【導讀】隨(sui)著(zhe)社(she)會(hui)的(de)不(bu)斷(duan)進(jin)步(bu)

，物(wu)聯(lian)網(wang)的(de)發(fa)展(zhan)
，電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)的(de)室(shi)外(wai)應(ying)用(yong)場(chang)景(jing)，持(chi)續(xu)高(gao)增(zeng)長(chang)，電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)得(de)到(dao)了(le)極(ji)其(qi)廣(guang)泛(fan)的(de)應(ying)用(yong)，無(wu)論(lun)是(shi)公(gong)共(gong)事(shi)業(ye)，還(hai)是(shi)商(shang)用(yong)或(huo)者(zhe)民(min)用(yong)
，已(yi)經(jing)深(shen)入(ru)到(dao)各(ge)個(ge)領(ling)域(yu)，這(zhe)也(ye)造(zao)成(cheng)了(le)產(chan)品(pin)功(gong)能(neng)的(de)多(duo)樣(yang)化(hua)、應用環境的複雜化。

隨(sui)著(zhe)社(she)會(hui)的(de)不(bu)斷(duan)進(jin)步(bu)，物(wu)聯(lian)網(wang)的(de)發(fa)展(zhan)，電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)的(de)室(shi)外(wai)應(ying)用(yong)場(chang)景(jing)，持(chi)續(xu)高(gao)增(zeng)長(chang)，電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)得(de)到(dao)了(le)極(ji)其(qi)廣(guang)泛(fan)的(de)應(ying)用(yong)

，無(wu)論(lun)是(shi)公(gong)共(gong)事(shi)業(ye)，還(hai)是(shi)商(shang)用(yong)或(huo)者(zhe)民(min)用(yong)，已(yi)經(jing)深(shen)入(ru)到(dao)各(ge)個(ge)領(ling)域(yu)，這(zhe)也(ye)造(zao)成(cheng)了(le)產(chan)品(pin)功(gong)能(neng)的(de)多(duo)樣(yang)化(hua)、應用環境的複雜化。隨著產品功能越來越多
，其功能接口也越來越豐富

，比如：網絡接口（帶POE功能）、模擬視頻接口、音頻接口、報警接口、RS485接口、RS232接jie口kou等deng等deng。功gong能neng在zai不bu斷duan地di增zeng多duo
，但dan是shi對dui於yu產chan品pin的de體ti積ji要yao求qiu越yue來lai越yue小xiao
，在zai增zeng加jia設she計ji難nan度du的de同tong時shi也ye會hui使shi產chan品pin麵mian臨lin著zhe更geng多duo的de威wei脅xie，比bi如ru雨yu季ji隨sui著zhe雷lei電dian的de增zeng多duo，產chan品pin批pi量liang的de損sun壞huai；冬dong季ji設she備bei安an裝zhuang調tiao試shi時shi，由you於yu靜jing電dian造zao成cheng設she備bei的de功gong能neng異yi常chang等deng等deng。本ben文wen著zhe重zhong介jie紹shao常chang用yong防fang護hu器qi件jian在zai產chan品pin中zhong的de基ji本ben應ying用yong，通tong過guo防fang護hu電dian路lu來lai提ti高gao產chan品pin抗kang靜jing電dian

、抗浪湧幹擾的能力，從而提高產品的穩定性。

通(tong)信(xin)產(chan)品(pin)在(zai)應(ying)用(yong)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)，由(you)於(yu)雷(lei)擊(ji)等(deng)原(yuan)因(yin)形(xing)成(cheng)的(de)過(guo)電(dian)壓(ya)和(he)過(guo)電(dian)流(liu)會(hui)對(dui)設(she)備(bei)端(duan)口(kou)造(zao)成(cheng)損(sun)害(hai)，因(yin)此(ci)應(ying)當(dang)設(she)計(ji)相(xiang)應(ying)的(de)防(fang)護(hu)電(dian)路(lu)
，各(ge)個(ge)端(duan)口(kou)根(gen)據(ju)其(qi)產(chan)品(pin)族(zu)類(lei)、網絡地位、目標市場
、應用環境
、信號類型以及實現成本等多種因素的不同所對應的防護電路也不同。

