电路保护的类型及特征是什么

随着科学技术的发展，电力/电子产品变得越来越多样化和复杂化。使用的电路保护元件不是简单的玻璃管保险丝。它们通常有压敏电阻，TVS和气体放电管。电路保护已经发展成为各种新兴电子元件。今天让我们深入研究电路保护。

概述

I. 什么是电路保护

1.1 电路保护概念

电路保护主要是保护电子电路中的元件免受过压，过流，浪涌，电磁干扰等情况的损坏。随着科学技术的发展，电力和电子产品日益多样化和复杂化。过去使用的电路保护元件不仅仅是一个简单的玻璃管保险丝，通常的保护装置是压敏电阻，TVS，气体放电管。电路保护已发展成为新兴电子元件的多元化领域。

电路保护图

1.2 电路保护的意义和重要性

（1）由于电路板的集成度越来越高，电路板的价格也相应提高。因此，我们必须加强保护。

（2）半导体器件和IC的工作电压要低得多，而电路保护的目的是减少能量损失，减少热现象，延长使用寿命。

（3）车载设备，由于使用环境恶劣的环境比普通电子产品差。汽车行驶条件频繁变化，汽车启动时瞬时峰值电压非常大，等等。因此，这些电子设备产品的电源适配器一般应使用过压保护元件。

（4）通信设备和通信场所对雷电浪涌的预防有一定的要求。过压保护和过流保护组件在这些设备中非常重要。它们是确保正常人身安全和沟通的关键。

（5）大多数电子产品的故障是由电子设备电路中的过电压或电路现象引起的。随着我们对电子设备质量的要求越来越高，电子电路保护变得越来越必要。

1.3 电线安全传导多少安培数

美国游艇和游艇委员会（ABYC）发布下表，显示每种尺寸的电线可以承载多少安培数：

每根尺寸的电线可以携带多少安培数

“允许安培数”并不是测量电线尺寸时唯一要考虑的因素。还必须考虑电压降。电压降是当电压通过电阻“推”电流时“消耗”的电压量。有时允许安培数将是确定电线尺寸的决定因素，而在其他情况下，电压降将决定电线尺寸。电线必须是允许电流强度或电压降所要求的尺寸中的较大者。

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II. 常见类型

1.过流

在电力系统中，过电流或过电流是通过导体存在大于预期电流的情况，导致过多的热量产生，以及火灾或设备损坏的风险。过电流的可能原因包括短路，负载过大，设计不正确或接地故障。保险丝，断路器，温度传感器和限流器是常用的保护机制，用于控制过电流的风险。

当电流过大时，过流保护会自动切断，以防止电路中的电子元件因超过额定电流而损坏。

2.过压

当电路中的电压或其中的一部分升高到其设计上限以上时，这称为过电压。条件可能是危险的。根据其持续时间，过压事件可能是瞬态的 - 电压尖峰 - 或永久性的，导致电源浪涌。

电子和电气设备设计为在一定的最大电源电压下工作，并且可能由高于设备额定电压的电压引起相当大的损坏。

过压保护主要是为了防止电子元件因过压或静电放电而损坏。它广泛应用于电话，传真机和高速传输接口（USB，IEEE1394，HDMI，SATA）等电子系统产品，尤其是电子通讯设备。这对于避免由于过电压或EOS（电过应力）或静电放电（ESD）而损坏电子设备尤为重要。

例如，电灯泡中有一根导线，在给定的额定电压下，该导线将承载足够大的电流，使导线变得非常热（发出光和热），但不足以使其熔化。电路中的电流量取决于所提供的电压：如果电压过高，则导线可能会熔化，灯泡会“实时烧坏”。类似地，如果过电压被传递到电路，则其他电气设备可能停止工作，或者甚至可能会起火。

3.OT（过温）

从商用到现在，温度保护元件经历了很长时间，目前的过温保护元件广泛应用于需要特定温度的场合。这些保护元件，按照动作原理，可分为化学活化型和低温合金驱动型。主要特点是化学驱动型产品可以做低温产品（目前做48℃），但更复杂，成本更高。另一种是低温合金驱动型，低温合金型动作主要是通过直径较大的低温保险丝进行的。我们必须确保额定电流产生的热量不会熔化保险丝。低温保险丝通常通过调节锡（Sn）来调节熔点，

