【技术大神】压敏电阻和放电管在电源防护中的应用

2016-09-28 技术大神活动文章
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在我们设计一款安防设备电源时,由于安防设备放在户外,必须要抵御雷击的干扰,因此在设计安防产品的电源时必须考虑雷击浪涌的影响。在最初设计的电源产品中无防护措施,因此经过一个夏季损坏了不少,此时才发现电源浪涌防护及其重要性。


在后来的方案优化中,我们找到了LITTELFUSE,一个国际化的大厂家。或许在很多工程师的认知中Littelfuse是专注于各类防护器件的,但在笔者了解后发现其实压敏电阻和放电管也是Littelfuse做得比较好的产品。根据我们产品工业四级浪涌电流需求,选取了LittelFuse的C-III型压敏电阻,直径选取14mm,电压选取460VAC,放电管选取了1000V的管子CG3 1.0,通流能力可达到5KA,详细的电源防护图如图1所示。


图1:电源防护图


从图1可以看出,整个电路过程是:电源220V从IN1+和IN1-输入,经差共模防护器件,然后经过保险丝到EMI滤波,再到电源模块。浪涌电压同时施加在IN1+和IN1-上面。差模干扰主要通过VAR14的压敏电阻进行释放,VAR14应选取大于220*1.414VDC值,不然上电后会短路。共模干扰L、N主要通过VAR13、VAR12以及DTD4泄放到大地。设计共模防护时,由于压敏电阻的漏电流很大,通常大于10mA的安全漏电流,因此通常会通过压敏电阻+气体放电管的设计来进行共模防护。此设计气体放电管的通流能力大,阻抗可以达到几吉欧姆,漏电流非常小,可有效满足漏电要求。


根据上面设计的PCB进行试验,安防设备正常工作情况下对输入端施加8/20uS的雷击浪涌波形,电压为4KV,施加差模,共模共计三十次,测试时间间距为30S。试验发现设备工作正常,电压模块无损坏情况,电路中也无打火的情况。另外,笔者尝试拆掉前面的防护器件,发现后级的电源模块会在共模情况下出现重启的情况。自此,在实验室的测试基本能够满足模拟室外的情况,后续机器损坏的概率大大的降低。


以下是笔者在整个设计中为了有效的设计电源防护电路及其选型得出的一些经验和注意事项:
1)国际大品牌的Littelfuse防护器件的,是值得信赖的产品,通过压敏+放电管能够有效的解决电源模块重启以及损坏问题。

2)在共模压敏电阻选型时,电阻值应大于持续工作电压的1.414倍,以避免上电短路的情况。

3)在选取压敏电阻和放电管时,应满足8/20us电源浪涌波形,大于2KA的通流能力,并且要留够50%的余量。

4)在共模设计时,有时候需要经过绝缘耐压测试。绝缘耐压和浪涌本是一个矛盾的关系,在无绝缘要求的情况下,压敏+放电的值取得小些为好,最好为输入电压的1.414倍。如果有绝缘耐压的电压需求,例如绝缘要求1.5kVAC,压敏+放电管之和的值需大于1.5KV,并且要留有余量。

5)在PCB板设计时,输入的共模防护电路中,对地的压敏+放电管的泄放通路越短越好,能够保证大的能量快速泄放。

6)一般情况下防护器件放在保险丝之前,可避免大电流烧坏保险丝


有了上述选型和防护经验,加上高大上的Littelfuse的防护器件,电源的防护也就迎刃而解了。


作者:国电南网 吴工

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  • zyl Lv8. 研究员 2017-08-06
  • 叵仄兮 Lv7. 资深专家 2016-09-30
    Littelfuse器件在EMC设计中应用广泛,值得信赖!
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快速参考指南  -  LITTELFUSE  - 2016年01月01日 PDF 英文 下载

