關于過電壓抑制

瞬變威脅—什么是瞬變?

電壓瞬變的定義是電能的短時激增，它們是先前存儲的電能或者通過其他方式(比如大電感負載或雷電)引入的電能的突然釋放的結果。在電氣或電子電路中，這種能量可以通過控制開關動作，或通過隨機誘導來從外源的電路中以一種可預測的方式得到釋放。

重復性瞬變常常歸因于電動機、發(fā)電機或者反應性電路原件的切換。而另一方面，隨機瞬變通常是由閃電和靜電放電(ESD)引起的。閃電和ESD的發(fā)生一般是不可預知的，并可能需要對精細監(jiān)測進行精確的測算，特別是當瞬變在電路板層面上誘發(fā)的情況下。許多電子標準工作組使用公認的檢測或測試方法已經(jīng)對瞬變電壓進行了分析。幾種瞬變的關鍵特性如下表所示：

表1：瞬變來源舉例以及強度。

瞬變電壓尖峰的特性

瞬變電壓尖峰通常呈現(xiàn)出一個“雙指數(shù)”波動。對于閃電和ESD這兩種瞬變源，這種波動如下圖所示。

圖1：閃電瞬變波形。

圖2：ESD測試波形。

雷擊的指數(shù)上升時間范圍在1.2μsec到10_sec之間(基本上是10%到90%)，持續(xù)時間在50_sec到1000_sec之間(峰值的50%)。另一方面，ESD是一種持續(xù)時間更短的事件。上升時間少于1.0ns也是典型特點。整個持續(xù)時間大約為100ns。

為什么瞬變愈發(fā)令人擔憂?

元件小型化導致對電應力的敏感性增加。例如，微處理器具有無法應對ESD引起的高電流的結構和導電路徑。此類元件在非常低的電壓環(huán)境下工作，因此電壓干擾必須加以控制，以防止設備中斷以及潛在的或災難性故障。

如今，敏感的微處理器在范圍廣泛的器件中得到普遍應用。從家用電器，如洗碗機，到工業(yè)控制，甚至玩具中都會使用微處理器來提高功能性和效率。

現(xiàn)在大多數(shù)車輛也會采用多個電子系統(tǒng)來控制發(fā)動機、車內溫度、剎車，或者在某些情況下，控制轉向、牽引系統(tǒng)和安全系統(tǒng)。

許多電器和汽車內的子組件或支持組件(如電動馬達或附件)都會將整個系統(tǒng)暴露在瞬變威脅之下。

精心的電路設計不僅要考慮環(huán)境場景，還要計入這些相關組件的潛在影響。表2列出了各種組件技術的易損性。

表2：器件易損性的范圍。

瞬變電壓情境

靜電放電(ESD)

靜電放電的特點是非常快速的上升時間、非常高的峰值電壓和電流。這種能量是物體之間正負電荷不平衡的結果。

日?；顒铀a生的靜電放電會遠遠超過標準半導體技術的易損性閾值。以下是幾個例子：

● 走過地毯：

35kV @ RH = 20%; 1.5kV @ RH = 65%

● 走過塑料地面：

12kV @ RH = 20%; 250V @ RH = 65%

● 工人在工作臺上工作：

6kV @ RH = 20%; 100V @ RH = 65%

● 乙烯信封：

7kV @ RH = 20%; 600V @ RH = 65%

● 從辦公桌上拿起塑料袋：

20kV @ RH = 20%; 1.2kV @ RH = 65%[!--empirenews.page--]

閃電感應瞬變

一次直接的雷擊顯然是毀滅性的，然而由閃電引起的瞬變并不是直接雷擊的結果。

當雷擊發(fā)生時，雷擊事件可產生能在附近電纜上引起大幅度瞬變的磁場。云到云的雷擊不僅會影響到架空電纜，還能影響到埋地電纜。一個即使是1英里外(1.6公里)的雷擊也會在電纜上產生70伏的電壓。在云對地的雷擊中(如下圖所示)，所產生的瞬變影響更大。此圖顯示了感應雷電干擾的典型電流波形。

電感負載切換

電感負載的切換產生高能量瞬變，會隨不斷增加的重負載大幅增加。當電感負載被切斷時，崩潰的磁場被轉換成呈現(xiàn)為一個雙指數(shù)瞬變的電能。取決于不同的來源，這些瞬變的強度可高達數(shù)百伏和數(shù)百安，持續(xù)時間達400毫秒。典型的感應瞬變來源包括：

● 發(fā)電機

● 繼電器

● 馬達

● 變壓器

這些實例是電氣和電子系統(tǒng)中所常見的。由于負載的大小因應用而各有不同，波形、持續(xù)時間、峰值電流和峰值電壓都是存在于真實世界的瞬變中的變量。一旦可以對這些變量進行估計，就可以選擇一種合適的抑制器技術。

下圖顯示了因汽車充電系統(tǒng)的交流發(fā)電機內的存儲電流而產生的一次瞬變。

汽車中其他直流電動機也會導致類似的瞬變。例如，直流電動機電力設施，如電動鎖、電動座椅和電動車窗。這些直流電動機的不同應用會對敏感的電子元件產生與外部環(huán)境中所產生的瞬變一樣有害的瞬變。

TVS(瞬態(tài)抑制二極管)產品選型指南

TVS二極管(瞬態(tài)抑制二極管)被用于保護半導體元件免受高電壓瞬變損害。它們的pn節(jié)具有比普通二極管的pn節(jié)更大的橫截面積，使得它們能夠將大電流接地而不遭受損壞。Littelfuse供應峰值額定功率在200W到30kW范圍、反向斷態(tài)電壓在5V到512V范圍的TVS二極管(瞬態(tài)抑制二極管)產品。