電路保護設計需要注意哪些事項?
發布時間:2019-02-15 責任編輯:xueqi
【導讀】在通信、消費、軍工、航空航天等領域,ESD往往是引起電路失效的罪魁禍首,而過流過壓保護器件選擇、傳導輻射電磁幹擾消除、EMC測試環境等問題成為工程師在設計時的難點,這些問題該怎麼解決呢?
隨著電子產品集成度、處理器速度、開關速率和接口速率的不斷提升,電子產品ESD/EMI/EMC問題日益突出,尤其是當手持電子設備向輕薄小巧方向發展而且產品功能不斷增加時,它們的輸入/輸出端口也隨之增多,導致靜電放電進入係統並幹擾或損壞集成電路,電路保護是最容易出現問題的部分,也是容易被忽略的問題。

在通信、消費、軍工、航空航天等領域,ESD往往是引起電路失效的罪魁禍首,而過流過壓保護器件選擇、傳導輻射電磁幹擾消除、EMC測試環境等問題成為工程師在設計時的難點,這些問題該怎麼解決呢?
一、電路保護從元器件選型開始
電dian路lu保bao護hu元yuan器qi件jian通tong常chang包bao括kuo過guo壓ya保bao護hu器qi件jian和he過guo流liu保bao護hu器qi件jian兩liang種zhong,工gong程cheng師shi需xu要yao針zhen對dui各ge種zhong元yuan器qi件jian的de特te點dian和he不bu同tong的de應ying用yong類lei型xing進jin行xing選xuan擇ze。電dian子zi產chan品pin中zhong,印yin製zhi電dian路lu板ban的de密mi度du不bu斷duan提ti高gao,半ban導dao體ti元yuan件jian和he集ji成cheng電dian路lu的de工gong作zuo電dian壓ya不bu斷duan降jiang低di,生sheng產chan商shang就jiu運yun用yong表biao麵mian貼tie裝zhuang技ji術shu、片式多層陶瓷技術、陣列技術等新技術開發小尺寸、滿足小電壓大電流電路保護需求的產品;可以預見,未來電子電力技術不斷發展,國內外電路保護元器件生產商將繼續大力研發新產品、新技術,為各個應用領域提供合適的、安全的電路保護元器件。
選擇適當的電路保護器件是實現高效、可(ke)靠(kao)電(dian)路(lu)保(bao)護(hu)設(she)計(ji)的(de)關(guan)鍵(jian),涉(she)及(ji)到(dao)電(dian)路(lu)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)的(de)選(xuan)型(xing),我(wo)們(men)就(jiu)必(bi)須(xu)要(yao)知(zhi)道(dao)各(ge)電(dian)路(lu)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)的(de)作(zuo)用(yong)。在(zai)選(xuan)擇(ze)電(dian)路(lu)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)的(de)時(shi)候(hou)我(wo)們(men)要(yao)知(zhi)道(dao)保(bao)護(hu)電(dian)路(lu)不(bu)應(ying)幹(gan)擾(rao)受(shou)保(bao)護(hu)電(dian)路(lu)的(de)正(zheng)常(chang)行(xing)為(wei),此(ci)外(wai),還(hai)必(bi)須(xu)防(fang)止(zhi)任(ren)何(he)電(dian)壓(ya)瞬(shun)態(tai)造(zao)成(cheng)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)重(zhong)複(fu)性(xing)或(huo)非(fei)重(zhong)複(fu)性(xing)的(de)不(bu)穩(wen)定(ding)行(xing)為(wei),進(jin)行(xing)多(duo)次(ci)模(mo)擬(ni)測(ce)試(shi),從(cong)而(er)實(shi)現(xian)電(dian)路(lu)防(fang)護(hu)方(fang)案(an)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)實(shi)用(yong)性(xing)。
二、電路保護器件的選擇技巧
麵對ESD、過壓、浪湧、過熱等現象帶來的巨大危害性,最新的電路保護器件除了需要關注伏安特性、保(bao)護(hu)級(ji)別(bie)等(deng)因(yin)素(su)之(zhi)外(wai),還(hai)要(yao)考(kao)慮(lv)其(qi)他(ta)很(hen)多(duo)問(wen)題(ti)。