Littelfuse(力特) 最专业最齐全的全球领先保护器件

型号- 1.5SMC540CA,SMBJ,1812L,SMBJ8.5CA,5KP200A,SMBJ51A,SMBJ75A,SMBJ70CA,SG75,SL1411A600A,PLED 5 QFN,5KP40A,5KP64A,AC,1812L020PR,SMBJ40A,SMBJ17CA,SMBJ64A,1.5SMC200CA,1.5SMC36CA,5KP18CA,1.5SMC13CA,5KP51A,5KP75A,SMBJ160CA,0312005.MXP,0456040.DR,5KP8.5CA,K1500GRP,1812L110/33MR,SMBJ85A,SMBJ28CA,5KP160CA,CG3,K2200G,5KP78A,1.5SMC510A,60R110XU,5KP,5KP28CA,SMBJ300A,5KP30A,CG35.0,5KP54A,SMBJ150CA,MDCG-4,1206L012WR,1206L110WR,1.5SMC8.2CA,SMBJ16CA,1812L150/12DR,5KP70CA,5KP17CA,CG35.0LTR,5KP180CA,CG32.0,K1100GRP,5KP60A,1.5SMC7.5CA,SMBJ170CA,1.5SMC27CA,SMBJ400A,K1200E70,1.5SMC91CA,SMBJ60A,SMBJ15CA,1.5SMC180CA,1.5SMC400A,5KP16CA,1.5SMC15CA,1.5SMC9.1CA,1.5SMC6.8CA,SL1411A800A,SMBJ26CA,SMBJ400CA,1.5SMC300A,60R050X,60R,5KP26CA,SMBJ90CA,1.5SMC300CA,SL1411A800,1.5SMC530CA,60R010XU,SMBJ70A,SMBJ14CA,1.5SMC530A,5KP170CA,60R075X,60R160X,5KP15CA,5KP85A,1.5SMC16CA,1.5SMC39CA,SM24CANA-02HTG,60R090XPR,1.5SMC82CA,SMBJ48CA,60R300X,1.5SMC200A,5KP12A,5KP36A,5KP24A,5KP48A,1.5SMC36A,1.5SMC24A,1.5SMC12A,0452002.,5KP48CA,5KP200CA,1.5SMC510CA,K2200SRP,SMBJ130CA,SM24CANA,5KP6.5CA,5KP90CA,1.5SMC11A,SMBJ13CA,1.5SMC540A,5KP190CA,SMBJ36CA,5KP11A,1.5SMC47A,0456030.ER,1812L075/33DR,5KP14CA,SL1411A,048502.5,SMBJ24CA,1.5SMC440A,1812L050PR,5KP14A,1.5SMC170CA,5KP26A,CG31.5LTR,CG31.5,5KP24CA,SMBJ90A,SMBJ12CA,1.5SMC400CA,1.5SMC550A,SMBJ58CA,5KP13A,SMBJ188CA,1.5SMC13A,SMBJ350CA,0452001.,1.5SMC18CA,5KP8.0CA,5KP13CA,5KP36CA,AC120,SMBJ5.0A,1.5SMC220A,1812L150/24,0312.062MXP,048502.5DR,K2400G,SMBJ180A,1.5SMC16A,312,SL1411A470A,1.5SMC150CA,5KP20A,1206L035YR,045803.5,1206L050/15YR,5KP100CA,SMBJ11CA,1.5SMC100A,V05E17P,SL1411A090,5KP7.5CA,1.5SMC39A,1.5SMC27A,1.5SMC15A,5KP190A,K1500SRP,5KP210CA,K1500E70,0452007.,5KP12CA,5KP58CA,5KP43A,1.5SMC62CA,SMBJ22CA,SMBJ45CA,CG32.0LTR,452,5KP22A,1.5SMC18A,5KP58A,SMBJ170A,SMBJ10CA,456,458,LV ULTRAMOV,K1500,1206L150PR,60R090X,5KP22CA,5KP45CA,5KP10A,K1200G,5KP5.0A,CG31.01,1812L200DR,SMBJ6.0A,1.5SMC110A,SMBJ33CA,SMBJ250CA,5KP45A,1206L150THWR,5KP33A,5KP9.0CA,5KP180A,5KP11CA,SL1411A350A,1.5SMC160CA,0452005.,SMBJ5.0CA,5KP6.0A,60R110XMR,SMBJ220CA,1.5SMC250CA,1.5SMC480CA,5KP110CA,60R075XPR,045602.5,SMBJ160A,0456030.,1812L200THPR,5KP6.0CA,1.5SMC51CA,K2200GRP,1.5SMC120A,1.5SMC75A