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电脑与通信设备的防雷与防静电解决方案

电脑与通信设备的防雷与防静电解决方案

杜尧生:欢迎参加这个基础研讨会,也感谢各位同仁,我们老朋友,新朋友来参加这个会议,我是来自 Littelfuse的杜尧生。
今天主要讲的是电路保护,包括静电,防雷技术的方案,以及Littelfuse新的产品在各种方案推广使用中的情况。
说到电路保护,Littelfuse是一家提出整个电路保护领域解决方案,以及生产元器件的公司。它主要做器件类的保护,方案里面器件怎么去使用,器件怎么在电路中发挥它最大的作用,保护一个是过压保护,一个是过流保护。过压保护是电压的变化,我们看到这个波形就是电压的损变,静电、雷击表现都超过我们的承受值,需要把这个电压限定在我们可以接受的安全范围之内。通常前面是保护器件,保护器件就像设备闸一样,把这个波形抑制到一个我们能够接受的范围。最终的目的是把这个电压降下来,降电压有两种方式,Littelfuse是科瑞迪瓦依斯,一个是科瑞迪德阿斯,把电压降到一个安全范围之内,并且不能跌落,只是把电压钳在某一个值,另外一个科瓦德,以电连的形式把电压和能量泄放掉,前面是闸流式,像水闸一样,根据不同的信号有不同的应用。
本次电路保护与电磁兼容研讨会的主办方 中国电子展(www.aidzz.com)、电子元件技术网(www.cntronics.com)和我爱方案网(www.52solution.com)谢谢!而下面我们来说说电压,说到电压就要讲到波形,通常我们按照IEC标准来做,所有器件的特性研发设计也都是根据这些特定的波形,比如8*20的波形,8*20设定一个上升时间,根据这个指定时间,我们可以设到11天,11天在通讯里用的是比较宽的波形,当然这个波压最终有电流的波形,也有电压的波形。
最大的能量我们希望在哪里呢?半周期的能量能够最大可能的泄放,顶峰值能抑制,以电流、热的形式把它泄放掉,这就是保护器件能够起到的一个作用。因为82 微米感应流波形的特色,82是感应雷电的波形。还有11天可能在通讯里面出现的波形,这个波形针对不同的器件来满足它不同的特性。我们按照 IEC61000-4-2标准,实际上我们可以观察这个器件,它在很短的时间内可以提升到一个比较大的值上,另外它有第二个波冲下来,从这个波形里面我们看它的能量点,它第一个波形的电流值实际是30纳米,一直到60纳米。
通常八千伏、15千伏,这两种放电模式是根据人体的模型定义出来的,人体的模型可能不是直接感应,但是示波器可以牢牢抓住静电的波形。它对静电的敏感,因为以前对静电整个器件在敏感等级上有一些不同的要求。比如我们最常用的八千伏,或者15千伏的要求,因为这种情况是经常出现,比如你的手机装在口袋里面,特别到北方去,无时无刻不会受到静电的影响,从口袋把手机掏出来“啪”的一声手机就坏了。最后的静电反映在客观上,我们用量化来看静电的波形,这个波形也是国际电工委员会,经过非常严格的讨论以后来定义的,我们的器件,如何实现保护,最基本的一点就是满足一些安全的标准,当然也满足电磁兼容的标准,所有的器件根据这个波形的特性进行进一步的开发。
这是我们器件的特性,这个特性也是针对前面讲到静电的特性设计出来的,比如这个器件是一个TVS的器件,TVS是一种功率性的TVS,或者它是钳位式的,这个通过转折点可以把电压VC,它的钳位电压,在电源口可能是单向的,在其它的信号端我们使用双向的,进行一些静电的保护,或者过压的保护。TVS在传统中使用是最广泛的,也是目前市场上见到最多的。这是它的VA曲线。这是我们另外一个曲线,大家可以看出来,因为这个器件长的跟TVS一样,它封装形式都是一样,但是它的特性跟TVS不一样,实际这个器件不是TVS,是固体放电保护器。我们针对几个指标,看到最关键的一点,就是在VBO的时候进行一个转折,相当于闸门似的,把它打开。
上面资料来自电子元件技术网的元器件知识库( http://www.cntronics.com/public/baike )栏目或是我爱方案网的知识堂( http://www.52solution.com/knowledge )频道!另外,我们有一个通流量最大值,针对不同的雷电波形,分ABCDE几个等级,电流可以继续往上跑,跑到一个大值会来向下跌落,还有一个最小电流点,低于它时像阀门一样弹起来,叫闸门式防护器,这种保护器最大的好处是可以把过压的能量以电流的形式泄放掉,另外它会把电压放在安全的等级上,VT大概只有4伏左右,有的可能在20伏,但是这个值远远把电压钳在可以接触的一个比较小的范围之内,这个器件在数据通讯端口,用着非常好,但是它通常不用在电源口,因为我们不喜欢电源口出现短路的情况,电源电压可以在一个安全范围之内,这个器件在通讯方面应用非常广泛,尤其在通讯板,或者有些数字接口板上用的比较多。它用了 485,232,一些工程师对这个器件应用特性有一些误解,所以这一次着重讲了一点。
