電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）在電子電路設(shè)計(jì)中，常常需要面臨各種各樣的可能導(dǎo)致電路損壞的情況，如過(guò)壓、過(guò)流、浪涌等等。器件負(fù)載的瞬態(tài)變化，電器器件在工作過(guò)程中遭遇這種浪涌和電壓瞬變，都可能造成器件損壞。此時(shí)需要電路保護(hù)元件為電路提供充足的防護(hù)。

電路保護(hù)的重要性

現(xiàn)今更高集成度的電路板出現(xiàn)損壞會(huì)造成很多不必要的麻煩，電路保護(hù)的意義有很多方面，防止電路損壞正是其中較為重要的一面。比如很多車(chē)載設(shè)備的使用環(huán)境比一般電子產(chǎn)品更加惡劣，啟停時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的瞬間峰值電壓，此時(shí)就需要在這些電子設(shè)備配套產(chǎn)品的電源適配器中使用過(guò)壓保護(hù)元件。

又比如通信設(shè)備經(jīng)常受浪涌困擾，浪涌又包括浪涌電壓和浪涌電流，是一種上升速度極快，持續(xù)時(shí)間很短的尖峰脈沖，能夠在瞬間超出器件穩(wěn)定值的峰值。這就需要使用多個(gè)電壓瞬變和浪涌防護(hù)器件的組合構(gòu)成多級(jí)防護(hù)電路確保萬(wàn)無(wú)一失。

當(dāng)然，除了防止電路意外損壞之外，可以看到現(xiàn)在的半導(dǎo)體器件IC的工作電壓在向越來(lái)越低的趨勢(shì)發(fā)展，對(duì)其電路進(jìn)行保護(hù)也能夠降低能耗損失，減少電路發(fā)熱現(xiàn)象發(fā)生，延長(zhǎng)IC使用壽命。

集成電路的發(fā)展推動(dòng)了電子電路的產(chǎn)品日益多樣化和復(fù)雜化，隨之而來(lái)的是更多可能危害電路的情況出現(xiàn)，電路保護(hù)變得越來(lái)越重要。

不同電路保護(hù)需要的器件

過(guò)壓保護(hù)，已經(jīng)是電路中必不可少的一環(huán)，過(guò)電壓保護(hù)器件負(fù)責(zé)對(duì)電路進(jìn)行電壓過(guò)高保護(hù)，該器件的原理是利用電勢(shì)差達(dá)到電路保護(hù)的效果。當(dāng)電路中電壓超出規(guī)定值時(shí)，過(guò)壓保護(hù)器件內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)便與電路產(chǎn)生一定的電勢(shì)差，從而使電路通過(guò)阻抗變化來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)。

同時(shí)，過(guò)壓保護(hù)器件的內(nèi)部電流和電壓保護(hù)裝置會(huì)把電路斷開(kāi)，阻止電流進(jìn)一步流向受保護(hù)的電器或設(shè)備，達(dá)到保護(hù)電器或設(shè)備的效果。

典型的過(guò)壓保護(hù)器件是壓敏電阻和瞬態(tài)抑制器TVS。壓敏電阻可以說(shuō)是用得最多的一種過(guò)壓保護(hù)器件，成本低效果好性?xún)r(jià)比高。ns級(jí)的響應(yīng)速度，讓其在絕大多數(shù)情況下都能夠勝任過(guò)壓保護(hù)工作。

基于壓敏電阻的非線性伏安特性，正常情況下壓敏電阻相當(dāng)于一個(gè)斷開(kāi)狀態(tài)的開(kāi)關(guān)，當(dāng)電路中出現(xiàn)超過(guò)其額定電壓值的過(guò)電壓時(shí)，壓敏電阻電阻值迅速下降減少過(guò)電壓對(duì)后續(xù)電路的影響。


TVS的特點(diǎn)在于反應(yīng)快，當(dāng)瞬態(tài)電壓過(guò)高時(shí)，TVS二極管便產(chǎn)生雪崩，讓瞬間的大電流從低電阻通路被引開(kāi)，避免電路因此受到損壞。二者各有側(cè)重，在應(yīng)對(duì)瞬態(tài)的過(guò)電壓沖擊時(shí)，TVS更有優(yōu)勢(shì)。

過(guò)流器件常使用的則是各種保險(xiǎn)絲，如玻璃管保險(xiǎn)絲、片式保險(xiǎn)絲和聚合物保險(xiǎn)絲，使用簡(jiǎn)單效果明顯，聚合物保險(xiǎn)絲通過(guò)增加電阻來(lái)限制電流，具有優(yōu)異的可恢復(fù)特性，用于過(guò)電流保護(hù)時(shí)，電路可自動(dòng)恢復(fù)到導(dǎo)通狀態(tài)。

玻璃管保險(xiǎn)絲和片式保險(xiǎn)絲則是直接熔斷導(dǎo)電的熔斷體。現(xiàn)在用eFuse的方案也越來(lái)越多，eFuse是直接跟蹤電流的，有其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)。

電路保護(hù)中還涉及一些靜電保護(hù)元件，尤其是高集成度的電路中不設(shè)置ESD保護(hù)，通過(guò)接口連接產(chǎn)生的高壓ESD沖擊會(huì)導(dǎo)致大電流峰值直接流入集成電路，造成損壞。為了保護(hù)敏感電路免受電氣過(guò)應(yīng)力故障，ESD保護(hù)二極管應(yīng)該連接到接口連接器和集成電路之間的每個(gè)信號(hào)線，不同接口速度對(duì)應(yīng)不同ESD二極管的電容值。

小結(jié)

而且隨著電子電路向更高集成度發(fā)展，對(duì)電路保護(hù)的需求也在變化，電路保護(hù)元器件也在跟隨發(fā)展趨勢(shì)步步升級(jí)。