,SMBJ78CA,1.5SMC51A,SG300,1.5SMC350A,60R110X,5KP10CA,SMBJ43CA,5KP170A,SMBJ20CA,1.5SMC9.1A,1812L110,5KP33CA,0458007.DR,SMBJ7.0A,1.5SMC30A,1.5SMC480A,1.5SMC,1206L160ZR,1.5SMC250A,TMOV25SP115E,5KP20CA,5KP43CA,SMBJ54CA,SG,SMBJ18A,1812L075/24DR,5KP220CA,1812L010DR,0456040.,1206L200,SMBJ150A,1206L050YR,1.5SMC75CA,60R160XF,0458007.,0452007.MRL,SMBJ6.0CA,1.5SMC130A,5KP160A,K2000F1,SMBJ100CA,1.5SMC7.5A,1.5SMC8.2A,1812L050/30PR,1.5SMC6.8A,5KP78CA,0452001.MRL,0456020.ER,1.5SMC20A,SMBJ6.5A,5KP7.0CA,5KP16A,SMBJ16A,SMBJ30CA,1.5SMC68A,5KP28A,SMBJ28A,1.5SMC56A,5KP6.5A,1812L200,SMBJ188A,K1200,5KP7.0A,SMBJ8.0A,1.5SMC30CA,1.5SMC43A,5KP150A,SMBJ440CA,5KP54CA,SMBJ64CA,60R300XF,5KP15A,K2400,SMBJ17A,1812L300MR,1.5SMC350CA,1206L110,SMBJ250A,SMBJ120CA,1.5SMC43CA,5KP8.0A,1.5SMC20CA,1.5SMC22A,1.5SMC10A,5KP250A,5KP64CA,SMBJ14A,SMBJ75CA,SMBJ26A,5KP18A,1812L300,0456020.,SMBJ110CA,0458001.,SMBJ7.0CA,K1100,SMBJ130A,1.5SMC130CA,0312002.MXP,SL1411A470,SL1411A350,1206L016,SMBJ7.5A,1.5SMC33A,5KP120CA,1.5SMC150A,SMBJ40CA,5KP30CA,SMBJ15A,5KP17A,1206L012,1206L075/13.2WR,K1500G,SMBJ9.0A,045803.5DR,0312035.MXP,SMBJ12A,SMBJ51CA,60R185X,5KP40CA,SMBJ36A,SMBJ24A,SMBJ48A,0452002.MRL,MDSR-10,SMBJ350A,1.5SMC110CA,SMBJ120A,1.5SMC91A,TMOV25S,SMBJ6.5CA,60R030XU,5KP130A,0312002.,1.5SMC160A,5KP75CA,1206L150,SMBJ13A,SMBJ85CA,K2200,1206L035,5KP7.5A,0456025.,1812L075,5KP250CA,SMBJ8.0CA,K2400SRP,1.5SMC22CA,SMBJ8.5A,0452005.MRL,5KP130CA,1.5SMC82A,60R030X,1206L160,SMBJ22A,60R250XF,5KP85CA,SMBJ58A,K2400E70,5KP70A,SMBJ110A,5KP8.5A,1.5SMC68CA,SL1411A600,SMBJ300CA,1.5SMC170A,1.5SMC33CA,1.5SMC10CA,1206L075THYR,5KP9.0A,5KP120A,1206L016WR,SMBJ10A,1206L050,1812L050,0456025.ER,5KP51CA,SMBJ11A,0312005.,SMBJ220A,SMBJ180CA,1.5SMC56CA,1.5SMC120CA,KXXXZY,1206L,K2000E70RP3,SMBJ43A,5KP220A,SMBJ7.5CA,1.5SMC440CA,60R250X,0458001.DR,SMBJ100A,1.5SMC550CA,1.5SMC180A,1.5SMC11CA,5KP5.0CA,5KP110A,SMBJ20A,5KP150CA,SMBJ45A,SMBJ33A,K2000,SMBJ9.0CA,1206L200PR,SMBJ60CA,0458001.DRA,1.5SMC100CA,1206L075,1812L150,SMBJ440A,5KP90A,0312035.,1.5SMC62A,SMBJ200CA,5KP210A,SM24CANA-02,SMBJ78A,60R010X,5KP60CA,60R050XPR,1.5SMC47CA,1.5SMC24CA,1812L020,60R185XF,SL1411A090C,0312.062,SMBJ30A,SMBJ18CA,1.5SMC220CA,5KP100A,SMBJ54A,0312.187,1812L110/16DR,SMBJ200A,1.5SMC12CA,1812L010

