过[电]流保护配合公布时间

电路保护主要有三种形式：过压保护、过流保护和过温保护。选择适当的电路保护器件是实现高效、可靠的电路保护设计之关键的第一步，那么，如何合理选 择电路 保护器件？

不同的保护器件其保护原理也各有不同，选择的时候应结合其保护原理、工作条件和使用环境来考虑。本文将介绍常用的几种过压、过流和过温保护器件 之选型技巧，帮助工程师正确选择电路保护器件。

1. 过压保护器件的选型要点

过压保护器件（OVP）用于保护后续电路免受甩负载或瞬间高压的破坏，常用的过压保护器件有压敏电阻、瞬态电压抑制器、静电抑制器和放电管等。过压保护器件选型应注意以下四个要点：

1）关断电压Vrwm的选择。一般关断电压至少要比线路最高工作电压高10％

2）箝位电压VC的选择。VC是指在ESD冲击状态时通过TVS的电压，它必须小于被保护电路的能承受的最大瞬态电压

3）浪涌功率Pppm的选择。不同功率，保护的时间不同，如600w（10/1000us）；300W（8/20us）

4）极间电容的选择。被保护元器件的工作频率越高，要求TVS的电容要越小

1.1 ESD抑制器

选择合适的ESD保护器件，最大的难点在于如何最容易地明确哪种器件可以提供最大的保护。系统供应商一般是通过数据手册上的ESD额定 值（或标称值）来比较ESD保护器件的好坏。事实上，从这些额定值根本看不出器件保护系统的能力有多强，关键取决于其二极管参数。主要的参考系数应该是：

•快速响应时间

•低箝位电压

•高电流浪涌承受能力

AEM（苏州）科技有限公司副总经理郑索平介绍，选择ESD器件应该遵循下面的要求：

（1）选择静电保护器件注意：

• 箝制电压不要超过受保护器件的最大承受电压

• 电路电压不超过保护器件工作电压

• 低电容值、漏电流尽可能的减少干扰及损耗

（2）静电保护器件尽量安装在最接近静电输入的地方，远离被保护器件

（3）静电保护器件一定接的大地线，不是数字地线

（4）回地的线路尽量的短，静电保护器件与被保护线路之间的距离尽量的短

（5）尽量避免被保护与未被保护线路并排走线

1.2压敏电阻

压 敏电阻是一种用得最多的限压器件。广泛的应用在汽车电子、通迅、计算机、消费类电子产品、军用电子产品等方面，特别是在LCD、键 盘、I/O 接口、IC、MOSFET、CMOS、传感器、手机、DVD、AV、ABS、马达控制板、MP3、PDA、USB接口及高速数据信号线路上进行保护等。

压 敏电阻选用时应注意的是：连续施加在压敏电阻两端的电源电压，不能超过规格表中列出的¡°最大持续工作电压¡±值。还要充分考虑到电网（或电路）工作电 压的波动幅度, 选取压敏电阻的压敏电压值时，要留有足够的余量。国内一般的波动幅度为30%。

通过压敏电阻的最大浪涌电流不应超过技术规格书中的¡°最大冲击电流¡±值 (也就是最大通流量)。考虑到要耐受多次冲击时，应该选用能耐受10次以上冲击的浪涌电流值。 压敏电阻的箝位电压必须小于被保护的部件或设备能承受的最大电压（即安全电压）。

1.3 瞬态电压抑制器TVS

瞬态电压抑制器 （TVS）是一种二极管形式的高效能保护器件。当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10-12秒量级 的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉 冲的损坏。

瞬态电压抑制二极管（TVS）广泛应用在半导体及敏感的电子零件过电压、ESD保护上，主要包括：消费类产品、工业产品、通 讯、电脑、汽车、电源供应品、 信号线路保护及军事、航天航空导航系统及控制系统上。

最大箝位电压VC不可大于被保护设备最大的安全电压，以及反向工作电压（反向断态电压）须大于线路正 常工作电压，是使用TVS管时必须注意的问题，另外， 交流电压只能用双向TVS。

TVS管的选用应注意以下几点：

• 确定被保护电路的最大直流或连续工作电压、电路的额定标准电压和“高端”容限。

• TVS额定反向关断VWM应大于或等于被保护电路的最大工作电压。若选用的VWM太低，器件可能进入雪崩或因反向漏电流太大影响电路的正常工作。串行连接分电压，并行连接分电流。