比(bi)如(ru)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)越(yue)來(lai)越(yue)輕(qing)薄(bo),為(wei)了(le)符(fu)合(he)尺(chi)寸(cun)的(de)限(xian)製(zhi)並(bing)在(zai)更(geng)小(xiao)的(de)占(zhan)位(wei)麵(mian)積(ji)中(zhong)提(ti)供(gong)電(dian)路(lu)保(bao)護(hu),保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)製(zhi)造(zao)商(shang)需(xu)要(yao)開(kai)發(fa)出(chu)尺(chi)寸(cun)更(geng)小(xiao)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian),這(zhe)就(jiu)需(xu)要(yao)廠(chang)商(shang)不(bu)斷(duan)提(ti)高(gao)元(yuan)器(qi)件(jian)的(de)能(neng)量(liang)密(mi)度(du),當(dang)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)接(jie)口(kou)速(su)率(lv)不(bu)斷(duan)提(ti)升(sheng),為(wei)保(bao)證(zheng)信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)就(jiu)必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)電(dian)容(rong)的(de)大(da)小(xiao),保(bao)護(hu)方(fang)案(an)必(bi)須(xu)緊(jin)隨(sui)接(jie)口(kou)發(fa)展(zhan)的(de)趨(qu)勢(shi),確(que)保(bao)接(jie)口(kou)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing),同(tong)時(shi)還(hai)得(de)保(bao)證(zheng)保(bao)護(hu)元(yuan)器(qi)件(jian)的(de)耐(nai)衝(chong)擊(ji)次(ci)數(shu)、抗震、防潮等因素。
三、過流、過壓保護器件的特性
baohuqijiansuiranzhongleifanduo,conggongnengshangjiangkeyifenweiguoliubaohuheguoyabaohu。zuizhongyaodeguoliubaohuqijianshirongduanqi,yejiaobaoxiansi。tayibanchuanlianzaidianluzhong,yaoqiuqidianzuyaoxiao(功耗小),dangdianluzhengchanggongzuoshi,tazhixiangdangyuyigendaoxian,nenggouchangshijianwendingdedaotongdianlu,youyudianyuanhuowaibuganraoerfashengdianliubodongshi,yeyingnengchengshouyidingfanweideguozai,zhiyoudangdianluzhongchuxianjiaodadeguozaidianliu(故障或短路)時,熔斷器才會動作,通過斷開電流來保護電路的安全,以避免產品燒毀的危險。
在熔斷器分斷電路的過程中,由於電路電壓的存在,在熔體斷開的瞬間會發生電弧,高質量的熔斷器應該盡量避免這種飛弧;在分斷電路後,熔斷器應能耐受加在兩端的電路電壓.熔斷器受脈衝損傷會逐步降低承受脈衝的能力,選用時需要考慮必要的安全餘量;這個安全餘量是指熔斷器的總熔斷(動作)時間,它是預飛弧時間和飛弧時間之和。
所以在選擇的時候需要留意它的熔斷特性和額定電流這個基本條件;lingwaianzhuangshiyaokaolvrongduanqizhoubiandehuanjing,rongduanqizhiyoudadaobenshenderonghuarenengzhideshihoucaihuirongduan,ruguoshizaihuanjingjiaolengdezhuangkuangxia,taderongduanshijianhuibianhua,zheshishiyongshibixuliuyide。
四、EMC測試要點
電磁兼容性(EMC)是指設備或係統在電磁環境中性能不降級的狀態。EMC,一yi方fang麵mian要yao求qiu係xi統tong內nei沒mei有you嚴yan重zhong的de幹gan擾rao源yuan即ji設she備bei在zai正zheng常chang運yun行xing過guo程cheng中zhong對dui所suo在zai環huan境jing產chan生sheng的de電dian磁ci幹gan擾rao不bu能neng超chao過guo一yi定ding的de限xian值zhi,另ling一yi方fang麵mian要yao求qiu設she備bei或huo係xi統tong自zi身shen有you較jiao好hao的de抗kang電dian磁ci幹gan擾rao性xing即ji器qi具ju對dui所suo在zai環huan境jing中zhong存cun在zai的de電dian磁ci幹gan擾rao具ju有you一yi定ding程cheng度du的de抗kang擾rao度du,即ji電dian磁ci敏min感gan性xing。
EMC包括EMI(電磁幹擾)及EMS(電磁耐受性)兩部份,一是EMI電磁幹擾,乃為機器本身在執行應有功能的過程中所產生不利於其它係統的電磁噪聲;二是EMS乃指機器在執行應有功能的過程中不受周圍電磁環境影響的能力。
五、如何消除電磁幹擾?
