高能效产品的过压保护之道

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各位嘉宾，各位朋友，大家上午好。
   
我是君耀电子北京公司的FAE，我叫王建。今天的主题是“高能效产品的过压保护”。
   
君耀电子是原厂家，我们会提供更为优质、可靠的产品，其次是直接面对我们终端客户，这样我们可以提供一个快速的服务。目前为止，我们这个产品很多的行业和领域都有广泛的应用，比如在通讯行业、消费类产品、汽车电子、新能源、军工、航空等等。君耀是在1996年成立于台湾新竹，在2001年在大陆成立了深圳君耀，陆续又成立了上海、北京、香港君耀。在2007年我们在深圳成立了自己的研发制造中心，同年我们在广东惠州也成立了，在2009年我们在美国硅谷也成立了美国君耀，这也标志着我们迈向国际的第一步。这是组织架构图，分为国内事业部，包括深圳公司、上海、北京、台湾，台湾部分包括我们欧洲、亚太一些地区有一些办事处。除此之外，我们有比较完整的研发、生产部门，在我们每一个研发中心都会有相关的实验室服务，我们可以简单给大家介绍一下，这里面涉及到客户产品，它会做一些可靠性的认证、测试，可能会遇到一些服务。
中国电子展 (www.aidzz.com)、电子元件技术网(www.cntronics.com)和我爱方案网(www.52solution.com)以及深圳会展中心( www.0755hz.cn )联合报道本研讨会！
2009年我们实验室是通过美国UL的认可，成为目击实验室，可以提供给客户免费的测试平台，目前我们可以提供可靠性测试。第二个是雷击测试，包括一些组合波形，这个主要是模拟我们客户的产品，在不同应用的环境下，它的一些抗干扰性，就类似于BMS里面。除此之外，还可以做一些器件的对比测试，包括静态参数、动态指标，还有内部的一些解剖分析等等。
   
这是主要的常规设备，主要是针对产品的检测，动态的和静态的。这个是我们UL目击实验室的设备，免费给客户做一些UF认证，可以提供测试平台。我们主要的产品是过压、过流保护，这里面有七大类，其中有六类过压保护器件，一类过流保护，组成了我们君耀的非常“6+1”。在六大类里面，有1.5K系列的，像 471、KD14等等这些型号相对来说比较熟悉一点。还有其他的像半导体放电管，静电保护器件，还有保险丝，这个相对来说不是特别熟悉。下面我们可以对这几类产品做一个简单的分类。
   
首先我们知道在防洪抗讯的时候，大家会想到两种比较有效的方法。比如说第一个我们可以修建大坝，大坝的目的是什么？堵住洪水，保护我们后方的家园，这是第一种。第二种我们可以通过开闸泄洪，把这个洪水给全部泄放出去，这样的话，同样可以起到保护我们后方美丽的家园。我们过压保护也是利用了这两种。首先第一个限压型，我们静电保护器件，压敏电阻是利用过压来的时候，把这个过压给压制住，这样的话，这个范围是我们后端电路可以承受的。

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开关型，就利用开闸泄洪的一个特点，当它动作之后，会把自身的组织进行短路，可以把过电压、过电流全部泄放出去。我们可以通过特性对比图看一下，我们看一下泄压型器件，红色的是过电压，经过泄压型之后，我们的尖峰给消掉了。再看一下右边的开关型器件，同样红色的过电压，经过开关型器件之后，它一旦动作，它就会变成短路，把电压全部泄放出去，同时两端的电压近似于0伏或者常规的10伏左右。
   
我们再通过这个图更详细的了解一下，这个是我在实验室做了一个两种器件的一个对比测试，我同样用的都是1.2：50常用的雷击模型的测试。我采用的两种特性器，分别是压敏电阻470伏，陶瓷气体放电管470伏，我们可以看到压敏电阻可以把电压限制在470伏以下。不管是防洪抗讯还是过电压保护，都只有两种特性的器件，为什么还有六种以上的过压保护器件呢？我想它们之间有各自的优点或者缺点。我们在六类国家保护器件当中有几个主要的参数，比如说第一个，承受能力方面，它能够耐受冲击电流的大小。它是二级管，我们分为普通型的，还有大通量的，这是前几年研发出来的新产品。普通型的承受能力一般只有几十安培或者几百安培，相对来说比较脆弱，大通流量的可以做到20千安。



压敏电阻承受能力是比较强的，开关型陶瓷器早期都是叫它防雷管，它的承受能力是比较强的。玻璃是比较集中的。另外一个参数除了二级管以外，它的材质决定它的显示时间特别快，可以达到小于一个频秒，除此之外，其他都是纳秒级的。陶瓷器的发电管显示时间是最慢的一种，小于100纳秒，对于我们防雷保护图，我们在防雷的时候，它的干扰也是微秒级的。对于100纳秒应该说基本上可以满足这个要求了，但是不能说拿这个陶瓷发电管防一些静电，100纳秒就没有什么效果。在静电保护器件，我们叫ESD，这个器件可以叫做零点几个。开关型器件，陶瓷型或者玻璃型，这个也可以做得非常低，用于防护。回顾一下它们的主要应用。静电保护器件功率很小，主要是防御一些静电，这是它的一些优势，压敏电阻就是电源端口非常常见的，开关是通过压敏电阻配合在一些端口进行防护。若图片无法打开  原文地址是：http://www.cntronics.com/public/seminar/content/type/article/rid/233/sid/58

