度增加而下降，故在选用TVS时应考虑温度变化对其特性的影响。 10、TVS二极管可以串/并应用，串行连接分电压，并行连接分电流。但考虑到TVS的离散性，使用时应尽可能的减少串/并数量。 二、注解 1、VWM—是TVS最大连续工作的直流或脉冲电压，当这个反向电压加于TVS两极时，它处于反向关断状态，流过它的电流小于或等于其最大反向漏电流ID。 2、VBR—是TVS最小的雪崩电压。25℃时，在这个电压之前，保护TVS是不导通的。当TVS 流过规定的1mA电流IR时，加于TVS两极间的电压为其最小击穿电压VBR。 3、IT—--测试电流。 4、ID—--反向漏电流。 5、VC—当持续时间为20us的脉冲峰值电流IPP流过TVS时，其两极间出现的最大峰值电压为VC。它是串联电阻和热温升两者电压上升的组合。 6、IPP—最大的峰值脉冲电流。 7、C----电容值（pF）。在收/发的总线接口电路里，选取电容值小的TVS器件尤为有利。 标签：TVS箝位电压VWM VBR IT ID VC IPP

输出过压保护电路

输出过压保护电路 ① 输出过压保护电路的作用是：当输出电压超过设计值时，把输出电压限定在一安全值的范围内。当开关电源内部稳压环路出现故障或者由于用户操作不当引起输出过压现象时，过压保护电路进行保护以防止损坏后级用电设备。在测试与测量应用中，必须为放大器、电源以及类似部件的输出端提供过压保护。实现这一任务的传统方式是在输出节点中增加串联电阻，并在电源线路或其它阈值电压上增加箝位二极管（图1）。这个电阻大大减小了电流输出的能力，以及低阻负载的输出电压摆幅。另外一种方案是用保险丝或其它限流器件，它优于这些箝位电路的高吸能能力。当源电阻R6上的压降大于耗尽型MOSFET Q1与Q2的栅极阈值电压时，图2电路是作为一个双极电流源，从而限制了通过箝位二极管的电流。这种方案的缺点是在过载条件下，串联元件上有大的功耗。

② 有一种合理的方案是当输出端子上存在过载电压时，将放大器输出节点与输出端子断开一段时间。几十年来，工程师都在音响功率放大器中使用机电继电器完成这种串联断接，不过原因不同，他们是用于扬声器保护。SSR（固态继电器）（包括光电子、光伏电池、OptoMOS和PhotoMOS器件）适合完成中等强度电流的负载断接任务，因为其控制端与负载端之间有电流绝缘。 ③

图3中的串联保护电路使用一只串接的大电压SSR，切断放大器的输出端。当输出电压升高到正基准电压以上或低于负基准电压阈值时，就会使IC2或IC3比较器变换自己的输出状态，通过与逻辑器件IC5关断SSR IC4。图4显示了实现这种方案的简单电路。 图4中的电路只需要少量外接元件，使用一只SSR作输出过压保护。上升的过压使IC2中的两只晶体管截止，切断了流经IC3控制LED的电流。继电器IC3打开，保护放大器与箝位二极管。该电路经过了一系列Clare、Matsushita Electronic Works和Panasonic SSR的测试，它们有的带内部电流保护，有的不带。电源线路电压是±15V；R10、R11和R12设定触发电平为±16 V。省略R11可将触发电平移至±14.5V。在保护电路工作时，针对0.5V过压保护继电器，SSR的关断延迟为100μs~200μs，较高过压下延迟会更短些。注意在使用低导通电阻SSR 时，通过箝位二极管的峰值电流可能会相当大。 ④

