【经验】使用碳化硅制作的CLD限流器件巧搭π型端口防护电路，提高产品抗浪涌能力

时间： 2019-05-09 来源：CALY Technologies

CALY科技采用碳化硅（SiC）材料制作出新一代浪涌抑制类器件-CLD限流器。这是一种两端口器件，当端口间的电压达到一定阈值后会限制通过器件的电流，可以增强电路抵抗雷击浪涌冲击的能力。本文为用户介绍如何巧妙利用CLD配合其他防护器件（包括气体放电管，TVS管等）搭建π型端口电路，提高防护效果。

图1 π型防护电路

原有的π型防护电路是由一个气体放电管、电阻和TVS管组成。在浪涌来临时，由于TVS管是一个皮秒级动作器件，所以率先动作，泄放部分电流，而气体放电管时间需要约几毫秒的时间才能动作，泄放此后的能量，但其电流的泄放和能量的承载能力远远大于TVS管。两者动作时间差的完全由TVS管承担，为了避免在此期间的能量对TVS管造成不可逆的器件损坏，在电路中间增加了一个电阻来分担过流时的能量，消耗部分功率，减少TVS在此阶段承载的浪涌功耗，这就构成了π型电路。

在防护电路中串一个电阻分的主要问题在于它会带来损耗。在电源线上，会降低供电电压并且会增加功率损耗。如果用在信号线上，电阻在设计上必须有低阻值和低感性，这是因为TVS管具有一定的容性，在通过交流信号时会构成一个RLC滤波器，会对信号质量造成影响。但从另一个角度上讲，电阻又需要足够大，因为大阻值才能消耗浪涌电流带来的功率，因此，阻值的选择是相当矛盾的。而事实上，几乎所有的电阻都有一定的感性，如果设计不当必然会对电路带来较大的插入损耗，在设计必须进行合理的权衡。

图2 CLD工作原理

在浪涌钳位动作时，TVS管可以等效为一个电压源，通过基尔霍夫电流定律可知，要保护TVS管，只要在回路上串一个限流器件即可。而CLD正好满足这个要求，在π型电路的应用中，当通过CLD的电流达不到饱和电流时，其特性表现为一个低通态阻值的恒流源。当达到饱和电流时不管通过器件的电压为多少都保持恒定，从而限制进入TVS管的电流，达到配合和保护TVS管的目的。因此可以用CLD代替电阻搭建带CLD的π型防护电路，其电路结构如下。

图3 带CLD的π型防护电路

图4展示了带电阻的π型电路和使用CLD的π型电路的TVS管在浪涌条件下的功耗数据。实验电阻采用4.7Ω电阻和CALY的KE12LS200T（通态阻抗2Ω，饱和电流4A）进行实验对比，使用直流动作电压为90V的气体放电管和82V的TVS管搭建电路。整个实验采用标准的1.2/50μs和8/20μs浪涌波形，并在150V，200V，250V和300V四个等级测试。从数据可以看出，在整个浪涌动作期间，采用CLD的TVS管上的功耗远远小于使用电阻的TVS管功耗，实验承载能量为1.3mJ，而使用电阻的TVS管需要承受6mJ，大大降低了电路受破坏的可能，提高了产品使用寿命。

图4 使用电阻和CLD的π型电路在浪涌时TVS管功耗实验数据

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