1、氣體放電管

圖1  氣體放電管的原理圖符號

氣(qi)體(ti)放(fang)電(dian)管(guan)是(shi)一(yi)種(zhong)開(kai)關(guan)型(xing)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)，工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)是(shi)氣(qi)體(ti)放(fang)電(dian)。當(dang)兩(liang)極(ji)間(jian)電(dian)壓(ya)足(zu)夠(gou)大(da)時(shi)，極(ji)間(jian)間(jian)隙(xi)將(jiang)放(fang)電(dian)擊(ji)穿(chuan)
，由(you)原(yuan)來(lai)的(de)絕(jue)緣(yuan)狀(zhuang)態(tai)轉(zhuan)化(hua)為(wei)導(dao)電(dian)狀(zhuang)態(tai)
，類(lei)似(si)短(duan)路(lu)。導(dao)電(dian)狀(zhuang)態(tai)下(xia)兩(liang)極(ji)間(jian)維(wei)持(chi)的(de)電(dian)壓(ya)很(hen)低(di)，一(yi)般(ban)在(zai)20～50V，因此可以起到保護後級電路的效果。氣體放電管的主要指標有：響應時間、直流擊穿電壓、衝擊擊穿電壓、通流容量、絕緣電阻、極間電容、續流遮斷時間。

氣體放電管的響應時間可以達到數百ns以至數ms
，在(zai)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)中(zhong)是(shi)最(zui)慢(man)的(de)。當(dang)線(xian)纜(lan)上(shang)的(de)雷(lei)擊(ji)過(guo)電(dian)壓(ya)使(shi)防(fang)雷(lei)器(qi)中(zhong)的(de)氣(qi)體(ti)放(fang)電(dian)管(guan)擊(ji)穿(chuan)短(duan)路(lu)時(shi)，初(chu)始(shi)的(de)擊(ji)穿(chuan)電(dian)壓(ya)基(ji)本(ben)為(wei)氣(qi)體(ti)放(fang)電(dian)管(guan)的(de)衝(chong)擊(ji)擊(ji)穿(chuan)電(dian)壓(ya)，放(fang)電(dian)管(guan)擊(ji)穿(chuan)導(dao)通(tong)後(hou)兩(liang)極(ji)間(jian)維(wei)持(chi)電(dian)壓(ya)下(xia)降(jiang)到(dao)20～50V
；另一方麵
，氣體放電管的通流量比壓敏電阻和TVS管要大，氣體放電管與TVS等(deng)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)合(he)用(yong)時(shi)應(ying)使(shi)大(da)部(bu)分(fen)的(de)過(guo)電(dian)流(liu)通(tong)過(guo)氣(qi)體(ti)放(fang)電(dian)管(guan)泄(xie)放(fang)，因(yin)此(ci)氣(qi)體(ti)放(fang)電(dian)管(guan)一(yi)般(ban)用(yong)於(yu)防(fang)護(hu)電(dian)路(lu)的(de)最(zui)前(qian)級(ji)
，其(qi)後(hou)級(ji)的(de)防(fang)護(hu)電(dian)路(lu)由(you)壓(ya)敏(min)電(dian)阻(zu)或(huo)TVSguanzucheng，zheliangzhongqijiandexiangyingshijianhenkuai
，duihoujidianludebaohuxiaoguogenghao。qitifangdianguandejueyuandianzufeichanggao

，keyidadaoqianzhaooumudeliangji。jijiandianrongdezhifeichangxiao，yibanzai5pF以下
，極間漏電流非常小，為nA級。因此氣體放電管並接在線路上對線路基本不會構成什麼影響。

氣體放電管的續流遮斷是設計電路需要重點考慮的一個問題。如前所述
，氣體放電管在導電狀態下續流維持電壓一般在20～50V，在直流電源電路中應用時
，如果兩線間電壓超過15V，不可以在兩線間直接應用放電管。在50Hz交jiao流liu電dian源yuan電dian路lu中zhong使shi用yong時shi
，雖sui然ran交jiao流liu電dian壓ya有you過guo零ling點dian，可ke以yi實shi現xian氣qi體ti放fang電dian管guan的de續xu流liu遮zhe斷duan，但dan氣qi體ti放fang電dian管guan類lei的de器qi件jian在zai經jing過guo多duo次ci導dao電dian擊ji穿chuan後hou，其qi續xu流liu遮zhe斷duan能neng力li將jiang大da大da降jiang低di，長chang期qi使shi用yong後hou在zai交jiao流liu電dian路lu的de過guo零ling點dian也ye不bu能neng實shi現xian續xu流liu的de遮zhe斷duan；還存在一種情況就是如果電流和電壓相位不一致
，也可能導致續流不能遮斷。因此在交流電源電路的相線對保護地線
、相(xiang)線(xian)對(dui)零(ling)線(xian)以(yi)及(ji)相(xiang)線(xian)之(zhi)間(jian)單(dan)獨(du)使(shi)用(yong)氣(qi)體(ti)放(fang)電(dian)管(guan)都(dou)不(bu)合(he)適(shi)，當(dang)用(yong)電(dian)設(she)備(bei)采(cai)用(yong)單(dan)相(xiang)供(gong)電(dian)且(qie)無(wu)法(fa)保(bao)證(zheng)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)中(zhong)相(xiang)線(xian)和(he)中(zhong)線(xian)不(bu)存(cun)在(zai)接(jie)反(fan)的(de)可(ke)能(neng)性(xing)時(shi)，中(zhong)線(xian)對(dui)保(bao)護(hu)地(di)線(xian)單(dan)獨(du)使(shi)用(yong)氣(qi)體(ti)放(fang)電(dian)管(guan)也(ye)是(shi)不(bu)合(he)適(shi)的(de)
，此(ci)時(shi)使(shi)用(yong)氣(qi)體(ti)放(fang)電(dian)管(guan)需(xu)要(yao)和(he)壓(ya)敏(min)電(dian)阻(zu)串(chuan)聯(lian)。在(zai)交(jiao)流(liu)電(dian)源(yuan)電(dian)路(lu)的(de)相(xiang)線(xian)對(dui)中(zhong)線(xian)的(de)保(bao)護(hu)中(zhong)基(ji)本(ben)不(bu)使(shi)用(yong)氣(qi)體(ti)放(fang)電(dian)管(guan)。

