电路保护：集成的电路保护可以防止过流、过热及过电压造成损坏

2008年10月28日10:41:55 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

作者：Philippe Di Fulvio，泰科电子公司瑞侃电路保护产品事业部高级应用工程师

金属氧化物压敏电阻器（MOV）通常在输入交流电路中用来抑制瞬时过电压。闪电、电感性负载接通和切断或者电容性负载的切换都可能会产生瞬时过电压。在这些应用中，也可能存在持续的异常过电压/限流情况，这些有可能导致MOV的温度失控，导致过热、漏气，还可能会引起火灾。

新型MOV的过热保护性能增强了，能够保护各种各样的小功率系统，防止过流、过热及过电压等造成损坏，其中包括雷击、静电放电（ESD）、中线断开、输入电压不正确和电力线感应等。

这些电路保护器件广泛地用于交流供电的设备，包括交流电源、LED照明系统、PLC网络适配器、移动电话充电器、交流/直流电源转换器（在输入电压为交流230 V时，较大输入为30A）、调制解调器的电源、交流保护模块、交流电表，以及各种家用电器。

集成保护器件可以减少元件数量

在正常运作的情况下，加在MOV上的交流电压不会超过额定的较大交流电压有效值（VAC_RMS），而且，如果瞬时能量没有超过MOV的较大额定值，MOV会把短时间的瞬时电压箝制在一个适当的电平上。然而，在异常的过电压/限流持续存在的情况下，例如中线断开，那么MOV的温度就有可能失控。

为了保护MOV，防止它的发热过多、温度过高，往往使用热敏型断路（TCO）元件，把它与MOV串连起来。在常见的电网电压瞬态保护方案中，也可以用一个热敏保护元件，例如用一个熔断器来保护系统，防止因为电流过大、超过预定数值而造成损坏。

电流过载和温度失控

泰科电子的2Pro™器件包含一个高分子聚合物正温度系数（PPTC）过流保护元件和一个MOV元件，它们构成过热保护器件，在电流过大时，可以实现可自复位限流，在出现电压过载时，可以实现电压箝位。用这种集成保护器件，可以帮助制造商达到工业试验的要求、减少元件数量、提高设备的可靠性。

在通用的输入电压范围内，没有保护的普通MOV元件的较大交流额定电压275V（有效值）。在中线断开的情况下，即使是在上游的电路中使用了熔断器或功率电阻器，MOV可能会过热，造成不良后果。如图1所示，在较坏的情形下，由于中线断开，加在MOV上的电压会达到交流400V，而不是交流230V。在这种情况下，电流会无限止上升，在MOV没有保护的情况下，首先，它的电阻会下降到只有几欧姆，但是，由于在它上面流过的能量很高，它很可能损坏。如果在交流回路中返回到地的通路上，用一个器件来限制电流，由于MOV失灵也可能会过热。

图1. 由于中线断开，各种器件受到的影响。

图1是这些异常的过电压对三种器件或者器件组合的影响：

（1）瑞侃LVM2P-015R10431（2Pro 器件）

（2）单独的MOV器件（10毫米、275V（有效值）- ROV10-431K）

（3）MOV/4W大功率电阻器（10欧姆）

2Pro器件中的PPTC元件可以防止温升失控，把压敏电阻器的表面温度保持在低于150℃，并且防止瞬时过电压引起2Pro器件的温度上升到不安全的温度。

这种方法能够帮助制造商达到IEC 60950标准和IEC 60335标准的要求，按照IEC 61000-4-5标准对设备进行闪电测试后，仍然可以继续工作（图2）。此外，由于PPTC元件是与MOV串连的，不需要另外使用过流保护元件，从而降低了元件数量并且优化电路板的空间。

图2. 按照IEC61000-4-5 标准进行浪涌测试，得到2Pro LVM2P-015R10431器件的典型响应。

工作原理

虽然加在MOV上的交流电压一般不会超过这个器件连续工作的较高额定电压，但是可能会出现过压瞬变，它会超出这个范围。2Pro器件中包含PPTC元件与MOV元件，在MOV长时间经受连续的电压过载的情况下，可以提高过流保护和过热保护的性能。

在出现过电压瞬变时，例如中线断开，2Pro中的PPTC元件温度上升并且进入高电阻状态，从而减少MOV器件失灵的可能性（图3）。

3. 在中线断开时，2Pro LVM2P-015R10431器件的响应过程。

在本文讨论的试验中用的LVM2P-015R10431器件是10毫米径向引线器件，它有三条引线。在图5所示的电路图中，第一条引线是接PPTC元件，第二条引线是接MOV和PPTC元件串联连接点（提供一个到地的通路），第三条线是接到MOV元件。

图4. 使用Pro电路保护器件的典型电路图。

使用一个小尺寸的电路保护器件就可以减少元件数量，减少在电路板上使用的面积，加在压敏电阻器上的电压过高因而出现故障时，电路板仍然是安全的。用这种器件时，设备能够达到IEC 60950/IEC 60335和IEC 61000-4-5标准的测试要求。

用于电话和VoIP设备的协同式电路保护

在过热保护方面性能增强了的MOV也适合于各种电话和VoIP设备的过流保护和过电压保护。这些设备包括无绳电话、VoIP网关、数据调制解调器、机顶盒、安全系统、MDF（主配线架）组件、模拟线路卡和ISDN（综合业务数字网）线路卡。

由于VoIP网关广泛地用在家用设备和企业中，因而对客户端设备的安全要求变得日益严格。2Pro器件能够帮助设备制造商达到UL 60950安全标准的要求，在经过规定的闪电试验后，仍然可以使用。使用这种保护器件后，设备可以达到TIA-968-A、IEC 60950以及 ITU-T K.20/K.21浪涌测试标准的要求。UL 497A列出的保护器也可以实现ESD保护。
在图5和图6中说明了在不接地和接地的电路保护方案中，如何使用这种器件。

图5. 在不接地的系统中使用2Pro保护器件。

图6. 在接地系统中使用2Pro保护器件。

总结

使用协调式电路保护可以减少需要的电路板空间，并且降低减少元件，提高设备的可靠性。具有过热保护的MOV具有自复位功能，它也能帮助制造商减少因为瞬态过电压而造成的返修，并且减少客户的投诉。

电路保护：集成的电路保护可以防止过流、过热及过电压造成损坏

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