培训文档-商品应用及供应商介绍  -  LITTELFUSE  - 2016年01月01日 PDF 中文 下载

【应用】Vrwm为15V!这款保护器件大幅度超出ESD标准

Vrwm为15V,大幅度超出ESD测试标准,具有更强的保护能力,且设计简单。

新应用    发布时间 : 2019-09-03

以太网接口RJ45的静电防护选什么类型的保护器件较好?

在以太网接口上速率比较高,电平为差分,最大不会超过5V,一般是3.3V左右,因此SP3002-4瞬态抑制二极管阵列比较适合,它的结电容为0.85pF(比较低),反向工作电压为6V,EDS等级为12KV的接触放电。

技术问答    发布时间 : 2017-10-10

Littelfuse(力特) LVUltraMOV压敏电阻系列数据手册

型号- V05E40P,V07E25P,V10P30P,V14P60P,V20P95P,V14E17P,V10P14P,V14P20P,V07P40P,V20E95P,V05P40P,V14E20P,V07P25P,V14E60P,V10E30P,V20P14P,V10E14P,V20P30P,V05E25P,V05P25P,V14P95P,V07E40P,V20E30P,V10P25P,V14E95P,V07E23P,V05E50P,V07E35P,V14P14P,V20P25P,V10E17P,V10P60P,V10P20P,V14P30P,V07E75P,V07P50P,V07E11P,V07P23P,V07P11P,V20E14P,V07P75P,V14E14P,V14E30P,V07P35P,V10E20P,V10E60P,V14P25P,V05E75P,V10P95P,V05P35P,V07E50P,V05P23P,V20P40P,V05P11P,V05P75P,V05E11P,V20E40P,V05E23P,V05E35P,V05P50P,V20E25P,V14E25P,V10E95P,V20P23P,V20P35P,V05E20P,V10P50P,V20P75P,V07E17P,V10E23P,V10E35P,V05E60P,V20P11P,V14P40P,V05P20P,V07P60P,V20E75P,V14E40P,V07P17P,V10E50P,V14P35P,V05P17P,V07E60P,V20P50P,V20E50P,V05E17P,V14P75P,V07P95P,V07E20P,V14P11P,V14P23P,V20E23P,V14E35P,V05P60P,V20E11P,V14E23P,V10P17P,V20E35P,V07P20P,V14E75P,V14E11P,V05E30P,V10E25P,V10P40P,V05E11PL1B5XXXXX,V05E14P,V05P14P,V14P50P,V07E95P,V07P30P,V05P30P,LV ULTRAMOV,V14E50P,V10E40P,V20P17P,V05E95P,V07E14P,V14P17P,V20P20P,V20P60P,V10P75P,V10P23P,V20E60P,V10P11P,V07E30P,V10P35P,V05P95P,V20E20P,V07P14P,V20E17P,V10E11P,V10E75P

数据手册  -  LITTELFUSE  - 2017年03月17日 PDF 英文 下载

【产品】Littelfuse符合UL和CSA认证的LRU系列保险丝减压器,适用于通信设备、工业电子、汽车电子等

Littelfuse推出的LRU系列保险丝减压器,允许将较小尺寸的保险丝安装到现有的保险丝夹中,以防止过度熔断,广泛应用于通信设备、工业电子、汽车电子、消费电子等领域。