防雷電路的設計中
，應注重氣體放電管的直流擊穿電壓、衝擊擊穿電壓、通(tong)流(liu)容(rong)量(liang)等(deng)參(can)數(shu)值(zhi)的(de)選(xuan)取(qu)。設(she)置(zhi)在(zai)普(pu)通(tong)交(jiao)流(liu)線(xian)路(lu)上(shang)的(de)放(fang)電(dian)管(guan)
，要(yao)求(qiu)它(ta)在(zai)線(xian)路(lu)正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)電(dian)壓(ya)及(ji)其(qi)允(yun)許(xu)的(de)波(bo)動(dong)範(fan)圍(wei)內(nei)不(bu)能(neng)動(dong)作(zuo)，則(ze)它(ta)的(de)直(zhi)流(liu)放(fang)電(dian)電(dian)壓(ya)應(ying)滿(man)足(zu)：min(ufdc)≥1.8UP。式中ufdc直流擊穿電壓，min(ufdc)表示直流擊穿電壓的最小值。UP為線路正常運行電壓的峰值。

氣體放電管主要可應用在交流電源口相線、中線的對地保護；直流RTN和保護地之間的保護
；信號口線對地的保護；天饋口饋線芯線對屏蔽層的保護。

qitifangdianguandeshixiaomoshiduoshuqingkuangxiaweikailu，yindianlushejiyuanyinhuoqitayinsudaozhifangdianguanchangqichuyuduanluzhuangtaiershaohuaishi，yekeyinqiduanludeshixiaomoshi。qitifangdianguanshiyongshoumingxiangduijiaoduan
，duocichongjihouxingnenghuixiajiang，tongshiqitafangdianguanzaichangshijianshiyonghuiyoulouqishixiaozhezhongziranshixiaodeqingkuang，yinciyouqitifangdianguangouchengdefangleiqichangshijianshiyonghoucunzaiweihujigenghuandewenti。

2、壓敏電阻

圖2 壓敏電阻的原理圖符號

壓(ya)敏(min)電(dian)阻(zu)是(shi)一(yi)種(zhong)限(xian)壓(ya)型(xing)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)。利(li)用(yong)壓(ya)敏(min)電(dian)阻(zu)的(de)非(fei)線(xian)性(xing)特(te)性(xing)，當(dang)過(guo)電(dian)壓(ya)出(chu)現(xian)在(zai)壓(ya)敏(min)電(dian)阻(zu)的(de)兩(liang)極(ji)間(jian)，壓(ya)敏(min)電(dian)阻(zu)可(ke)以(yi)將(jiang)電(dian)壓(ya)鉗(qian)位(wei)到(dao)一(yi)個(ge)相(xiang)對(dui)固(gu)定(ding)的(de)電(dian)壓(ya)值(zhi)，從(cong)而(er)實(shi)現(xian)對(dui)後(hou)級(ji)電(dian)路(lu)的(de)保(bao)護(hu)。壓(ya)敏(min)電(dian)阻(zu)的(de)主(zhu)要(yao)參(can)數(shu)有(you)：壓敏電壓
、通流容量
、結電容、響應時間等。

壓敏電阻的響應時間為ns級
，比空氣放電管快，比TVS管稍慢一些，一般情況下用於電子電路的過電壓保護其響應速度可以滿足要求。壓敏電阻的結電容一般在幾百到幾千pFdeshuliangjifanwei
，henduoqingkuangxiabuyizhijieyingyongzaigaopinxinhaoxianludebaohuzhong，yingyongzaijiaoliudianludebaohuzhongshi