• TVS的最大箝位电压VC应小于被保护电路的损坏电压。

• 在规定的脉冲持续时间内，TVS的最大峰值脉冲功耗PM必须大于被保护电路内可能出现的峰值脉冲功率。在确定了最大箝位电压后，其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流。

• 对于数据接口电路的保护，还必须注意选取具有合适电容C的TVS器件。

• 根据用途选用TVS的极性及封装结构。交流电路选用双极性TVS较为合理；多线保护选用TVS阵列更为有利。

• 温度考虑。瞬态电压抑制器可以在－55~+150℃之间工作。如果需要TVS在一个变化的温度 工作，由于其反向漏电流IR是随增加而增大；功耗随 TVS结温增加而下降，从+25℃到+175℃，大约线性下降50％雨击穿电压VBR随温度的增加按一定的系数增加。因此，必须查阅有关产品资料，考虑温 度变化对其特性的影响。

1.4 陶瓷气体放电管

陶瓷气体放电管属于开关组件，用于电源防雷器共模电路中将雷电流泄放入地，也可用在差模电路中与压敏电阻串联而阻断其漏电流。在信号防雷器中常用于第一级泄放浪涌电流，由于其反应速度慢，还要用第二级作限压保护。

在选择陶瓷气体放电管时应注意：

•陶瓷气体放电管不能直接用在电源上做差模保护；

•击穿电压要大于线路上最大信号电频电压；

•耐电流不能小于线路上可能出现的最大异常电流；

•还有脉冲击穿电压须小于被保护线路电压。

2 过流保护器件的选型

过 流保护器件主要有一次性熔断器、自恢复熔断器、熔断电阻和断路器等，其中，最重要的过流保护器件是熔断器，也叫保险丝。

它一般串联在电路中，要求其电阻 要小（功耗小），当电路正常工作时，它只相当于一根导线，能够长时间稳定的导通电路；

由于电源或外部干扰而发生电流波动时，也应能承受一定范围的过载；只 有当电路中出现较大的过载电流(故障或短路)时，熔断器才会动作，通过断开电流来保护电路的安全，以避免产品烧毁的危险。

在熔断器分断 电路的过程中，由于电路电压的存在，在熔体断开的瞬间会发生电弧，高质量的熔断器应该尽量避免这种飞弧；在分断电路后，熔断器应能耐受加在两 端的电路电压。

熔断器受脉冲损伤会逐步降低承受脉冲的能力，选用时需要考虑必要的安全余量；这个安全余量是指熔断器的总熔断(动作)时间，它是预飞弧时间 和飞弧时间之和。所以在选择的时候需要留意它的熔断特性和额定电流这个基本条件；

另外安装时要考虑熔断器周边的环境，熔断器只有达到本身的熔化热能值的时 候才会熔断，如果是在环境较冷的状况下，它的熔断时间会变化，这是使用时必须留意的。

总的来说，保险丝的选型应注意以下十个要素：

•额定电流；

•额定电压；

•环境温度；

•电压降 / 冷电阻；

•熔断特性: 过载能力，时间 / 电流特性；

•分断能力；

•熔化热能值；

•耐久性（寿命）；

•结构特征： 外形 / 尺寸，安装形式；

• 安全认证

结合以上的十个保险丝选用注意要素，保险丝的选用可根据下图所示的流程来进行。

3 过温保护器件的选型

过温保护器件主要有热敏电阻、温度开关和温度熔断器等。在电源设计中经常使用NTC热敏电阻型浪涌抑制器作过温保护，因为其抑制浪涌电流的能力与普通电阻相当，但在电阻上的功耗则可降低几十到上百倍。

NTC热敏电阻，即负温度系数热敏电阻，其特性是电阻值随着温度的升高而呈非线性的下降。

NTC热敏电阻的选型要考虑以下几个要点：

1）最大额定电压和滤波电容值

滤 波电容的大小决定了应该选用多大尺寸的NTC。对于某个尺寸的NTC热敏电阻来说，允许接入的滤波电容的大小是有严格要求的，这个值也与最大额定电压有 关。

在电源应用中，开机浪涌是因为电容充电产生的，因此通常用给定电压值下的允许接入的电容量来评估NTC热敏电阻承受浪涌电流的能力。

简单来说，就是输 入电压越大，允许接入的最大电容值就越小，反之亦然。NTC热敏电阻产品的规范一般定义了在220Vac下允许接入的最大电容值。

2）产品允许的最大启动电流值和长期加载在NTC热敏电阻上的工作电流.