过压保护及瞬态电压抑制电路设计

作者周敏捷 利用电池供电的移动设备通常需要通过外置的AC适配器对系统电池进行充电。而不同供电电压的设备间往往共用着相似的电源插座和插头，这些不同电压标准的适配器往往会给用户带来潜在的错插风险，可能导致设备因过高的电压而烧毁。另一方面，来自AC适配器前端的浪涌或者电网的不稳定也有可能导致适配器的输出电压超越设备所能承受的范围。因此，在移动设备设计中就有必要加入充电端口的过压保护电路，以避免上述情况对设备后端电路的破坏。 本文介绍的过压保护电路由过压保护开关（OVP Switch）和瞬态电压抑制器(TVS)组成（如图1），可实现完善可靠的抗持续高电压和瞬间冲击电压的功能。 图1 在整个方案中，核心部分器件为过压保护开关，以美国研诺逻辑科技有限公司（AATI）的过压保护开关AAT4684为例，过压保护开关的内部主要是由控制逻辑电路和PMOS管组成，当OVP端的检测电压高于特定电压阈值之后，逻辑电路就会通过栅极关断PMOS的沟道。由于该PMOS管拥有较高的持续性耐压（28V），因此可以保护后端的元器件不会因前端电源输入异常高压而烧毁（其内部原理如图2所示）。

图2：AAT46842 内部原理图。 通过以下实验可以说明当过压保护开关的输入端出现过高电压时它对后端电路所起到的保护作用。 图3所示为测试所用电路原理图，输入端为12V平稳直流源，电源通过一段长度为1米的导线与AAT4684的输入端相连，CH1为AAT4684输入电压的测试点，CH 2为 AAT4684输出电压的测试点，CH3为其输出电流探测点。将AAT4684的OVP保护电压设为6V（即当电压超过6V后，开关管立刻关闭，以保护输出端的电路）。为体现实际应用中AC适配器的插拔情况，对系统的上电过程通过导线和电源的机械性拔插来实现。

Vishay TVS瞬态电压抑制器 选用技术文档

为大功率和混合动力汽车优化的 Vishay负载突降保护器件 上网时间：2009-01-25 作者：Sweetman Kim 高级应用经理Vishay通用半导体台湾有限公司 中心议题： ?汽车负载突降保护的重要性 ?几种负载突降保护电路和器件的比较 ?什么是负载突降、相关基础知识和计算方法的介绍 ?介绍Vishay用于大功率和混合动力汽车负载突降的保护器件 解决方案： ?Vishay大功率硅TransZorb? TVS可用来防止易受攻击的电路受到电气过应力的影响 ?Vishay的大功率硅TVS的箝位电压<37 V，满足汽车应用稳压器对37 V至40 V最大输入电压范围的要求 ?为满足75V的最大齐纳箝位电压，1-2个串联的Vishay负载突降器件即可把负载突降电压抑制在该电压 汽车生产状况及预测 全球轻型汽车产量——百万辆 42 V系统(包括中型混合动力汽车)——轻型汽车总数百分比

混合动力汽车 汽车负载突降保护的重要性 今天，汽车中并联在供电线路上的许多电子控制器和设备与三、四十年前生产的汽车有了很大的不同。那时汽车中的唯一的电子设备就是汽车收音机。今天，一辆汽车中配备了若干电子设备，其中一些是与安全驾驶有关的，而这些电子设备的故障会引起汽车操作严重的麻烦。 这类并联的电子系统如图1所示，所有连接在供电线路上的电子系统的保护器件不可能平均分担瞬态能量。瞬态能量对连接的那些最低阻抗的保护器件的影响尤为严重。因此，在汽车电子设计中，一个保护器件要能够安全地承受负载突降状态瞬变的全部能量。图2是出现故障的仪表板（cluster panel）负载突降的照片，其故障原因在于，流经这个器件的电流没有与汽车中另一个电子单元中的其他保护器件共同分担。