新产品    发布时间 : 2019-03-28

Littelfuse(力特) MA 压敏电阻系列数据手册

型号- V47MA2A,V47MA2B,V39MA2B,V56MA2S,V27MA1A,V220MA2A,V120MA1A,MA,V39MA2S,V82MA3B,V82MA3A,V180MA1A,V68MA3S,V100MA4B,V100MA4A,V27MA1S,V270MA4B,V330MA5B,V33MA1B,V33MA1A,V68MA3A,V120MA2B,V68MA3B,V82MA3S,V27MA1B,V150MA2B,V39MA2A,VXXXMAXX,V56MA2B,V56MA2A,V430MA7B,V430MA3A,V220MA4B,V330MA2A,MA SERIES,V22MA1A,V22MA1B,V150MA1A,V180MA3B,V390MA6B,V33MA1S,V120MA2S,V22MA1S,V270MA2A,V100MA4S,V18MA1B,V18MA1A,V47MA2S,V390MA3A,V18MA1S

数据手册  -  LITTELFUSE  - 2017年03月17日 PDF 英文 下载

Littelfuse(力特) ZA压敏电阻系列数据手册

型号- V150ZA8P,V82ZA4P,V33ZA70P,V36ZA20P,V120ZA6P,V715ZA05P,V750ZA05PX2855,V22ZA05P,V33ZA5P,V150ZA05P,V18ZA1P,V100ZA15P,V680ZA05P,V68ZA05P,V24ZA50P,V82ZA20P,V180ZA05P,V220ZA05P,V68ZA10P,ZA,V22ZA1P,V150ZA20P,V620ZA05P,V56ZA3P,V100ZA4P,V18ZA20P,V180ZA20P,V47ZA1P,V82ZA2P,V27ZA4P,V33ZA20P,V120ZA4P,V750ZA05PX1347,V39ZA1P,V22ZA2P,V100ZA3P,V100ZA05P,V18ZA3P,V39ZA20P,V18ZA40PX2855,V56ZA2P,V24ZA20P,V330ZA05P,V430ZA05P,V180ZA5P,V68ZA20P,V270ZA05P,V390ZA05P,V100ZA20P,V22ZA3P,V39ZA05P,V33ZA05P,V18ZA2P,V18ZA40PX10,V47ZA7P,V36ZA80P,V39ZA3P,V150ZA4P,V8ZA2P,V27ZA20P,V27ZA1P,V27ZA60P,V56ZA8P,V82ZA12P,V27ZA05P,V18ZA40P,V33ZA2P,V56ZA20P,V8ZA1P,V33ZA1 P,V27ZA2P,V68ZA3P,V12ZA1P,V47ZA20P,V205ZA05P,V360ZA05P,V56ZA05P,V39ZA6P,V12ZA05P,ZA SERIES,V120ZA20P,V18ZA05P,V68ZA2P,V470ZA05P,V120ZA05P,V12ZA2P,V39ZA20PX10,V120ZA1P,V150ZA1P,V750ZA05P,V180ZA1P,V82ZA05P,V180ZA10P,V47ZA3P,V8ZA05P,V240ZA05P,V47ZA05P,V22ZA3PX1347