这是气体放电管,前面也有把它叫做半导体放电管,或者叫固体放电管,就是它有放电的特性,当然这是最传统意义上的应用,电压也是一个转折,最后以电流的形式泄放掉。
压敏电阻在防雷等方面应用广泛,它的曲线跟TVS相像,TVS可能更陡一点,反应速度TVS更快一点,但是它的经济性更好,在防雷领域有更广泛的应用,主要材料是氧化锌。但是它有一个不好的地方,就是失效会短路,会把周围的东西都点燃,当然Littelfuse针对这点不足也有独特的解决方案。
完整版原文地址:http://www.cntronics.com/public/seminar/content/type/article/rid/118/sid/23
这是一个组合的应用,利用TVS反应比较快,另外钳位比较低的特点,可以把二者组合起来,这是一个差模电源,它有一个好处,通过改变平滑电源,可以控制 EMA的特性、噪音,对整个EMP的特性、辐射和传导有比较好的应用。因为对于这个电路,我测了前面电压还是比较高,不起作用,实际上我们知道这两个器件的功能,压敏电阻的功能在哪里?工作电压是220V,钳位至少400伏,如果后面电压还是比较高,后面的被保护设备损坏掉。如果我们在后面加一个 TVS,TVS大部分能量通过这个压敏电阻牺牲掉,通过TVS精准钳位,这两个器件组合起来会达到一个较低的钳位电压,较大通流量的特性。
另外一个高能量的TVS,Littelfuse从达拉斯的技术慢慢开始在国内应用,我们开发了AK系列TVS,我们标的瓦数,一万瓦,三万瓦,只是相对的意义,没有直接现实的意义,因为这个值没法量化,设计电路的时候不一定1500瓦电流,比如820微秒的电流能够通多大的波形,这两个点是重合的,功率点标注。做特性,我们用11千的波形来规定TVS的规律,但是这个TVS是用电流的方式来定义,比如它通流量是多少?六千,10千。6千代表什么概念?就是 820的波形我们能打12000伏,甚至更多,这个器件达到15千安它都没有损坏,这个器件的可靠性是余量非常大,尺寸非常小,大概有拇指大小。再大、再厚一点,我们可以做到10千安,15千安,另外它的使用寿命都比较长。它用在汽车电子,工业要求比较高的地方。2012最新的第十二届电路保护与电磁兼容研讨会正在火热筹备中,现在在线抢注,可以免费获得价值300元的研讨会入场卷。在线报名地址是: http://www.cntronics.com/public/seminar/
另外Littelfuse还提供SDP/SEP以太网,通讯的解决方案.最大通流量,它是按照K40,或者K41的标准做出来,这个器件有一点应用麻烦,要加一个钳位电压,为了保证信号传输的完整性,两端需要加偏压。保证它的通流量,频率、频带还可以,较低速率的时候可以把两边悬空。
这是一些比较,比如它两端,三端的比较。但是我们这个SDP/SEP的产品,在DSL里面可以满足整个的需求,它会对整个口有很好的保护。它的功耗非常小,因为这个器件可以把GDT什么都省掉,它对交流线的搭接,对一些共模插模的要求,都能满足。一个器件可以代表很多器件,来保证最大的可靠与安全性。
这是传统ADSL,XDSL的保护,一个桥的概念,可以保护共模插模,串联有时候电压比较高,在使用过程中,FT03性能更好,因为它只有一个器件就可以满足整个设计的需求。这是SB2.0、USB3.0系统的解决方案。当然了类似的方案,HDMM端口也是用同一个保护器件。
这个器件最大的好处是直通特性比较好,相对于封装,直接放进去就可以,而不用麻烦。比如ESR,等效电缆比较好,当然了,怎么用保护,我们还有好多的概念,布线的要求。
今天这个讲义就讲完了,有什么问题可以简单问几句。
提问:我想问一个关于TMOV的问题,TMOV对温度比较敏感,有没有保险丝,我怎么装到我的板子上呢?
杜尧生:它常规通流量是保证不坏,另外这个保险丝跟氧化锌是封在一起,回流焊都没有问题,即使保险丝熔化掉。因为它完全满足焊接曲线的要求,这个是没有问题的。
提问:我想问一下,您讲的压敏电阻,它的失效模式一定是短路?
杜尧生:是的,一定是短路,除非短路之后再烧开。
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