输出过压保护电路的原理

输出过压保护电路的原理 输出过压保护电路的作用是：当输出电压超过设计值时，把输出电压限定在一安全值的范围内。当开关电源内部稳压环路出现故障或者由于用户操作不当引起输出过压现象时，过压保护电路进行保护以防止损坏后级用电设备。应用最为普遍的过压保护电路有如下几种： 1、可控硅触发保护电路： 如上图，当Uo1输出升高，稳压管（Z3）击穿导通，可控硅（SCR1）的控制端得到触发电压，因此可控硅导通。Uo2电压对地短路，过流保护电路或短路保护电路就会工作，停止整个电源电路的工作。当输出过压现象排除，可控硅的控制端触发电压通过R对地泄放，可控硅恢复断开状态。 2、光电耦合保护电路： 如上图，当Uo有过压现象时，稳压管击穿导通，经光耦（OT2）R6到地产生电流流过，光电耦合器的发光二极管发光，从而使光电耦合器的光敏三极管导通。Q1基极得电导通，3842的③脚电降低，使IC关闭，停止整个电源的工作，Uo为零，周而复始，。 3、输出限压保护电路： 输出限压保护电路如下图，当输出电压升高，稳压管导通光耦导通，Q1基极有驱动电压而道通，UC3842③电压升高，输出降低，稳压管不导通，UC3842③电压降低，输出电压升高。周而复始，输出电压将稳定在一范围内（取决于稳压管的稳压值）。 4、输出过压锁死电路： 图A的工作原理是，当输出电压Uo升高，稳压管导通，光耦导通，Q2基极得电导通，由于Q2的导通Q1基极电压降低也导通，Vcc电压经R1、Q1、R2使Q2始终导通，UC3842③脚始终是高电平而停止工作。在图B中，UO升高U1③脚电压升高，①脚输出高电平，由于D1、R1的存在，U1①脚始终输出高电平Q1始终导通，UC3842①脚始终是低电平而停止工作。

瞬态过电压保护电路的设计思路

瞬态过电压保护电路的设计思路 随着电子镇流器,电子节能灯市场日益激烈,进一步提高电子镇流器的性能已成必然趋势。国标GB15143 - 94《管形荧光灯用交流电子镇流器的性能要求》第4. 12 条规定:电子镇流器不应因电源中瞬时过电压影响其性能或受伤害。因此,各电子镇流器生产厂家都应重视保护电路的设计,确保电子镇流器在正常工作时能防护瞬态过电压的侵害,提高产品的安全可靠性。瞬时过电压产生的原因和侵入途径 一般来讲,瞬时过电压主要指雷电感应过电压和操作过电压,当感应雷击及雷电电磁脉冲通过电源线侵入电子系统时就会产生感应电动势,感应电动势叠加在电源线路上,就会产生瞬时高压脉冲,在线路上重叠的瞬态脉冲电压,通常远远高于一般电子设备所能承受的耐压水平,从而击毁各类用电设备,使设备遭受永久性的损坏。为了保护电子设备不受过电压的侵害。目前,预防瞬态骚扰的最有效的办法是采用浪涌吸收器件,常用的浪涌吸收器件就有压敏电阻,TVS 管等等。它的基本用法是将该吸收器直接与被保护的用电设备并联。通常用一种或几种特殊脉冲波形的峰值电流来考核这些器件的浪涌吸收能力。目前国际和国内防护级产品标准中经常见到的是用8/ 20μs 冲击电流脉冲波形(电流脉冲的前沿是8μs ,半峰波持续的时间是20μs ) 考核设备抗干扰性能。它是IEC801 - 5 中规定的标准电流脉冲波。而通信系统中常用10/ 1000μs 的冲击电流来考核。 2 电子镇流器瞬态过电压保护电路的工作原理 通常,供电电网中有时会出现高幅值(如1 kV左右) 的瞬态脉冲电压,但电子镇流器由于受成本的限制,功率变换器件的参数余量不大,为使电子镇流器可靠工作,应对这种高幅值的瞬态干扰加以抑制。一般应在电子镇流器的电源线路或者其他被保护的电子元器件前端设计瞬态过电压保护电路,典型的保护电路见图1。当电路中出现雷电感应过电压或瞬态操作过电压Vs 时, 保护电路和被保护的设备(或者线路中的元器件) 同时承受了过电压Vs ,由于压敏电阻(保护电路的核心元件) 的响应速度快,他以纳秒级的时间迅速呈现优良的非线性导电特性(图2 中的击穿区) ,使压敏电阻其两端的电压迅速下降,远远低于Vs 值,有效地将过电压限制在被保护设备或被保护元器件的绝缘耐压值等级下,从而使电子镇流器免受过电压的伤害。保证了电子镇流器不因电源中瞬时过电压而影响其性能或受伤害。 摘要:该文主要讲述了电子镇流器中过电压保护电路的设计思路,以及相应的浪涌吸收元器件压敏电阻器电参数的选型方法。 关键词:瞬态过电压;电子镇流器;压敏电阻器;限制电压 随着电子镇流器,电子节能灯市场日益激烈,进一步提高电子镇流器的性能已成必然趋势。国标GB15143 - 94《管形荧光灯用交流电子镇流器的性能要求》第4. 12 条规定:电子镇流器不应因电源中瞬时过电压影响其性能或受伤害。因此,各电子镇流器生产厂家都应重视保护电路的设计,确保电子镇流器在正常工作时能防护瞬态过电压的侵害,提高产品的安全可靠性。瞬时过电压产生的原因和侵入途径 一般来讲,瞬时过电压主要指雷电感应过电压和操作过电压,当感应雷击及雷电电磁脉冲通过电源线侵入电子系统时就会产生感应电动势,感应电动势叠加在电源线路上,就会产生瞬时高压脉冲,在线路上重叠的瞬态脉冲电压,通常远远高于一般电子设备所能承受的耐压水平,从而击毁各类用电设备,使设备遭受永久性的损坏。为了保护电子设备不受过电压的侵害。目前,预防瞬态骚扰的最有效的办法是采用浪涌吸收器件,常用的浪涌吸收器件就有压敏电阻,TVS 管等等。它的基本用法是将该吸收器直接与被保护的用电设备并联。通常用一种或几种特殊