数据手册  -  LITTELFUSE  - 2017年03月17日 PDF 英文 下载

Littelfuse(力特) AUMOV 压敏电阻系列数据手册

型号- V07P35AUTO,V10P14AUTO,V14P14AUTO,V05P35AUTO,V10E25AUTO,V05E14AUTOL1BXXXXX,V20P35AUTO,V10E17AUTO,V14E23AUTO,V14E17AUTO,V14P23AUTO,V14E14AUTO,V07E35AUTO,V10P23AUTO,V10E35AUTO,V05E30AUTO,V14E30AUTO,V10P17AUTO,V05P20AUTO,V07P20AUTO,V20E14AUTO,V10E30AUTO,V10E23AUTO,V07E30AUTO,V10P20AUTO,V14P20AUTO,V07E25AUTO,V14E25AUTO,V14E42AUTO,V14P17AUTO,V05E25AUTO,V20P30AUTO,V20P42AUTO,V10E42AUTO,V20E20AUTO,V05P17AUTO,V20P25AUTO,V05E42AUTO,V07E42AUTO,V07P17AUTO,V07P30AUTO,V20P14AUTO,V07P14AUTO,V05P14AUTO,V10P35AUTO,V14P35AUTO,V20E25AUTO,V07P23AUTO,V07E14AUTO,V05P23AUTO,V20E17AUTO,V05E23AUTO,V07E23AUTO,V20P23AUTO,V05E14AUTO,V14E35AUTO,V10P25AUTO,V20E35AUTO,V20P20AUTO,V10P42AUTO,V10E14AUTO,V05E35AUTO,V20P17AUTO,V20E30AUTO,V05P25AUTO,V07P25AUTO,V20E23AUTO,V05E17AUTO,V07E17AUTO,V05P42AUTO,V07P42AUTO,V07E20AUTO,V14P42AUTO,V05E20AUTO,V20E42AUTO,V14P25AUTO,AUMOV,V10E20AUTO,V14E20AUTO,V14P30AUTO,V05P30AUTO,V10P30AUTO

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Littelfuse(力特) FBMOV压敏电阻系列数据手册

型号- FBMOV,FBMOV625M,FBMOV115,FBMOV460M,FBMOV130M,FBMOV320M,FBMOV550M,FBMOV175M,FBMOV230M,FBMOV275M,FBMOV385M,FBMOV440M,FBMOV300M,FBMOV115M,FBMOV420M,FBMOV510M,FBMOV750M,FBMOV150M,FBMOV140M,FBMOV250M

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Littelfuse(力特) 高可靠性压敏电阻系列数据手册

型号- V68ZTX10,M83530/1-5100E,V250LTX4,V68ZTX2,V24ZTX50,V33ZTX5,V33ZTX1,V82ZTX12,V130LTX2,V250LTX20A,V420LTX40B,V33ZTX70,V250LTX40B,V510LTX40A,V480LTX80B,V130LTX20B,V12ZTX1,V12ZTX2,V510LTX80B,V150LTX20B,V130LTX10A,V150LTX10A,V480LTX40A,V8ZTX1,V8ZTX2,V82ZTX2,V150LTX2,M83530/1-4300E,V22ZTX1,M83530/1-2200D,TX MODEL,V420LTX20A,M83530/1-2000B,V22ZTX3

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品牌:ONSEMI

品类:ESD保护器件

价格:¥0.2002

现货:1,321

品牌:捷捷微电

品类:静电保护器件

价格:¥0.1430

现货:114,265

品牌:风华高科

品类:压敏电阻

价格:¥0.0455

现货:64,105

品牌:BORN

品类:ESD保护器件

价格:¥0.0887

现货:9,587

品牌:捷捷微电

品类:静电保护器件

价格:¥0.1270

现货:7,989

品牌:Flex

品类:电源模块

价格:¥82.6630

现货:5,615

品牌:捷捷微电

品类:ESD保护器件

价格:¥0.1650

现货:4,952

品牌:时恒电子

品类:压敏电阻

价格:¥0.1518

现货:4,536

品牌:捷捷微电

品类:静电保护器件

价格:¥0.2835

现货:3,356

品牌:OMNIVISION

品类:ESD保护器件

价格:¥0.2434

现货:3,161

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服务

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低功耗测试

提供全面表征产品器件耗电特征及功耗波形、快速瞬态效应、电源优化、表征和仿真测试服务,使用直流电源分析仪测量精度达50µV,8nA,波形发生器带宽100kHz,输出功率300W,示波器200kHz,512 kpts

实验室地址: 深圳/苏州 提交需求>

高压输入/输出电源模块定制

可定制高压电源模块的输入电压100VDC-2000VDC、功率范围5W-500W/4W-60W; 高压输出电源模块的输出电压100VDC-2000VDC。功率范围:4W-60W。

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