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各类过压保护器性能谁与争锋?

2022-06-30

 过压保护器按照伏安特性可以分为两大类:分别是钳位型和开关型;钳位型电压保护器包括:瞬态电压抑制二极管(TVS)、静电保护元件(ESD)、压敏电阻(MOV);开关型电压保护器包括:陶瓷气体放电管(GDT)、玻璃气体放电管(SPG)、晶闸管(TSS)。这些保护器之所以有存在的必要性,肯定自身都有的看家本领,在这里还不怎么了解“钳位型”、“开关型”电压保护器的特点的朋友们,我先帮大家科普一下:

 

钳位型过压保护器件:

瞬态抑制二极管

压敏电阻

静态保护器件


 钳位型过电压保护器件的伏安特曲线如下图所示,当电压达到钳位型过电压保护器件的击穿电压时,其电阻瞬间减小为低阻抗,泄放大浪涌电流,从而将浪涌电压限制在一个较低的水平。其特点是器件导通后,钳位电压会高于器件的击穿电压,器件两端的钳位电压与瞬间通过的浪涌电流大小成正比关系。钳位型过电压保护器件常应用于电源线、低频通信线路的过电压防护。


                                             钳位型过压保护器(V-I曲线) 


                                        开关型过电压保护器件(V-I曲线)



开关型过电压保护器件:

开关型过电压保护器件的伏安特曲线如下图所示,当电压达到器件的击穿电压后,其电阻瞬间减小为低阻态,泄放浪涌电流,并将浪涌电压限制在一个较低的水平。开关型过电压保护器的特点是器件导通后其两端的电压会低于器件的击穿电压,常用于通信系统高频信号浪涌防护。

了解了钳位型和开关型过压保护器的工作原理后,我们从通流量、响应速度、电容、直流击穿电压精度、脉冲击穿电压这些特停进行比较钳位型过压保护器件与开关型过压保护器件的综合性能。

从上图表可以看出,各类过电压保护器件中GDT为通流量最大的器件,GDT的导通为气体电离形成导电通道,需要较大的能量去激发它,有一个能量累积的过程,所以GDT的响应时间是所有过电压保护器件中最慢的一个。利用GDT电容低,绝缘阻抗大的优点,可用于高速通信线路防雷保护,如同轴电缆、电话线接口、高清视频接口、以太网口等。


MOV的通流量仅次于GDT,响应速度为纳秒级,广泛应用于电源线,低频信号的防雷保护。MOV是由氧化锌和其他金属氧化物采用材料混合及高温烧结的工艺制成的多晶半导体材料,其晶格结构决定了它在长期的浪涌冲击中容易老化。而GDT和SPG具有较大的绝缘阻抗,可以在AC输入端常和MOV串联来应用,以减缓MOV的老化。


Hyperfix这款器件为超大功率TVS,它采用大面积芯片叠加制成,比普通的TVS功率大十几倍甚至几百倍,可直接替代MOV应用于交流输入端口的第一级防雷保护,它具有通流量大、响应速度快、无老化、钳位电压低等优点,适用于对防护器件要求较高的应用场合,比如通信电源、飞机、火车等领域。


TSS为一种具有负阻特性的浪涌保护器件,由于其特殊的PNPN结结构设计,在相同的芯片面积上,TSS可以做到比同尺寸及电压的TVS通流量大几倍。而电容比同规格的TVS小几倍,可用于一些低速通信线路的浪涌保护,同时TSS具有较高的性价比,是毒素通信浪涌防护的理想选择。


TVS为单个PN结或多个PN集成在一起的器件,具有反映速度快,钳位电压低,电压精度高等优点。TVS一般采用贴片或插件封装,体积较小,常用于直流电源线或低速通信线路的浪涌防护。


ESD为静电元件,由多个二极管或TVS组合而成的具有特定线路布局的TVS阵列,其导通时间较TVS慢一些。静电放电一般为纳秒级的脉冲,破坏力相对较小,所以ESD器件的芯片晶粒面积也较小,可以做到小型微型化封装。通过电路结构设计,ESD器件结电容最小可以做到零点几个皮法,适用于高速数据线路的ESD防护,比如:HDMI、USB3.0、IEEE1934等。



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