，yinweiqijiedianrongjiaodahuizengjialoudianliu，zaishejifanghudianlushixuyaochongfenkaolv。yamindianzudetongliurongliangjiaoda，danbiqitifangdianguanxiao。

壓敏電阻的壓敏電壓（min(U1mA））
、通流容量是電路設計時應重點考慮的。在直流回路中，應當有：min(U1mA) ≥(1.8～2)Udc


，式中Udc為回路中的直流額定工作電壓。在交流回路中，應當有：min(U1mA) ≥(2.2～2.5)Uac，式中Uac為wei回hui路lu中zhong的de交jiao流liu工gong作zuo電dian壓ya的de有you效xiao值zhi。上shang述shu取qu值zhi原yuan則ze主zhu要yao是shi為wei了le保bao證zheng壓ya敏min電dian阻zu在zai電dian源yuan電dian路lu中zhong應ying用yong時shi，有you適shi當dang的de安an全quan裕yu度du。在zai信xin號hao回hui路lu中zhong時shi，應ying當dang有you：min(U1mA)≥(1.2～1.5)Umax
，式中Umaxweixinhaohuiludefengzhidianya。yamindianzudetongliurongliangyinggenjufangleidianludeshejizhibiaolaiding。yibaneryan，yamindianzudetongliurongliangyaodayudengyufangleidianlushejidetongliurongliang。

壓敏電阻主要可用於直流電源
、交流電源、低頻信號線路、帶饋電的天饋線路。

壓(ya)敏(min)電(dian)阻(zu)的(de)失(shi)效(xiao)模(mo)式(shi)主(zhu)要(yao)是(shi)短(duan)路(lu)，當(dang)通(tong)過(guo)的(de)過(guo)電(dian)流(liu)太(tai)大(da)時(shi)，也(ye)可(ke)能(neng)造(zao)成(cheng)閥(fa)片(pian)被(bei)炸(zha)裂(lie)而(er)開(kai)路(lu)。壓(ya)敏(min)電(dian)阻(zu)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)較(jiao)短(duan)，多(duo)次(ci)衝(chong)擊(ji)後(hou)性(xing)能(neng)會(hui)下(xia)降(jiang)。因(yin)此(ci)由(you)壓(ya)敏(min)電(dian)阻(zu)構(gou)成(cheng)的(de)防(fang)雷(lei)器(qi)長(chang)時(shi)間(jian)使(shi)用(yong)後(hou)存(cun)在(zai)維(wei)護(hu)及(ji)更(geng)換(huan)的(de)問(wen)題(ti)。

3  電壓鉗位型瞬態抑製二極管（TVS）

圖3  TVS管原理圖

TVS（Transient Voltage Suppression）是一種限壓保護器件
，作用與壓敏電阻很類似。也是利用器件的非線性特性將過電壓鉗位到一個較低的電壓值實現對後級電路的保護。TVS管的主要參數有：反向擊穿電壓、最大鉗位電壓
、瞬間功率、結電容、響應時間等。

TVS的響應時間可以達到ps級，是限壓型浪湧保護器件中最快的。用於電子電路的過電壓保護時其響應速度都可滿足要求。TVS管的結電容根據製造工藝的不同
，大體可分為兩種類型
，高結電容型TVS一般在幾百～幾千pF的數量級
，低結電容型TVS的結電容一般在幾pF～幾十pF的數量級。一般分立式TVS的結電容都較高，表貼式TVS管中兩種類型都有。在高頻信號線路的保護中，應主要選用低結電容的TVS管。

TVS管的非線性特性比壓敏電阻好
，當通過TVS管的過電流增大時
，TVS管的鉗位電壓上升速度比壓敏電阻慢，因此可以獲得比壓敏電阻更理想的殘壓輸出。在很多需要精細保護的電子電路中，應用TVS管是比較好的選擇。TVS管guan的de通tong流liu容rong量liang在zai限xian壓ya型xing浪lang湧yong保bao護hu器qi中zhong是shi最zui小xiao的de，一yi般ban用yong於yu最zui末mo級ji的de精jing細xi保bao護hu，因yin其qi通tong流liu量liang小xiao，一yi般ban不bu用yong於yu交jiao流liu電dian源yuan線xian路lu的de保bao護hu，直zhi流liu電dian源yuan的de防fang雷lei電dian路lu使shi用yongTVS管時，一般還需要與壓敏電阻等通流容量大的器件配合使用。 TVS管便於集成
，很適合在單板上使用。