4. TFR

近年来，随着应用的升级，简单的温度保护已经不能满足不断变化的电器，电机和3C产品安全保护的需求，因此可以提供监控功能和温度，电流及时保护的元件和电压异常重新开发。而锂离子电池和锂聚合物电池的崛起是最大的应用。

5. OCOV（过电流和过电压）

随着现代电子产品的复杂性，对保护部件的要求也越来越高，如全面保护和有限的预留空间。随着这些要求的提出，保护组件社区已经引发了一波封装封装。如上所述 - 过温保护也被认为是组合包。但大多数ocov保护包装产品仍在研发中。没有成熟的商业产品。

III. 电路保护元件和器件

电路保护装置可自动防止电导体中的危险或过高温度，过电流或短路。它限制了电气故障时释放的能量。

3.1 电路保护装置的类型

分类如下：

首先，组件：如果工厂在加工时不改变分子组成，则不需要能量装置的产品可称为组件。它包括：电阻器，电容器，电感器。（也称为无源元件）

（1）电路器件：二极管，电阻器等

（2）连接设备：连接器，插座，连接电缆，印刷电路板（PCB）。

然后，设备：工厂在生产和加工过程中改变了设备的分子结构，称为设备。该公司位于：

设备分为：

有源器件的主要特点是：

（1）自身功耗

（2）需要外接电源。

离散设备分为：

（1）双极晶体管

（2）场效应晶体管

（3）SCR

（4）半导体电阻电容

3.2 电路保护装置的功能

下面列出了组件角色的一些描述。电子元件如下：

电阻

电阻图

电路中的电阻用“R”表示。电路中的电阻主要功能是分流，限流，分压，偏压等。电路中的电容一般用“C”表示。电容器由两片金属薄膜组成，中间有绝缘材料。电容器的特性主要是隔离DC和通过AC。

电容器

电容器图

电容器容量的大小是可以存储的电能的大小。电容器对AC信号的阻塞效应称为容性电抗，其与AC信号的频率和电容有关。

感应器

感应器图

虽然在电子生产中使用电感器并不常见，但它们在电路中同样重要。在我们看来，电感器也是一种能量存储元件，它将电能转换为磁能，并将能量存储在磁场中。电感符号为“L”，电感的基本单位为亨利（H），常用毫亨（mH）为单位。它通常与电容器配合使用，形成LC滤波器，LC振荡器等。此外，人们还利用电感器的特性来制造扼流线圈，变压器，继电器等。

现在让我们谈谈电子设备：

晶体二极管

晶体二极管图

电路中的晶体二极管常用“D”。二极管的主要特性是单向导电性。也就是说，在正向电压的作用下，导通电阻很小；但是反向电压的电阻变大或变大。

由于二极管的这些特性，它们通常用于无绳电话的整流，隔离，调节，极性保护，编码控制，FM调制和静噪电路。电话中使用的晶体二极管可分为整流二极管（如1N4004），隔离二极管（如1N4148），肖特基二极管（如BAT85），LED和齐纳二极管。

3.3 如何选择电路保护装置

过压保护装置选择点

过压保护器件（OVP）用于保护后续电路免受负载突降或瞬态高压损坏。常见的过压保护装置包括压敏电阻，瞬态抑制器，ESD抑制器和放电管。过压保护装置的选择应注意以下四点：

1）关闭电压Vrwm。一般关断电压至少比线路的最大工作电压高10％。

2）钳位电压VC的选择。VC是指ESD浪涌情况下TVS两端的电压。它必须小于受保护电路可以承受的最大瞬态电压。

3）选择浪涌功率Pppm。功率不同，保护时间不同，如600w（10 / 1000us）；300W（8 / 20us） 。

4）电极电容的选择。受保护元件的工作频率越高，TVS的电容就越小。

过流保护装置选择

在断开熔丝电路的过程中，由于电路电压的存在，在熔体破裂时会发生电弧。一个高质量的保险丝应尽可能避免这种电弧放电。断开电路后，保险丝应能承受两端施加的电路电压。脉冲引起的保险丝损坏会逐渐降低承受脉冲的能力。我们应该考虑必要的安全边际选择。安全裕度是指总保险丝（动作）时间的保险丝，其中包括预电弧时间和电弧放电时间。我们需要注意其基本条件的熔断特性和额定电流。除了考虑安装环境。当熔丝达到熔化热的值时，熔丝将熔化。它会改变更冷的融合时间，

需要保险丝选择参数

1）额定电流--- In

2）额定电压--- Un

3）环境温度

4）电压降/冷电阻--- Ud / R.

