人體靜電、雷擊浪涌的原理和作用

在現(xiàn)實(shí)世界中，電子電路所處的周圍環(huán)境總是變幻莫測(cè)的。人體靜電、雷擊浪涌、誤操作等諸多不可預(yù)料的因素時(shí)刻威脅著電子設(shè)備的正常工作。因此保護(hù)電路的作用與意義非常重要。經(jīng)過多年的發(fā)展，保護(hù)電路從最簡(jiǎn)單的保險(xiǎn)絲一步一步發(fā)展到現(xiàn)如今紛繁復(fù)雜的各種器件，它們分別承擔(dān)著不同的作用。今天就讓我們一起來(lái)看看它們是如何穩(wěn)定保障我們?nèi)粘Ｉ畹陌桑?/p>

1、短路保護(hù)

短路保護(hù)電路的主要作用是當(dāng)電路系統(tǒng)中發(fā)生短路情況時(shí)及時(shí)斷開閉合電路以此保證后續(xù)各個(gè)器件的安全。

當(dāng)電源系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，電路中的電流會(huì)瞬間增大到正常狀況的好幾倍甚至十多倍。我們可以利用這個(gè)特性，在電路中串入保險(xiǎn)絲。當(dāng)電流增大到保險(xiǎn)絲的熔斷電流時(shí)，保險(xiǎn)絲會(huì)因?yàn)樽陨磉^熱而發(fā)生熔斷從而斷開電路，這是最常見的保護(hù)電路之一。

但是這種保險(xiǎn)絲有一個(gè)缺點(diǎn)：當(dāng)保險(xiǎn)絲熔斷之后，必須由工程人員排除故障之后手動(dòng)替換新的保險(xiǎn)絲，這在一些狹小空間等場(chǎng)合十分不便，因此后來(lái)便誕生了“自恢復(fù)保險(xiǎn)絲”。這種保險(xiǎn)絲在發(fā)生熔斷之后隨著溫度的降低又會(huì)重新接通，這樣便可以在發(fā)生故障時(shí)斷開供電開關(guān)，等排查故障之后再打開供電開關(guān)即可。自恢復(fù)保險(xiǎn)絲是如何做到“自恢復(fù)”的呢？

自恢復(fù)保險(xiǎn)絲，是由經(jīng)過特殊處理的聚合樹脂及分布在里面的導(dǎo)電粒子組成。

在正常狀況下，聚合樹脂緊密地將導(dǎo)電粒子束縛在結(jié)晶狀的結(jié)構(gòu)外，構(gòu)成鏈狀導(dǎo)電通路，此時(shí)的自恢復(fù)保險(xiǎn)絲為低阻狀態(tài)，線路上流經(jīng)自恢復(fù)保險(xiǎn)絲的電流所產(chǎn)生的熱能小，不會(huì)改變晶體結(jié)構(gòu)。當(dāng)線路發(fā)生短路或過載時(shí)，流經(jīng)自恢復(fù)保險(xiǎn)絲的大電流，產(chǎn)生的熱量使聚合樹脂融化，體積迅速增長(zhǎng)，形成高阻狀態(tài)，工作電流迅速減小，從而對(duì)電路進(jìn)行限制和保護(hù)。因此由自恢復(fù)保險(xiǎn)絲構(gòu)成的保護(hù)電路還可以承擔(dān)過熱過流保護(hù)。

2、過壓保護(hù)

過壓保護(hù)是指供電電壓超過額定的電壓時(shí)自動(dòng)斷開供電回路的一種保護(hù)電路。在電子電路設(shè)計(jì)中，常見的保護(hù)方式是使用齊納二極管的過壓保護(hù)。如圖2-1：

圖2-1

1N4099是一個(gè)6.8V的二極管，如果輸入超過6.8V，輸出將被鉗位在6.8V左右。

3、防反接保護(hù)

很多電子元器件是不允許電源正負(fù)極反接的，在設(shè)計(jì)完成的電路板中，外部接口如果沒有防反接設(shè)計(jì)，用戶在使用的時(shí)候很容易將正負(fù)極接錯(cuò)導(dǎo)致器件燒毀造成財(cái)產(chǎn)損失。防反接設(shè)計(jì)電路的原理就是在電源輸入的前級(jí)將電源整流至確定的極性再接入固定的后級(jí)。如圖3-1所示：

圖3-1

還有一種防反接方式是當(dāng)電源反接時(shí)自動(dòng)關(guān)斷，如圖3-2所示：

圖3-2

這種電路使用MOS管關(guān)斷，由于MOS管的寄生二極管壓降較小，在正常使用時(shí)能夠承受更大的電流。

4、雷擊浪涌保護(hù)

雷電是嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，早期的電子設(shè)備如電視機(jī)，電冰箱等深受其害。在筆者兒時(shí)的記憶中也經(jīng)常聽說有電視機(jī)在雷雨之夜后被打壞，隨著技術(shù)的發(fā)展，這種情況在日常生活中幾乎不再發(fā)生。這要?dú)w功于雷擊浪涌防護(hù)電路。

在發(fā)生雷擊時(shí)，接地點(diǎn)附近的零電位會(huì)被抬高，導(dǎo)致供電電壓不穩(wěn)定。如果閃電擊中供電線附近，產(chǎn)生的感應(yīng)電壓也不容小覷。浪涌的波形很像平靜的海灘上突如其來(lái)的海浪，我們形象地稱之為浪涌。

為了消除這種浪涌電壓，比較常用的器件有：放電管、壓敏電阻、TVS、共模電感等器件。

其中放電管、壓敏電阻與TVS的防護(hù)原理是當(dāng)電壓超過一個(gè)閾值時(shí)，器件的電阻會(huì)迅速減小，我們將該器件并聯(lián)在電路中，從而提供一個(gè)泄放通道到地。共模電感便是利用電感的特性，只允許兩個(gè)同相相反振幅的電壓通過，而浪涌一般是兩個(gè)相同的信號(hào)，這樣浪涌就會(huì)被抑制，通常共模電感用在放電管、壓敏電阻等器件的后級(jí)。

共模浪涌抑制電路如圖4-1所示：

圖4-1

5、靜電防護(hù)

在人體接觸電子設(shè)備時(shí)時(shí)常會(huì)發(fā)生靜電放電，特別是在冬季。實(shí)際上上千伏的電壓與上述的雷擊浪涌情況類似，也可以用上述方案處理。

編輯：黃飛

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