TVS具有的另一個優點是可靈活選用單向或雙向保護器件，在單極性的信號電路和直流電源電路中，選用單向TVS管

，可以獲得比較低的殘壓。

TVS的反向擊穿電壓、通流容量是電路設計時應重點考慮的。在直流回路中
，應當有：min(UBR)≥(1.3～1.6)Umax，式中UBR為直流TVS的反向擊穿電壓，Umax是直流回路中的電壓峰值。

TVS管主要可用於直流電源、信號線路、天饋線路的防雷保護。

TVS管的失效模式主要是短路。但當通過的過電流太大時，也可能造成TVS管被炸裂而開路。TVS管的使用壽命相對較長。

4  電壓開關型瞬態抑製二極管（TSS）

圖4  TSS管的原理圖符號

電壓開關型瞬態抑製二極管（TSS，Thyristor SurgeSuppressor）與TVS管相同

，也是利用半導體工藝製成的限壓保護器件，但其工作原理與氣體放電管類似，而與壓敏電阻和TVS管不同。當TSS管兩端的過電壓超過TSS管的擊穿電壓時，TSS管將把過電壓鉗位到比擊穿電壓更低的接近0V的水平上
，之後TSS管持續這種短路狀態，直到流過TSS管的過電流降到臨界值以下後，TSS恢複開路狀態。

TSS是電壓開關型瞬態抑製二極管，就是湧抑製晶體管，或者叫做導體放電管，固體放電管等等。LangTuo等牌子。 TSS管是利用半導體工藝製成的保護器件，主要用於信號電路的防雷保護。不能用在電源端口。 TSS器件的通流容量一般最高可達到150A（8/20uS）。

TSS管和TVS管都是利用半導體工藝製成的限壓保護器件

，TSS管是電壓開關型的。TVS是電壓鉗位型的。TSS管在響應時間，結電容方麵與TVS管是相同特點，易於製成表貼器件，很適合在單板上使用。TSS管適合於信號電平較高的信號電路保護。

TSS管在響應時間、結電容方麵具有與TVS管相同的特點。易於製成表貼器件
，很適合在單板上使用，TSS管動作後
，將過電壓從擊穿電壓值附近下拉到接近0V的水平
，這時二極管的結壓降小
，所以用於信號電平較高的線路（例如：模擬用戶線
、ADSL等）保護時通流量比TVS管大
，保護效果也比TVS管好。TSS適合於信號電平較高的信號線路的保護。

在使用TSS管時需要注意的一個問題是：TSS管在過電壓作用下擊穿後
，當流過TSS管的電流值下降到臨界值以下後，TSS管才恢複開路狀態

，因此TSS管在信號線路中使用時，信號線路的常態電流應小於TSS管的臨界恢複電流。臨界恢複電流值隨TSS管的型號和設計應用場合的不同而不同

，使用時應注意在器件手冊中查明所用具體型號的確切值。

TSS管的擊穿電壓（min(UBR））
、通流容量是電路設計時應重點考慮的。在信號回路中時，應當有：min(UBR)≥(1.2～1.5)Umax，式中Umax為信號回路的峰值電壓。

TSS管較多應用於信號線路的防雷保護。

TSS管的失效模式主要是短路。但當通過的過電流太大時
，也可能造成TSS管被炸裂而開路。TSS管的使用壽命相對較長。

5  正溫度係數熱敏電阻(PTC）

PTC是一種限流保護器件，它有一個動作溫度值TS
，當其本體內溫度低於TS時，其阻值維持基本恒定，這時的阻值稱為冷電阻。當正溫度係數電阻本體那溫度高於TS時，其阻值迅速增大，可以達到的最大阻值能過比冷電阻值打104倍左右。由於它的阻值可以隨溫度升高而迅速增大，所以一般串聯於線上用作暫態大電流的過流保護。PTC在信號線及電源線路上都有應用。

PTC反應速度較慢，一般在毫秒級以上，因此它的非線性電阻特性在雷擊過電流通過時基本發揮不了作用
，隻能按它的常態電阻（冷電阻）來估算它的限流作用。熱敏電阻的作用更多的體現在諸如電力線碰觸等出現長時間過流保護的場合

，常用於用戶線路的保護中。

目前PTC主要有高分子材料PTC和陶瓷PTC兩種，其中陶瓷PTC的過電壓耐受能力比高分子材料的PTC好，但高分子材料的PTC響應速度比陶瓷PTC快。通常陶瓷PTC不能實現低阻值，低阻值的PTC均采用的是高分子的材料。

