电感、电阻、导线在电源防护保护电路中起的作用

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电感、电阻、导线本身并不是保护器件,但在多个不同保护器件组合构成的防护电路中,可以起到配合的作用。

防护器件中,气体放电管的特点是通流量大、但响应时间慢、冲击击穿电压高;TVS管的通流量小,响应时间最快,电压钳位特性最好;压敏电阻的特性介于这两者之间,当一个防护电路要求整体通流量大,能够实现精细保护的时候,防护电路往往需要这几种防护器件配合起来实现比较理想的保护特性。但是这些防护器件不能简单的并联起来使用,例如:将通流量大的压敏电阻和通流量小的TVS管直接并联,在过电流的作用下,TVS管会先发生损坏,无法发挥压敏电阻通流量大的优势。因此在几种防护器件配合使用的场合,往往需要电感、电阻、导线等在不同的防护元件之间进行配合。下面对这几种元件分别进行介绍:

电感:在串联式直流电源防护电路中,馈电线上不能有较大的压降,因此极间电路的配合可以采用空心电感,如下图:

用电感实现两级防护器件的配合

用电感实现两级防护器件的配合

电感应起到的作用:防护电路达到设计通流量时,TVS上的过电流不应达到TVS管的最大通流量,因此电感需要提供足够的对雷击过电流的限流能力。

在电源电路中,电感的设计应注意的几个问题:1、电感线圈应在流过设备的满配工作电流时能够正常工作而不会过热;2、尽量使用空心电感,带磁芯的电感在过电流作用下会发生磁饱和,电路中的电感量只能以无磁芯时的电感量来计算;3、线圈应尽可能绕制单层,这样做可以减小线圈的寄生电容,同时可以增强线圈对暂态过电压的耐受能力;4、绕制电感线圈导线上的绝缘层应具有足够的厚度,以保证在暂态过电压作用下线圈的匝间不致发生击穿短路。

在公司电源口的防护电路设计中,电感通常取值为7~15uH。

电阻:在信号线路中,线路上串接的元件对高频信号的抑制要尽量少,因此极间配合可以采用电阻,如下图:

用电阻实现两级防护器件的配合

用电阻实现两级防护器件的配合

电阻应起到的作用与前述电感的作用基本相同。以上图为例,电阻的取值计算方法为:测得空气放电管的冲击击穿电压值U1,查TVS器件手册得到TVS管8/20us冲击电流下的最大通流量I1、以及TVS管最高钳位电压U2,则电阻的最小取值为:R≥(U1-U2)/I1。

在信号线路中,电阻的使用应注意的几个问题:1、电阻的功率应足够大,避免过电流作用下电阻发生损坏;2、尽量使用线性电阻,使电阻对正常信号传输的影响尽量小。

导线:某些交/直流设备的满配工作电流很大,超过30A,这种情况下防护电路的极间配合采用电感会出现体积过大的问题,为解决这个问题,可以将防护电路分为两个部分,前级防护和后级防护不设计在同一块电路板上,同时两级电路之间可以利用规定长度的馈电线来做配合。

用导线实现两级防器件的配合

用导线实现两级防器件的配合

这种组合形成的防护电路中,规定长度馈电线所起的作用,与电感的作用是相同的,因为1米长导线的电感量在1~1.6uH之间,馈电线达到一定长度,就可以起到良好的配合作用,馈电线的线径可以根据满配工作电流的大小灵活选取,克服了采用电感做极间配合时电感上不能流过很大工作电流的缺点。

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