电路保护

重要性

　　在各类电子产品中,设置过电流保护和过电压保护元件的趋势日益增强,之所以如此,归纳起来主要有以下几个方面的因素：

　　（1）随着电子产品发展的需求,IC的功能(集成度)也越来越强,其“身价”自然越来越高贵,因而需要加强保护。

　　（2）为了降低功耗、减少发热、延长使用寿命,半导体元件和IC的工作电压越来越低,据SIA(美国半导体行业协会)统计,目前工作电压在1.5V左右,到2004年将降到1.2V以下,因而其抗过电流/过电压的能力需要适应新的保护要求。

　　（3）移动式电子产品越来越多,如手持机、PDA、笔记本电脑、摄录机、数码相机、光盘机等,这些电子产品都需要电池组件作为电源,在电池组件和电池充电器中都必须配备保护元件。

　　（4）在现代豪华型汽车中,装备的电子设备越来越多,而且工作条件比一般的电子产品更恶劣,如汽车行驶状况和环境瞬息万变、汽车起动时会产生很大的瞬间峰值电压等。因此,在为这些电子设备配套的电源适配器中,一般都需要同时安装过电流和过电压保护元件。

　　（5）众多电力/电子产品都需要防止雷击以及电源线与电话线的交扰,以保证正常通信和用户人身安全。所以,随着电力/电子产品的发展,过电流/过电压保护元件的需求呈上升趋势。

　　（6）据统计,在电子产品出现的故障中，有75％是由于过电流/过电压造成的。IBM曾分析过计算机电源的故障原因,其中88.5％是由于过电流/过电压造成的。随着人们对电子产品质量的苛求,制造厂家为了提高市场竞争力,就必须大量采用电路保护元件。

几种常见类型

　　1.过流保护（over current）

　　是当电流过大时自动断电，防止电路与案件因超过额定电流而造成的损坏。

　　2.过压保护(Over-Voltage Protection)

　　主要是防止过电压或静电放电(Discharge Suppression)对电子元器件的损坏，被广泛地应用于电话机、传真机及高速传输接口(USB,IEEE1394,HDMI,SATA)等各种电子系统产品，尤其是电子通讯设备,对于如何避免因为电压异常(Over-Voltage or EOS(Electrical Over-Stress))或静电放电(ESD)而对电子备造成伤害损失尤为重要。

　　3.过温保护（OT）

　　温度保护组件从商品化到现在，已经走过了一个甲子，目前过温保护组件广泛运用于对温度有特殊要求的场合，此类保护组件按照作动原理可分为化学药品作动型、低温合金作动型，其中化学药品作动型产品的主要特点是可以做低温型产品（目前有做到48℃），但结构较为复杂，成本较高；低温合金型作动主要是一根直径较大的低温熔丝起导通作用，必须保证在通过额定电流产生的热量不会使熔丝熔化，此低温熔丝一般是通过调节锡（Sn）、铜（Cu）、银（Ag）、铋（Bi）、铟（In）等成份的比例来调节其熔点。

　　4.过温过流保护（TFR）

　　近年来，随着应用的提升, 单纯的温度保护功能, 已不能满足日新月异电器、电机、马达及3C产品安全保护的需求, 因此再研发出能因应因温度、电流及电压异常情况下同时监控并及时保护的组件, 而此样组件的兴起主要以锂离子电池及锂高分子电池为应用。

　　5.过流过压（OCOV）

　　随着现代电子产品的复杂化，对于保护组件运用的要求也日益提高，如保护的全面性、有限的预留空间等，随着这些要求的提出，保护组件界掀起了一场组合封装的热潮，如上面提到过流过温保护也算组合封装的一种，但过流过压保护组合封装产品目前大多数还处在研发阶段，还没有成熟的商业化产品面市。

方法举例

　　一、过压保护

　　过压的原因

　　1 操作过电压:由拉闸,合闸,快速直流开关的切断等 经常性操作中的电磁过程引起的过压.

　　2 浪涌过压:由雷击等偶然原因引起,从电网进入变换 器的过压.

　　3 电力电子器件关断过电压:电力电子器件关断时产生 的过压.

　　4 在电力电子变换器-电动机调速系统中,由于电动机 回馈制动造成直流侧直流电压过高产生的过压.也称为泵升电压.

　　过压保护的基本原则是:根据电路中过压产生的不同部 位,加入不同的附加电路,当达到—定过压值时,自动 开通附加电路,使过压通过附加电路形成通路,消耗过 压储存的电磁能量,从而使过压的能量不会加到主开关 器件上,保护了电力电子器件.保护电路形式很多,也 很复杂

　　二、过流保护

　　过流的原因

　　当电力电子变换器内部某一器件击穿或短路,触发电路 或控制电路发生故障,出现过载,直流侧短路,可逆传 动系统产生环流或逆变失败,以及交流电源电压过高或 过低,缺相等,均可引起变换器内元件的电流超过正常 工作电流,即出现过流.由于电力电子器件的电流过载 能力比一般电气设备差得多,因此,必须对变换器进行 适当的过流保护.变换器的过流一般主要分为两类:过 载过流和短路过流.

　　过流保护的方法

　　(1) 交流进线电抗器,或采用漏抗大的整流变 压器,利用电抗限制短路电流.但正常工作时有较大 的交流压降.

　　(2) 电流检测装置.过流时发出信号,过流信 号一方面可以封锁触发电路,使变换器的故障电流迅 速下降至零,从而有效抑制了电流.另一方面控制过 电继电器,使交流接触器触点跳开,切断电源.但过 流继电器和交流接触器动作都需一定时间(100～ 200ms).故只有电流不大的情况这种保护才能奏效.

　　(3) 直流快速开关.对于大,中容量变换 器,快速熔断器的价格高且更换不方便.为避免过流 时烧断快速熔断器,采用动作时间只2ms的直流快速开 关,它可先于快速熔断器动作而保护电力电子器件.

　　(4) 快速熔断器 快速熔断器是防止变换器过流损坏的一道防线.在 晶闸管变换器中,快速熔断器是应用最普遍的过流保护 措施,可用于交流侧,直流侧和装置主电路中.其中交 流侧接快速熔断器能对晶闸管元件短路及直流侧短路起 保护作用,但要求正常工作时,快速熔断器电流定额要 大于晶闸管的电流定额,这样对元件的短路故障所起的 保护作用较差.