6  保險管、熔斷器、空氣開關

保險管、熔斷器
、空氣開關都屬於保護器件

，用於設備內部出現短路
、過流等故障情況下，能夠斷開線路上的短路負載或過流負載，防止電氣火災及保證設備的安全特性。

保險管一般用於單板上的保護
，熔斷器、空氣開關一般可用於整機的保護。下麵簡單介紹保險管的使用。

對於電源電路上由空氣放電管
、壓敏電阻、TVS管組成的防護電路

，必須配有保險管進行保護，以避免設備內的防護電路損壞後設備發生安全問題。圖4-5給出了保險應用的兩個例子，其中a電路中防護電路與主回路共用一個保險
，當防護電路短路失效時主回路供電會同時斷開
，b電(dian)路(lu)中(zhong)主(zhu)回(hui)路(lu)和(he)防(fang)護(hu)電(dian)路(lu)有(you)各(ge)自(zi)的(de)保(bao)險(xian)
，當(dang)防(fang)護(hu)電(dian)路(lu)失(shi)效(xiao)時(shi)防(fang)護(hu)電(dian)路(lu)的(de)保(bao)險(xian)斷(duan)開(kai)，主(zhu)回(hui)路(lu)仍(reng)然(ran)能(neng)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)，但(dan)是(shi)此(ci)時(shi)端(duan)口(kou)再(zai)出(chu)現(xian)過(guo)電(dian)壓(ya)時(shi)，端(duan)口(kou)可(ke)能(neng)會(hui)因(yin)為(wei)失(shi)去(qu)防(fang)護(hu)而(er)導(dao)致(zhi)內(nei)部(bu)電(dian)路(lu)的(de)損(sun)壞(huai)。兩(liang)種(zhong)電(dian)路(lu)各(ge)有(you)利(li)弊(bi)，在(zai)設(she)計(ji)過(guo)程(cheng)中(zhong)可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)需(xu)要(yao)選(xuan)用(yong)。無(wu)饋(kui)電(dian)的(de)信(xin)號(hao)線(xian)路(lu)、天饋線路的保護采用保險管的必要性不大。

圖5 保險應用的兩個例子

保險管的特性主要有：額定電流、額定電壓等。其中額定電壓有直流和交流之分。

標biao注zhu在zai熔rong絲si上shang的de電dian壓ya額e定ding值zhi表biao示shi該gai熔rong絲si在zai電dian壓ya等deng於yu或huo小xiao於yu其qi額e定ding電dian壓ya的de電dian路lu中zhong完wan全quan可ke以yi安an全quan可ke靠kao地di中zhong斷duan其qi額e定ding的de短duan路lu電dian流liu。電dian壓ya額e定ding值zhi係xi列lie包bao括kuo在zaiN．E．Cguidingzhong，erqieyeshibaoxianshangshiyanshideyixiangyaoqiu，zuoweifangzhihuozaiweixiandebaohucuoshi。duiyudaduoshuxiaochicunrongsijiweixingrongsi
，rongsizhizaoshangmencaiyongdebiaozhunedingdianyawei32、63、125、250
、600V。

概括而言，熔絲可以在小於其額定電壓的任何電壓下使用而不損害其熔斷特性。防護電路中的保險管，宜選用防爆型慢熔斷保險管。

7  電感、電阻、導線

電感、電阻、導線本身並不是保護器件，但在多個不同保護器件組合構成的防護電路中，可以起到配合的作用。

防護器件中，氣體放電管的特點是通流量大
、但響應時間慢、衝擊擊穿電壓高；TVS管的通流量小
，響應時間最快，電壓鉗位特性最好；壓ya敏min電dian阻zu的de特te性xing介jie於yu這zhe兩liang者zhe之zhi間jian，當dang一yi個ge防fang護hu電dian路lu要yao求qiu整zheng體ti通tong流liu量liang大da，能neng夠gou實shi現xian精jing細xi保bao護hu的de時shi候hou
，防fang護hu電dian路lu往wang往wang需xu要yao這zhe幾ji種zhong防fang護hu器qi件jian配pei合he起qi來lai實shi現xian比bi較jiao理li想xiang的de保bao護hu特te性xing。但dan是shi這zhe些xie防fang護hu器qi件jian不bu能neng簡jian單dan的de並bing聯lian起qi來lai使shi用yong


，例li如ru：將通流量大的壓敏電阻和通流量小的TVS管直接並聯，在過電流的作用下，TVS管會先發生損壞
，無法發揮壓敏電阻通流量大的優勢。因此在幾種防護器件配合使用的場合
，往往需要電感、電阻
、導線等在不同的防護元件之間進行配合。下麵對這幾種元件分別進行介紹：