电子产品允许的最大启动电流值决定了NTC热敏电阻的阻值。产品正常工作时，长期加载在NTC热敏电阻上的电流应不大于规格书规定的电流。

输出过压保护电路

当用户在使用电源模块时，可能会由于某种原因，造成模块输出电压升高，为了保护用户电路板上的器件不被损坏，当模块的输出电压高于一定值时，模块必须封锁脉冲，阻止输出电压的继续上升。

D320产生一个5.1V电压基准送至运放U301反相输入端，R330、R334、R336用于检测输出电压、检测电压值送至运放U301同相输入端。

输出电压没有达到过压保护点时，运放U301 5脚的电压小于6脚的电压，运放输出为低电平，输出正常。

输出电压Vo升高到设定检测点电压时，电阻R336、R334、R330检测的分压比送入运放U301的5脚，此时5脚电压高于6脚电压，运放U301输出高电平，封闭控制芯片PWM信号，模块输出电压为零。

过流保护电路实例（1）

图2.过流保护电路实例

工作原理

T2采集模块原边开关管的输入电流，采样电流经取样电阻R18转换成电压信号，再经两路开关二极管（D6）整流形成两路控制信号。一路峰值信号去控制38C43的3脚；另一路准峰值电平进入38C43 EA的反相输入端2脚。

采用CT作电流采样的好处是采样电路功耗小，采样电路灵活，CT可以放置在MOSFET开关管的D极或S极，也可以串联于主变压器原边的Vin+端。缺点是电路稍复杂，体积大，CT存在大占空比时不能有效复位的问题。CT采样一般用于中大功率的模块。

3843PWM芯片介绍

图3.3843芯片内部结构图

芯片工作原理

虚线所框部分为38C43芯片内置的误差放大器和电流放大器。误差放大器的输出经过内部分压后（被钳位到1V），进入电流放大器的反相输入端，与电流采样信号比较后进入PWM产生电路。最终在芯片的6脚输出PWM信号。

在这里，误差放大器被用来作OCP保护，电流控制放大器I/A作峰值电流限流保护。

误差放大器E/A用于准峰值限流。当38C43反相输入端2脚的直流电平达到2.5V时，误差放大器E/A起作用，使38C43的6脚输出驱动信号占空比D减小，达到模块OCP之目的。

过流保护电路实例（2）

图4.过流保护电路实例

工作原理

T3是电流互感器，用于电流采样，VD1用于整流，VD2、R9用于T3的磁恢复，C2用于滤波。当主开关管导通时，T3采样其电流并将电流信号缩小输出，通过VD1整流，并通过R8将其转换成电压信号。

此电压信号通过R3输出给U1（PWM芯片，UC3844）的3脚，当3脚的电压超过1V时，U1通过内部的电路，减小6脚输出信号的脉宽，这样就减小了输出电压，从而达到原边限流的目的。当主开关管截止时，T3通过VD2、R9进行磁恢复，使T3磁势回零。

过流打嗝电路实例

图5.打嗝电路实例

工作原理

当输出电流出现过流时，电流互感器副边通过R31和 R29//R29A就会在R30上面形成的电压升高，从而使N2C的12管脚电压升高超出负向输入端基准电压（2.5V），实现运放N2C的翻转。

当N2C实现翻转后就会对电容C46充电而C46上面的电荷只能通过电阻R76放掉，因此通过选择R76的阻值来确定放电时间常数，从而确定打嗝限流的持续时间。

在N2C实现翻转后将N2D的3脚电平抬高，导致N2D翻转，将38C43的1管脚拉低，从而封锁38C43工作。

过温保护电路举例 (1)

图6.过温保护电路实例1

工作原理

当温度继电器K104检测点温度低于80±5℃时，K104保持吸合短路状态，HOT 与PROTECT信号均为低电平，电源模块正常工作。当检测点温度达到80±5℃时，温度继电器触点断开，HOT 与PROTECT信号变为高电平，在PROTECT 信号作用下，电源模块保护关机，达到保护电源模块免受过温损坏的目的。

电源模块保护关机后，温度继电器温度下降，下降到一定程度后温度继电器恢复吸合状态，HOT 与PROTECT信号变回低电平，电源模块恢复工作。

这里介绍一种交流输入浪涌电流抑制电路，该电路一般应用于AC/DC整流模块中，抑制上电启动时交流输入通过整流桥对大容量滤波电容的冲击电流，以减小模块上电时对电网的影响，同时对模块和配电相关器件起保护作用。

软启动电路举例 (1)

