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一文了解电路保护器件

 进易之喜 2023-05-20 发表于广西

保护器件用于保护电路和设备免受电力故障或其他损坏。以下是几种常见的保护器件类型及其说明:

一. 二极管(Diode)

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稳压管

二极管是一种电子器件,用于控制电流的流向。在电路中,二极管常用于防止反向电流流入或保护其他器件免受过电压的影响。

稳压二极管(Voltage Regulator Diode),也称为稳压器或Zener二极管,是一种特殊设计的二极管,用于提供稳定的电压输出。

稳压二极管的特点在于其反向击穿电压(Zener电压)。当反向电压超过其特定击穿电压时,稳压二极管进入反向击穿状态,导通电流。相比普通二极管,稳压二极管被精心设计以在反向击穿区域保持稳定的电压。

稳压二极管的工作原理是基于电压击穿效应。当电压在其反向击穿电压下时,二极管会在两端维持稳定的电压,使其反向电流得以流过。这种特性使得稳压二极管能够在电路中提供稳定的参考电压或将输入电压稳定在特定值。

稳压二极管通常用于以下应用:

1. 稳压:稳压二极管可以用作电路中的稳压器,将输入电压稳定在特定的输出电压。这对于需要稳定电压的电子设备和电路非常重要。

2. 参考电压:稳压二极管可用作电路中的参考电压源。通过选择适当的稳压二极管,可以提供固定的参考电压,用于校准和比较其他信号。

3. 电压调节:稳压二极管也可用于电路中的电压调节功能。通过控制稳压二极管的电流流动,可以调节电路中的电压值,实现所需的电压调节功能。

稳压二极管的选择取决于所需的稳定电压和工作电流。它们具有不同的击穿电压和功率特性,因此在选择稳压二极管时需要根据具体应用和要求进行评估。

稳压二极管是一种特殊设计的二极管,可以提供稳定的电压输出。它们在电子电路中广泛应用于稳压、参考电压和电压调节等功能。

二. 金属氧化物压敏电阻器(Metal Oxide Varistor,MOV)

MOV是一种用于过电压保护的器件。它由金属氧化物颗粒均匀分布在陶瓷基体中构成,它能够在电压超过其额定值时变得导电,从而吸收过电压的能量,保护电路中的其他器件。

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MOV

MOV的特点在于其非线性电阻特性。在正常工作电压范围内,MOV表现为高电阻状态,几乎不对电路产生影响。然而,当电压突然增加超过其额定电压时,MOV会迅速变为低电阻状态,以吸收过电压的能量并将其导向地或其他低阻抗路径。

MOV的工作原理基于压敏效应。当电压超过其额定电压时,氧化物颗粒之间的电场强度变大,使得颗粒间的电阻减小。这使得MOV能够提供非常高的电流容量,有效地保护其他电路和设备免受过电压损害。

金属氧化物压敏电阻器常用于以下应用:

1. 过电压保护:MOV主要用于过电压保护,防止电压超过设备或电路所能承受的额定值。当出现过电压情况时,MOV快速响应并导通,将过电压引导到地或其他低阻抗路径,以保护其他敏感元件。

2. 搜索保护:MOV常用于电源线路和通信线路中,以保护设备免受电力搜索(电压突变)的影响。它们能够吸收和抑制瞬态电压峰值,防止设备受到潜在的损坏。

3. 浪涌保护:MOV也被广泛用于浪涌保护器中,用于防止雷击、电源浪涌和其他电磁干扰对电子设备和电路造成的损害。它们能够吸收和分散浪涌能量,保护设备不受瞬态过电压的影响。

选择适当的MOV取决于所需的额定电压、最大电流容量和响应时间。MOV的额定电压应略高于待保护电路的最大工作电压,而最大电流容量应满足系统的要求。响应时间应足够快,以确保对过电压的快速响应。

金属氧化物压敏电阻器是一种用于过电压保护的元件,能够吸收过电压能量并保护其他电路和设备不受损害。它们在过电压保护、搜索保护和浪涌保护等领域发挥重要作用。

三. 瞬态电压抑制器(Transient Voltage Suppressor,TVS)

瞬态电压抑制器(Transient Voltage Suppressor,简称TVS)是一种用于抑制瞬态过电压的电子器件。它能够快速响应并吸收过电压的能量,可以在电压突变或瞬态电压出现时提供有效的保护,防止电压超过设定的阈值。

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TVS1

TVS器件的工作原理基于击穿电压效应。当电路中出现瞬态过电压时,TVS器件会迅速变为低阻抗状态,将过电压的能量导向地或其他低阻抗路径。通过吸收和分散过电压的能量,TVS器件能够限制电压上升速度并保护其他敏感元件。

TVS器件通常由气体放电管(Gas Discharge Tube,GDT)或硅碳化物二极管(Silicon Carbide Diode,SiC Diode)等组成。气体放电管基于气体在电压过高时形成放电通路,而硅碳化物二极管则利用硅碳化物材料的特殊性质,在击穿电压下形成导电通路。

瞬态电压抑制器常用于以下应用:

1. 浪涌保护:TVS器件主要用于浪涌保护,防止由于雷击、电源浪涌、电力搜索和其他电磁干扰而引起的过电压。它们能够吸收和抑制瞬态电压峰值,保护电路和设备免受损坏。