電感：在串聯式直流電源防護電路中

，饋電線上不能有較大的壓降
，因此極間電路的配合可以采用空心電感
，如下圖：

圖6 用電感實現兩級防護器件的配合

電感應起到的作用：防護電路達到設計通流量時，TVS上的過電流不應達到TVS管的最大通流量，因此電感需要提供足夠的對雷擊過電流的限流能力。

在電源電路中
，電感的設計應注意的幾個問題：

1、電感線圈應在流過設備的滿配工作電流時能夠正常工作而不會過熱
；
2
、盡量使用空心電感
，帶磁芯的電感在過電流作用下會發生磁飽和
，電路中的電感量隻能以無磁芯時的電感量來計算；
3、線圈應盡可能繞製單層，這樣做可以減小線圈的寄生電容，同時可以增強線圈對暫態過電壓的耐受能力；
4


、繞製電感線圈導線上的絕緣層應具有足夠的厚度，以保證在暫態過電壓作用下線圈的匝間不致發生擊穿短路。

在電源口的防護電路設計中，電感通常取值為7～15uH。

電阻：在信號線路中，線路上串接的元件對高頻信號的抑製要盡量少
，因此極間配合可以采用電阻，如下圖：

圖7 用電阻實現兩級防護器件的配合

電阻應起到的作用與前述電感的作用基本相同。以上圖為例
，電阻的取值計算方法為：測得空氣放電管的衝擊擊穿電壓值U1
，查TVS器件手冊得到TVS管8/20us衝擊電流下的最大通流量I1、以及TVS管最高鉗位電壓U2，則電阻的最小取值為：R≥（U1-U2）/I1。

在信號線路中，電阻的使用應注意的幾個問題：

1、電阻的功率應足夠大
，避免過電流作用下電阻發生損壞；
2、盡量使用線性電阻
，使電阻對正常信號傳輸的影響盡量小。

導線：某些交/直流設備的滿配工作電流很大，超過30A，這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)防(fang)護(hu)電(dian)路(lu)的(de)極(ji)間(jian)配(pei)合(he)采(cai)用(yong)電(dian)感(gan)會(hui)出(chu)現(xian)體(ti)積(ji)過(guo)大(da)的(de)問(wen)題(ti)，為(wei)解(jie)決(jue)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)，可(ke)以(yi)將(jiang)防(fang)護(hu)電(dian)路(lu)分(fen)為(wei)兩(liang)個(ge)部(bu)分(fen)，前(qian)級(ji)防(fang)護(hu)和(he)後(hou)級(ji)防(fang)護(hu)不(bu)設(she)計(ji)在(zai)同(tong)一(yi)塊(kuai)電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)
，同(tong)時(shi)兩(liang)級(ji)電(dian)路(lu)之(zhi)間(jian)可(ke)以(yi)利(li)用(yong)規(gui)定(ding)長(chang)度(du)的(de)饋(kui)電(dian)線(xian)來(lai)做(zuo)配(pei)合(he)。

圖8 用導線實現兩級防器件的配合

這種組合形成的防護電路中，規定長度饋電線所起的作用，與電感的作用是相同的，因為1米長導線的電感量在1～1.6uHzhijian

，kuidianxiandadaoyidingchangdu
，jiukeyiqidaolianghaodepeihezuoyong
，kuidianxiandexianjingkeyigenjumanpeigongzuodianliudedaxiaolinghuoxuanqu，kefulecaiyongdianganzuojijianpeiheshidianganshangbunengliuguohendagongzuodianliudequedian。

8  變壓器
、光耦、繼電器

變壓器
、光耦和繼電器本身並不屬於保護器件，但端口電路的設計中可以利用這些器件具有的隔離特性來提高端口電路抗過電壓的能力。

端口雷擊共模保護設計有兩種方法：

1
、線路對地安裝限壓保護器，當線路引入雷擊過電壓時
，限壓保護器成為短路狀態將過電流泄放到大地
；

2
、線(xian)路(lu)上(shang)設(she)計(ji)隔(ge)離(li)元(yuan)件(jian)
，隔(ge)離(li)元(yuan)件(jian)兩(liang)邊(bian)的(de)電(dian)路(lu)不(bu)共(gong)地(di)