電dian磁ci幹gan擾rao,是shi指zhi電dian子zi設she備bei自zi身shen工gong作zuo過guo程cheng中zhong,產chan生sheng的de電dian磁ci波bo,對dui外wai發fa射she,從cong而er對dui設she備bei其qi它ta部bu分fen或huo外wai部bu其qi它ta設she備bei造zao成cheng幹gan擾rao。係xi統tong要yao發fa生sheng電dian磁ci兼jian容rong性xing問wen題ti即ji電dian磁ci幹gan擾rao,必須具備三個因素,就是電磁幹擾源、耦合途徑、敏感設備。所以,在解決電磁幹擾問題時,要從這三個因素人手,對症下藥,消除其中某一個因素,就能解決電磁兼容問題。常用的有效的方法有:接地技術、屏蔽技術、濾波技術。
在通信局(站)中,通常有兩種防雷接地:一(yi)種(zhong)是(shi)為(wei)保(bao)護(hu)建(jian)築(zhu)物(wu)或(huo)天(tian)線(xian)不(bu)受(shou)雷(lei)擊(ji)而(er)專(zhuan)設(she)的(de)避(bi)雷(lei)針(zhen)防(fang)雷(lei)接(jie)地(di)裝(zhuang)置(zhi),這(zhe)是(shi)由(you)建(jian)築(zhu)部(bu)門(men)設(she)計(ji)安(an)裝(zhuang)的(de),另(ling)一(yi)種(zhong)是(shi)為(wei)了(le)防(fang)止(zhi)雷(lei)擊(ji)過(guo)電(dian)壓(ya)對(dui)通(tong)信(xin)設(she)備(bei)或(huo)電(dian)源(yuan)設(she)備(bei)的(de)破(po)壞(huai)需(xu)安(an)裝(zhuang)避(bi)雷(lei)器(qi)而(er)埋(mai)設(she)的(de)防(fang)雷(lei)接(jie)地(di)裝(zhuang)置(zhi)。保(bao)護(hu)接(jie)地(di)就(jiu)是(shi)將(jiang)受(shou)電(dian)設(she)備(bei)在(zai)正(zheng)常(chang)情(qing)況(kuang)下(xia)與(yu)帶(dai)電(dian)部(bu)分(fen)絕(jue)緣(yuan)的(de)金(jin)屬(shu)外(wai)殼(ke)部(bu)分(fen)與(yu)接(jie)地(di)裝(zhuang)置(zhi)作(zuo)良(liang)好(hao)的(de)電(dian)氣(qi)連(lian)接(jie)。
電(dian)路(lu)中(zhong)的(de)電(dian)磁(ci)屏(ping)蔽(bi)技(ji)術(shu)主(zhu)要(yao)是(shi)在(zai)共(gong)同(tong)的(de)電(dian)磁(ci)環(huan)境(jing)中(zhong)進(jin)行(xing)生(sheng)存(cun),通(tong)過(guo)運(yun)用(yong)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)抑(yi)製(zhi)技(ji)術(shu)防(fang)止(zhi)在(zai)實(shi)際(ji)工(gong)作(zuo)中(zhong)收(shou)到(dao)其(qi)他(ta)因(yin)素(su)的(de)幹(gan)擾(rao),導(dao)致(zhi)技(ji)術(shu)出(chu)現(xian)應(ying)用(yong)不(bu)合(he)理(li)現(xian)象(xiang)。屏(ping)蔽(bi)技(ji)術(shu)主(zhu)要(yao)是(shi)運(yun)用(yong)完(wan)整(zheng)的(de)金(jin)屬(shu)屏(ping)蔽(bi)體(ti)將(jiang)帶(dai)點(dian)導(dao)體(ti)包(bao)圍(wei)起(qi)來(lai),提(ti)高(gao)屏(ping)蔽(bi)體(ti)的(de)感(gan)應(ying)能(neng)力(li),確(que)保(bao)外(wai)側(ce)能(neng)夠(gou)出(chu)現(xian)與(yu)帶(dai)電(dian)導(dao)體(ti)相(xiang)同(tong)的(de)電(dian)荷(he),如(ru)果(guo)外(wai)側(ce)的(de)電(dian)荷(he)流(liu)入(ru)到(dao)大(da)地(di),外(wai)側(ce)也(ye)不(bu)會(hui)出(chu)現(xian)電(dian)漏(lou),而(er)金(jin)屬(shu)屏(ping)蔽(bi)體(ti)導(dao)電(dian)性(xing)能(neng)越(yue)好(hao),代(dai)表(biao)靜(jing)電(dian)的(de)屏(ping)蔽(bi)效(xiao)果(guo)越(yue)好(hao),屏(ping)蔽(bi)技(ji)術(shu)需(xu)要(yao)通(tong)過(guo)接(jie)地(di)起(qi)到(dao)屏(ping)蔽(bi)作(zuo)用(yong)。
濾lv波bo器qi是shi射she頻pin係xi統tong中zhong必bi不bu可ke少shao的de關guan鍵jian部bu件jian之zhi一yi,主zhu要yao是shi用yong來lai作zuo頻pin率lv選xuan擇ze,讓rang需xu要yao的de頻pin率lv信xin號hao通tong過guo而er反fan射she不bu需xu要yao的de幹gan擾rao頻pin率lv信xin號hao。信xin號hao濾lv波bo是shi已yi知zhi輸shu入ru和he輸shu出chu阻zu抗kang時shi,在zai衰shuai減jian帶dai外wai幹gan擾rao的de同tong時shi,保bao證zheng通tong帶dai內nei具ju有you極ji低di的de插cha入ru損sun耗hao。
EMI濾lv波bo是shi在zai期qi望wang的de工gong作zuo頻pin帶dai寬kuan的de範fan圍wei內nei,端duan接jie阻zu抗kang的de變bian化hua範fan圍wei會hui增zeng大da,其qi加jia載zai電dian流liu影ying響xiang的de插cha入ru損sun耗hao是shi由you對dui外wai界jie幹gan擾rao信xin號hao的de抑yi製zhi能neng力li決jue定ding的de。
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