2. 通信线路保护:TVS器件广泛应用于通信线路中,用于保护设备免受电力搜索和电磁干扰的影响。它们能够快速响应并吸收瞬态过电压,保护通信设备的稳定运行。

3. 电源线路保护:TVS器件也被用于电源线路的保护,防止电力搜索和其他过电压事件对电源设备造成损害。它们能够吸收和分散过电压能量,保护电源设备的正常工作。

选择适当的TVS器件取决于所需的额定电压、最大电流容量和响应时间。TVS器件的额定电压应略高于待保护电路的最大工作电压,而最大电流容量应满足系统的要求。响应时间应足够快,以确保对瞬态过电压的及时抑制。

瞬态电压抑制器是在浪涌保护、通信线路保护和电源线路保护等领域发挥重要作用。

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TVS2

四、 保险丝(Fuse)

保险丝(Fuse)是一种常见的电子元件,用于保护电路和设备免受过电流的损害。它是一种被动型的保护器件,通过断开电路来阻止过大电流流过。

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FUSE

保险丝通常由一个细丝或导线制成,具有较低的熔断电流。当电路中的电流超过保险丝的额定电流时,保险丝内部的细丝会受热并熔断,切断电流流动。

保险丝的主要特点和工作原理如下:

1. 额定电流(Rated Current):保险丝的额定电流是指它可以安全承受的最大电流值。当电流超过额定电流时,保险丝会熔断以阻止电流流动。

2. 熔断时间(Blow Time):保险丝的熔断时间是指它从电流超过额定电流到熔断的时间。熔断时间取决于保险丝的设计和特性,通常在几毫秒到几秒之间。

3. 熔断容量(Breaking Capacity):熔断容量是指保险丝可以安全熔断的最大电流或能量。保险丝的熔断容量需要与电路的负载和短路电流相匹配,以确保在故障条件下能够有效切断电流。

4. 类型:保险丝有多种类型,包括快熔型(Fast-acting)、延时型(Time-delay)、高压型(High voltage)等。不同类型的保险丝适用于不同的应用场景和要求。

保险丝的主要作用是在电路中提供过载保护。当电路中的电流异常增大,可能导致电路故障或设备损坏时,保险丝会迅速熔断,切断电流流动,从而保护电路和设备免受损害。

在选择适当的保险丝时,需要考虑电路的额定电流、短路电流、额定电压和环境条件等因素。正确选择保险丝可以确保电路的安全性和可靠性,并提供有效的过载保护。

五.负温度系数热敏电阻器(Negative Temperature Coefficient Thermistor,NTC热敏电阻器)

负温度系数热敏电阻器是一种电子元件,其电阻值随温度的升高而下降。

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NTC

NTC热敏电阻器通常由金属氧化物或半导体材料制成。在材料的晶格结构中,掺入了某些杂质,这些杂质使得电子在晶格中的运动受到干扰。随着温度的升高,温度敏感材料中的电子能量增加,电子与杂质的相互作用减弱,从而导致电子的迁移速度和电导率增加,电阻值减小。

NTC热敏电阻器的特点和应用包括:

1. 温度传感器:由于NTC热敏电阻器的电阻值与温度成反比关系,它们被广泛用作温度传感器。通过测量电阻值,可以确定环境温度的变化。

2. 温度补偿:NTC热敏电阻器可以用于温度补偿电路中。由于其电阻值随温度变化的特性,可以通过与其他元件(如热敏电阻器和电阻)串联或并联,实现对电路在不同温度下的稳定工作。

3. 温度控制:NTC热敏电阻器可以在温度控制电路中起到重要作用。通过监测电阻值的变化,可以控制加热元件或冷却元件的工作,以维持特定温度范围内的稳定状态。

4. 电源保护:NTC热敏电阻器还可以用于电源保护。在电源电路中,它们可以用作过电流保护器,当电流超过特定阈值时,由于电阻值的下降,它们可以限制电流的流动,保护电源和其他电路免受过大电流的损害。

总而言之,NTC热敏电阻器是一种具有负温度系数的热敏元件,其电阻值随温度的升高而下降。它们被广泛应用于温度传感、温度补偿、温度控制和电源保护等领域。

六. 聚合物正温度系数(Polymeric Positive Temperature Coefficient,简称PPTC)

PPTC电子保险丝也是一种过电流保护器件。它们具有低电阻,但在电流超过额定值时会发生热效应,导致电阻升高,限制电流流动。通常被用作可复位保险丝或过流保护器件。PPTC元件由特殊的聚合物材料制成,具有正温度系数的电阻特性。

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PPTC

PPTC元件的电阻在室温下通常较低,使得电流可以在元件中流动而不会有明显的电压降。然而,当发生过流情况时,PPTC元件由于通过的电流增加而发热。随着温度的升高,聚合物材料的电阻显著增加。

PPTC元件的关键特性在于其能够在故障条件下限制电流流动。当电流超过额定阈值时,PPTC元件发热,其电阻迅速增加。这种高电阻状态起到可复位保险丝的作用,有效限制电流,以保护电路和连接的元件。

一旦故障条件被消除,电流降到一定阈值以下,PPTC元件会冷却并其电阻返回到较低值。这种可复位的特性使得PPTC元件与传统保险丝不同,它们不需要在跳闸后更换。

PPTC元件在需要过流保护的各种电子电路和系统中得到应用。它们常用于电源、电池组、电机、通信设备和汽车电子等领域。PPTC元件具有体积小、可复位操作和对过流事件的快速响应等优点。

在选择PPTC元件时,需要考虑重要参数,包括额定电压、电流和保持电流。额定电压应高于电路的工作电压,而电流额定值应与最大预期电流匹配。保持电流指定了元件跳闸并增加电阻的电流水平。

PPTC元件为电子电路提供可靠的、可复位的过流保护,有助于提高安全性和可靠性。

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