经典过压保护电路

经典过压保护电路 过压保护器件需要修改电路讨论两种类似应用解决方案：增大电路的最大输入电压增 加一个电阻和齐纳二极管，用来对IN 的电压进行箝位利用输出端电容储能引言 MAX6495–MAX6499/MAX6397/MAX6398 过压保护(OVP)器件用于保护后续电路免受甩负载或瞬间高压的破坏。器件通过控制外部串联在电源线上的n 沟道MOSFET 实现。当电压超过用户设置的过压门限时，拉低MOSFET 的栅极，MOSFET 关断，将负载与输入电源断开。过压保护(OVP)器件数据资料中提供的典型电路可以满足大多数应用的需求(图1)。然而，有些应用需要对基本电路进行适当修改。本文讨论了两种类似应用：增大电路的最大输入电压，在过压情况发生时利用输出电容存储能量。 图1. 过压保护的基本电路 增加电路的最大输入电压 虽然图1 电路能够工作在72V 瞬态电压，但有些应用需要更高的保护。因此，如何提高OVP 器件的最大输入电压是一件有意义的事情。图2 所示电路增加了一个电阻和齐纳二极管，用来对IN 的电压进行箝位。如果增加一个三极管缓冲器(图3)，就可以降低对并联稳压器电流的需求，但也提高了设计成本。

图2. 增大最大输入电压的过压保护电路 图3. 通过三极管缓冲器增大输入电压的过压保护电路齐纳二极管的选择，要求避免在正 常工作时消耗过多的功率，并可承受高于输入电压最大值的电压。此外，齐纳二极管的击穿电压必须小于OVP 的最大工作电压(72V)，击穿时齐纳二极管电流最大。串联电阻(R3) 既要足够大，以限制过压时齐纳二极管的功耗，又要足够小，在最小输入电压时能够维持OVP 器件正常工作。图2 中电阻R3 的阻值根据以下数据计算：齐纳二极管D1 的击穿电压为54V；过压时峰值为150V，齐纳二极管的功率小于3W。根据这些数据要求，齐纳二 极管流过的最大电流为：3W/54V = 56mA 根据这个电流，R3 的下限为：(150V - 54V)/56mA = 1.7kΩR3 的峰值功耗为：(56mA)2 ×1.7kΩ= 5.3W 如果选择比5.3W 对应电阻更小的阻值，则会在电阻和齐纳二极管上引起相当大的功率消耗。为了计算电阻 R3 的上限，必须了解供电电压的最小值。保证MAX6495 正常工作的最小输入电压为5.5V。