5）融合特性

6）破碎能力--- Ir

7）热能值-I2t

8）耐久性/预期寿命

9）结构特征和安装形式

10）安全认证

常温保险丝型号

常温保险丝型号图表

过温保护装置选择

NTC热敏电阻，也称为负温度系数热敏电阻，其特征在于随着温度的升高电阻的非线性降低。NTC热敏电阻选择应考虑以下几点：

NTC热敏电阻图

1）最大额定电压和滤波电容值

滤波电容的大小决定了NTC的大小。对于特定尺寸的NTC热敏电阻，严格要求允许访问的滤波电容的大小。该值还与最大额定电压有关。

2）产品允许的最大启动电流值和NTC热敏电阻工作电流的长期负载。

电子设备的最大允许启动电流决定了NTC热敏电阻的电阻。加载在NTC热敏电阻上的电流不应超过规范中长期正常工作时指定的电流。

分析

IV. 该方法的示例

4.1 TVS管中的保护电路

在实际电路中，如图所示，在DC输入时，有时由于电源环境的变化而发生一些瞬态脉冲。消除器件瞬时脉冲损坏的最佳方法是将瞬时电流从敏感器件带到地面。通常，TVS与电路板上的受保护电路并联连接。因此，当瞬时电压超过电路的正常工作电压时，TVS将发生雪崩击穿，为瞬时电流提供超低阻抗路径。结果，瞬时电流通过TVS短接到GND，以避免受保护的器件。当瞬时脉冲结束时，TVS二极管自动恢复到高阻抗状态，整个电路恢复到正常电压状态。

典型电路特性图

智能电表行业通常使用RS-485通信。下图显示了RS-485通信接口的典型应用。在保护RS-485接口形成静电或浪涌损坏时，SMBJ5.0CA通常用于进行接口保护，如图3所示。当静电或浪涌电压高于5V时，SMBJ5.0CA将开始钳位电压低电平。如果电流超过峰值电流IPP，则最终电压钳位在9V左右，从而保护后级免受损坏。

RS-485接口保护电路

集成运算放大器对外部电应力非常敏感。因此，在运算放大器工作期间，由于不正确的操作或异常工作条件，经常会出现过大的电压或电流，尤其是浪涌和静电脉冲，从而容易损坏运算放大器或故障。一个5V输出的直流电源，其稳压器输出带有SMBJ5.0CA，可以保护设备使用电源，还可以吸收晶体管集电极中的电路，使发射极峰值电压保护晶体管。因此，建议在每个稳压源的输出端添加SMBJ5.0CA管，这样可以大大提高整机的可靠性。

运算放大器输出级保护图

直流电源输出级保护图

电涌保护装置可以分类为限压装置，例如气体放电制动器，金属氧化物变阻器，抑制二极管，三端双向可控硅开关元件，双向可控硅开关和开关或限流装置，如熔断器，断路器和热断路器。让我们来看看电压保护，因为这与火炬保护更相关。

下面是基本的瞬态电压抑制器设备的概述：

瞬态电压抑制器设备的概述表

4.2 PTC热敏电阻过流保护

应用原则

当电路处于正常状态时，通过PTC热敏电阻进行过流保护的电流小于额定电流。PTC热敏电阻处于正常状态，电阻小。当电路发生故障时，电流大大超过额定电流，PTC热敏电阻突然发热，呈现高阻态，使电路相对“断开”，保护电路免受损坏。故障排除时，PTC热敏电阻会自动返回低阻态，电路恢复正常运行。

通常有三种类型的过温和过温保护：

1）电流过载（见下图）：RL1负载曲线是正常工作状态。当负载电阻减小时，如变压器短路，负载曲线从RL1变为RL2，超过B点，PTC热敏电阻进入保护状态。

电流过载保护图

2）电压过载（见下图）：电源电压升高，如220V电源线突然升至380V，负载曲线从RL1变为RL2，超过B点，PTC热敏电阻进入保护状态。

电压过载保护图

3）温度过热（如图）：当环境温度上升超过一定限度时，PTC热敏电阻伏安曲线从ABE变为A-B1-F，负载曲线RL超过B1点，PTC热敏电阻进入保护状态。

过流保护电路图

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