图7.软启动电路1

工作原理

当输入刚加电时，继电器K102处于常开状态，输入通过R104，G101对电容C109、C110充电，由于电阻R104的存在，限制了C109，C110的充电电流。当电容C109、C110电压充到一定数值后，模块辅助电源启动。START信号在辅助电源上电时为高电平。再经过一定时间的延时，START信号变为低电平，启动输入继电器吸合，模块开始正常工作。

软启动电路举例 (2)

下面介绍一种DC-DC软启动电路，该电路一般应用于中、小功率DC-DC变换器中。其目的，主要是为了：(1)、避免电源模块输出端出现电压过冲，从而引起过压保护电路产生误动作；(2)、降低开关元件、输出滤波电容器的应力，从而提高产品的可靠性和延长其元器件的使用寿命。

图8.软启动电路2

工作原理

当UC3843的7脚注入直流电压VCC时，8脚上就有5V电压输出，通过R848给C840充电，当C840上的电压大于三极管V808发射极电压时，V808截止，UC3843的6脚就有脉宽电压输出。（该输出脉宽电压并不是一开始有输出，脉宽就能达到最大，而是随着电容器C840上的充电电压的逐步升高而逐步展开的）。

当VCC掉电时，UC3843第8脚输出为0，此时，储存在C840上的电压，只能通过D818、R859来快速释放掉。这样做的目的，主要是为了保证VCC在第二次来电时来电时，使UC3843第六脚输出的PWM脉宽电压有一个逐步展开的过程。

欠压，过温，CNT保护综合电路举例(1)

图9.综合电路1

电路说明：

Vcc：13V辅助电源电压

N12：2.5V基准

欠压保护原理

输入欠压保护比较由运放N5C提供，其中pin9为N12提供的2.5V的基准电压，当输入电压低于36V并继续降低时，由R37，R54，R99，R100组成的分压网络分得的电压Vpin10也继续降低，当Vpin10<Vpin9时，N5C输出PRO翻转为低电平，经过逻辑电路将38C43的pin1拉低，关断输出。

欠压恢复原理与上述相反，其中R78产生正反馈可以提供一定的回差电压，可以避免输入线较长时产生振荡开关机。

过温保护电路原理

过温保护比较由运放N5B提供，其中pin6为N12分压后提供的基准电压。RT为负温度系数的热敏电阻，当温度升高时，其阻值减小，由N12通过RT，R84，R83分压，使Vpin5的电压升高，当Vpin5>Vpin6时，N5B输出翻转为高电平，通过D12使Vpin9电压升高，N5C输出PRO翻转为低电平，经过逻辑电路将38C43的pin1拉低，关断输出。为了避免在过温点附近频繁保护，增加回差功能，由R56提供。

CNT电路原理（以负逻辑为例）

CNT功能比较由运放N5A提供，其中pin2为N12分压后提供的基准电压。负逻辑功能时，R58断开。如果RC1接-VIN，则Vpin3电压为0，N5A输出为低电平，N5C输出PRO为高电平，输出正常；如果RC1悬空或接高电平，则Vpin3电压从Vcc或RC1分压后大于Vpin2，N5A输出高电平，通过D12后，N5C输出PRO翻转为低电平，经过逻辑电路将38C43的pin1拉低，关断输出。

欠压，过温，CNT保护综合电路举例(2)

图10.综合电路2

工作原理

当模块CNT为负逻辑时，去掉D4A、RC1，焊上D4、RC2，模块正常工作时CNT接低电平。则N2B输出低电平，此时降低输入电压，当N2A Pin2上电压低于Pin3脚上电压时，N2A输出高电平，从而Q8导通，将38HC43 Pin1拉低，使模块关断，此时N2A Pin1上电压约等于Vcc，导致N2A Pin3上电位升高，因此当欠压回复点比欠压点高，这就产生了回差。

随着铝基板温度上升，NTC热敏电阻RT1阻值下降，N2B Pin5上电位逐渐上升，当铝基板温度达到过温保护点时，N2B Pin5电位高于Pin6电位，N2B输出高电平，从而Q8导通，将38HC43 Pin1拉低，使模块关断，同样，过温保护也会产生回差。

当模块CNT 为正逻辑时，去掉D4、RC2，焊上D4A、RC1，模块正常工作时CNT悬空或接高电平。输入欠压及过温保护工作原理同负逻辑。

欠压，过温，CNT保护综合电路举例(3)

图11.综合电路3

欠压，过温，CNT保护综合电路举例(4)

图12.综合电路4

来源 | 电源研发精英圈