下面这个图大家注意一下，这个是给大家做了一个总结，我相信大家在之前和以后看到的多级防护都会以这个为防护模式。可以看到，第一个是陶瓷气体发电管，也叫防雷管，因为它的承受能力最强，可能达到几百千安。中间我们叫压敏电阻，因为它的测速能力是几十千安，比陶瓷弱一些，然后最后面我们加的是二极管，静电保护器件，因为它们的承受能力是最弱的。除此之外，还有一个基本原则，首先我们大容量是放在前面，小容量是放在后面，精度方面，也是粗放的放在前面，精密的放在最后端。我们还可以看到每一级中间都有一个配偶器件，这个器件是必不可少的。
   
下面进入大家更为关注的方案的防护方面。我们知道在我们的日常生活中，是越来越注重一些高能效低能耗的产品，非常倡导开源节流、节能环保。在我们日常生活当中，一些家庭的家电，节能电视、节能冰箱、变频空调等等这些设备的话，都是朝这个方向去发展的。昨天刚刚结束的伦敦奥运，看到这个图片，伦敦馆，周围灯火辉煌，同时我们可以想象一下，在它的周围和它内部的话，肯定有很多的一些高能效的产品。比如说LED的控制、路灯、焰火的点火装置，还有摄像机、监控等等，这些都会有高能耗、节能的要求，那么我们对于防护也是越来越重视了。
   
我们大概总结了一下，在高效产品的防护的时候，注重了几个要求或者几个目标。第一，安全性对于很多的产品都是最基本的要求。第二，可靠性要求在保护完之后，我们的产品一定要在各种环境下能够可靠的工作，不会因为换了环境就会导致这个性能下降，或者说停止工作。第三，低功耗的保护。第四，可用性方面我们期望对防护选择最优的方案，最合适的型号，来提供这样一个防护。
   
看到这个是在一些电源端口，或者在试点上的高能耗产品的防护，这是最简单的1+1的模式。我们知道压敏电阻的模式通常都是短路的，它如果短路之后，如果说我们前面这个Fuse能够及时的切断短路的回路，那么它也不会导致安全的隐患，但是问题是什么？我们对于防雷的要求都非常注重防雷的级别，防雷之后，Fuse它的响应时间不会有那么快，如果压敏电阻一旦失效的话，就会导致整个发热，产品会造成起火的这种安全隐患。
   
再看一下这个方案，我们同样是1+1的模式，但是压敏电阻换成TMOV，这个温度保险其实是放置在压敏特别贴近的一个位置，只要压敏电阻短路，它会发热，发热之后，这个温度保险会切断回路，也就是说，它可以提供一个断路的保护，物理性的断路保护，既即使我们前面不动作，我们自身可以提供一个短路的保护，就不会引起火灾，这是第一个优点。第二个优点，它同时具有比普通压敏电阻的吸收能力更强，是普通的两倍。第三个优点，可以有三个引脚，三个引脚的话，比如说在压敏电阻的芯片，中间多了一个引脚，这样我们可以灵活的实现失效报警功能。
   
我们再看一下这个直流电源端口。我们可能比较常见的就是两极的防护，前面是压敏电阻，后面是用了二极管，中间通过电感或者电阻进行匹配，这样的方案，我们可以达到比较高的级别，我们通过合适的选型，可以通过IEC6100—4—5，可以达到4000伏。我们压敏电阻，大家都知道，它是易损耗的器件，就像一碗水端平，你冲击一下，它可能会洒出一部分，再冲击一下又洒出一部分，直到没有了。中间我们配偶器件一般用的是电杆，这个电杆用的是空心的，如果实心的话会出现磁饱和，基本上没有什么作用的。我们知道空心电感体积非常大，我们之前也找过几个电杆的厂商提供空心电杆的样品，做两极匹配的测试，效果的确不错，但是因为体积太大，有很多客户接受不了这种体积。但是我们可以通过电阻来配偶，但是电阻是这样，比如我们选择55000左右的，工作电流有2安培，这样的话，它的功耗就非常大了，这也不太适合。



除了这样的话，我们可以取一个或者两个，我经常会遇到客户的提问，比如说像第一个问题，那么客户会问，为什么我用你这样的压敏电阻，压敏电阻没问题，然后我的后端电路就坏掉了呢？这个时候，我没办法，只能和客户解释一下，压敏电阻承受能力很强，但问题是它的限制电压能力不强，比如说一个4000伏的过来，剩下的电压只有200伏，这200伏对我们直流是基本承受不住的，就会出现后端芯片出现损坏的情况，可是压敏没有问题。同样我还遇到过客户问这样的问题，为什么我用了你们家的TS管，我打1000伏的测试，怎么老是短路呢，这个时候，肯定会首先确认一下它的测试条件还有型号的选择、功率的选择，我们知道，TS管优点是限制电压能力特别强，保护效果特别好，但是问题是它的承受能力比较弱。第三个问题，我也遇到过，有些客户会问，我为什么用了你们家的压敏电阻和二极管，为什么还出现TS管损坏？听到这个问题，我会问你们的中间加没加配偶器件，基本这个问题的出现都是因为中间级的配偶匹配做得不好