電路保護(hù)：添加一個(gè)合適的器件效果是一加一大于四

添加組件以提供針對(duì)內(nèi)部和外部事故的電路保護(hù)是那些吃力不討好的設(shè)計(jì)工作之一，類似于購買保險(xiǎn)。當(dāng)它不需要時(shí)，它似乎是一個(gè)額外的負(fù)擔(dān);當(dāng)你確實(shí)需要它時(shí)，很難知道它是否足夠。盡管遵循監(jiān)管要求和最佳實(shí)踐是一個(gè)不錯(cuò)的起點(diǎn)。需要保護(hù)的最常見故障類別包括由內(nèi)部或外部短路、浪涌和組件故障引起的過壓事件。

三種基于組件的策略可用于提供過壓保護(hù)： 1) 通過一個(gè)開關(guān)將相關(guān)的過電流轉(zhuǎn)移到地，一旦超過閾值電壓，該開關(guān)將變?yōu)榉浅５偷淖杩?2) 通過保護(hù)線路兩端的電壓鉗消散多余的能量;3) 當(dāng)超過閾值時(shí)，以類似熔斷器的動(dòng)作斷開關(guān)注線。

有許多組件可用于實(shí)施這些策略。其中一些在故障發(fā)生時(shí)充當(dāng)撬棒和臨時(shí)短路線，而另一些則充當(dāng)鉗位，將瞬態(tài)電壓限制在預(yù)設(shè)限值內(nèi)，直到故障消失。請(qǐng)注意，“撬棍”一詞可以追溯到電力系統(tǒng)的早期階段，當(dāng)時(shí)工人們實(shí)際上會(huì)將金屬撬棍放在失控的電源總線上以使其短路。

在眾多保護(hù)選項(xiàng)中，氣體放電管 (GDT)、晶閘管、金屬氧化物壓敏電阻 (MOV) 和多層壓敏電阻 (MLV) 器件、瞬態(tài)電壓抑制器 (TVS) 甚至齊納二極管等等。通常會(huì)看到其中幾種設(shè)備組合使用以提供整體保護(hù)并在互惠互利的關(guān)系中解決每種設(shè)備的固有缺點(diǎn)。顯然，故障和保護(hù)組件及其動(dòng)作還有很多。

例如，為了提供一種過壓保護(hù)解決方案，該解決方案幾乎沒有泄漏電流，從而延長(zhǎng)使用壽命，設(shè)計(jì)人員通常采用雙組件布置。這種混合方法結(jié)合了兩個(gè)分立元件：串聯(lián)的 GDT 和 MOV(以及組合的電壓與時(shí)間曲線。顯然，這種雙組件方法需要更多的電路板“空間”，并在物料清單 (BOM) 中添加了另一個(gè)組件。

但還有一個(gè)更大的問題和復(fù)雜性：MOV 和 GDT 區(qū)域的電路板布局通常受制于規(guī)定最小爬電距離和電氣間隙的監(jiān)管要求。間隙是空氣中兩個(gè)導(dǎo)電部件之間的最短距離;爬電距離是指兩個(gè)導(dǎo)電部件之間沿固體絕緣材料表面的最短距離。

這些距離隨著電壓的增加而增加。因此，MOV 和 GDT 組件的實(shí)際布局增加了對(duì)電路板布局考慮的另一個(gè)關(guān)注和限制。

最近，我看到了一種相對(duì)較新的保護(hù)裝置，它是兩個(gè)現(xiàn)有裝置的組合，但不僅僅是兩個(gè)獨(dú)立組件的簡(jiǎn)單、明顯的共同封裝。Bourns 的IsoMOV 系列混合保護(hù)組件中的器件將 MOV 和 GDT 組合在一個(gè)封裝中，提供與串聯(lián)的分立 MOV 和 GDT 等效的功能。

看一下 IsoMOV 的結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，它不僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的 MOV 和 GDT 共同封裝在一個(gè)共享外殼中。取而代之的是，集成設(shè)備將兩者合并以創(chuàng)建功能等效的分立 MOV 和 GDT 串聯(lián)。

磁芯組裝完成后，連接引線并涂上環(huán)氧樹脂。結(jié)果是一個(gè)熟悉的徑向圓盤 MOV 封裝，它僅比類似額定值的傳統(tǒng)器件稍厚且直徑更小。此外，由于金屬氧化物技術(shù)的專利設(shè)計(jì)正在申請(qǐng)中，IsoMOV 組件在相同尺寸下也具有更高的額定電流。消除了占位面積損失和爬電距離/間隙問題。

電路保護(hù)裝置不僅僅是“兩全其美”，因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)還有其他優(yōu)勢(shì)。MOV 故障(是的，它們具有眾所周知的故障模式)通常以金屬化區(qū)域邊緣的所謂“浪涌孔”為特征，這通常是由浪涌期間該邊緣的 MOV 內(nèi)部溫度升高引起的. Bourns 說，這項(xiàng)技術(shù)旨在大幅減少或消除這種故障模式。

當(dāng)組合產(chǎn)品不僅僅是其組成部分的總和時(shí)，它總是很有趣。在這里，除了明顯節(jié)省空間外，這種組合還提供了性能和法規(guī)遵從性優(yōu)勢(shì)。通過退后一步思考“開箱即用”(實(shí)際上，這里是“開箱即用”)并查看內(nèi)部結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，保護(hù)裝置提供了真正的好處。

我們經(jīng)常看到通過共同封裝實(shí)現(xiàn)更高水平的功能集成，從而產(chǎn)生更小的外殼或 IC，這通常是一件好事，但有時(shí)在性能妥協(xié)方面也有不利之處。但是，這里的情況似乎并非如此。事實(shí)上，這是我近年來第二次看到小型非 IC 組件出現(xiàn)這種情況。一些供應(yīng)商已經(jīng)在一個(gè)外殼中設(shè)計(jì)了可充電電池和超級(jí)電容器的組合，它提供的不僅僅是更小的共同封裝。相反，它展示了對(duì)設(shè)備構(gòu)造和物理特性的基本重新思考。結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于兩個(gè)單獨(dú)的能量存儲(chǔ)組件的總和。