，當(dang)線(xian)路(lu)引(yin)入(ru)雷(lei)擊(ji)過(guo)電(dian)壓(ya)時(shi)，這(zhe)個(ge)瞬(shun)間(jian)過(guo)電(dian)壓(ya)施(shi)加(jia)在(zai)隔(ge)離(li)元(yuan)件(jian)的(de)兩(liang)邊(bian)。隻(zhi)要(yao)在(zai)過(guo)電(dian)壓(ya)作(zuo)用(yong)在(zai)隔(ge)離(li)元(yuan)件(jian)期(qi)間(jian)，隔(ge)離(li)元(yuan)件(jian)本(ben)身(shen)不(bu)被(bei)絕(jue)緣(yuan)擊(ji)穿(chuan)，並(bing)且(qie)隔(ge)離(li)元(yuan)件(jian)前(qian)高(gao)壓(ya)信(xin)號(hao)線(xian)不(bu)對(dui)其(qi)他(ta)低(di)壓(ya)部(bu)分(fen)擊(ji)穿(chuan)，線(xian)路(lu)上(shang)的(de)雷(lei)擊(ji)過(guo)電(dian)壓(ya)就(jiu)不(bu)能(neng)夠(gou)轉(zhuan)化(hua)為(wei)過(guo)電(dian)流(liu)進(jin)入(ru)設(she)備(bei)內(nei)部(bu)
，設(she)備(bei)的(de)內(nei)部(bu)電(dian)路(lu)也(ye)就(jiu)得(de)到(dao)了(le)保(bao)護(hu)。這(zhe)時(shi)線(xian)路(lu)上(shang)隻(zhi)需(xu)要(yao)設(she)計(ji)差(cha)模(mo)保(bao)護(hu)，防(fang)護(hu)電(dian)路(lu)可(ke)以(yi)大(da)大(da)簡(jian)化(hua)。例(li)如(ru)以(yi)太(tai)網(wang)口(kou)的(de)保(bao)護(hu)就(jiu)可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)這(zhe)種(zhong)思(si)路(lu)。能(neng)夠(gou)實(shi)現(xian)這(zhe)種(zhong)隔(ge)離(li)作(zuo)用(yong)的(de)元(yuan)件(jian)主(zhu)要(yao)有(you)：變壓器
、光耦和繼電器等。

這裏的變壓器主要是指用於信號端口的各種信號傳輸變壓器。變壓器一般有初/次級間絕緣耐壓的指標，變壓器的衝擊耐壓值（適用於雷擊）可根據直流耐壓值或交流耐壓值換算出來。大致的估算公式為：衝擊耐壓值=2×直流耐壓值=3×交流耐壓值。

圖9 用變壓器實現隔離

shangtushichuyizhongjiangbianyaqijiehezaineidexinhaoduankoufanghudianlusheji。leijishi，shebeiwaibudexianlanshangkeganyingdeduidigongmoguodianyazuoyongzaibianyaqidechujihecijizhijian
，rutu9。隻要初/次ci級ji不bu發fa生sheng絕jue緣yuan擊ji穿chuan，設she備bei外wai電dian纜lan上shang的de過guo電dian壓ya就jiu不bu會hui轉zhuan化hua為wei過guo電dian流liu進jin入ru設she備bei內nei部bu。這zhe時shi端duan口kou隻zhi需xu要yao做zuo差cha模mo保bao護hu，利li用yong變bian壓ya器qi等deng器qi件jian的de隔ge離li特te性xing，有you利li於yu簡jian化hua端duan口kou的de防fang雷lei電dian路lu。

采用這種方法設計需要注意的是：變壓器、光耦和繼電器等元件本身的絕緣耐壓能力應很高（例如衝擊耐壓大於4kV）
，否則在過電壓的作用下很容易發生絕緣擊穿，不能起到提高端口耐壓的作用。另外，利用變壓器的隔離特性時，需要注意變壓器的初/次ci級ji間jian有you分fen布bu電dian容rong，某mou些xie情qing況kuang下xia外wai部bu線xian纜lan上shang的de共gong模mo過guo電dian壓ya可ke通tong過guo分fen布bu電dian容rong從cong初chu級ji耦ou合he到dao次ci級ji

，從cong而er進jin入ru到dao內nei部bu電dian路lu中zhong，這zhe樣yang就jiu破po壞huai了le變bian壓ya器qi的de隔ge離li效xiao果guo
，因yin此ci應ying盡jin量liang選xuan用yong帶dai有you初chu次ci極ji間jian屏ping蔽bi層ceng的de變bian壓ya器qi

，並bing將jiang變bian壓ya器qi屏ping蔽bi層ceng外wai引yin線xian在zai單dan板ban內nei接jie地di，如ru圖tu9suoshi。zheshibianyaqideyouxiaojueyuannaiyabianchenglechujiyupingbijiediduanjiandejueyuannaiyazhi。caiyonggongmogelishejidelingyigexuyaozhuyidewentishichujidianluyudanbanshangqitadianlu、地的印製線在單板上應分離開
，並有足夠的絕緣距離。一般，印製板上邊緣相距1mm的兩根印製走線，能耐受1.2/50us衝擊電壓4kV左右。

在防護電路的器件選型過程中對氣體放電管、壓敏電阻、熱敏電阻、保險管、熔斷器
、空氣開關等都要選擇有安全認證的器件。

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