安防设备中电子保护元件的应用与过电保护

2021-11-16 11:46:08

750 电子元器件

随着社会的不断进步，安防行业持续高速增长，安防产品得到了广泛应用。无论是公用事业、商业还是民用，安防产品已经渗透到各个领域，这也导致了安防产品功能的多样化和应用环境的复杂化。

随着产品功能越来越多，其功能接口也越来越丰富，如:网络接口(带POE功能)、模拟视频接口、音频接口、报警接口、RS485接口、RS232接口等。功能在不断增加，但对产品体积的要求越来越小，会增加设计难度的同时也让产品面临更多的威胁，比如雨季雷电增多，产品批量受损；设备在冬季安装调试时，由于静电等原因导致设备功能异常。

本文主要介绍常见保护元件在产品中的基本应用，通过保护电路提高产品的抗静电和抗浪涌能力，从而提高产品的稳定性。

常见的保护元件

常见的过压保护元件有TSS(半导体放电管)、TVS瞬态电压抑制二极管和GDT(陶瓷气体放电管)。

(一)浪涌保护

浪涌保护元件可分为两种基本类型:开关器件，如GDT气体放电管和TSS半导体放电管；箝位器件，如TVS二极管、MOV变阻器等。

1.箝位元件

箝位元件响应速度快，但其电流处理能力有限，因为瞬态能量必须通过箝位元件/耗散。此外，箝位元件两端的压降随着通过它的传导电流的增加而降低。因此，较高的箝位电压阈值元件具有较低的峰值电流能力(对于特定系列中的所有元件，额定功率保持不变，但是由于功率是电压和电流的乘积，所以增加电压需要减少电流)。

2.开关元件

开关元件可以处理更高的浪涌电流，因为元件两端的电压在导通状态下非常低。该开关充当“近短路值”路径，以转移受保护设备的瞬态能量。

（二）保护装置

1.GDT气体放电管

GDT气体放电管的优点包括高浪涌电流额定值，其浪涌电阻峰值电流高达20kA，低电容额定值低至 1.5pF，0 V偏压。它们通常用于初级保护，因为它们的浪涌额定值高，但对高频元件的干扰低，因此可以用于高速数据链路。然而，对于信号端口应用，它们也有一些缺点，包括过高的初始电压阈值(这意味着当出现超过系统正常工作电压的浪涌时，它们可能不会在足够低的阈值下被激活以保护电路)、响应速度慢以及占用空间相对较大。

2.瞬态电压抑制（TVS）二极管

瞬态电压抑制（TVS）二极管是一种箝位元件，可提供低电压阈值。然而，由于它们的箝位特性，它们将消耗更高的功率水平，因此它们的尺寸必须扩大，以实现类似于晶闸管箝位元件的浪涌额定值。这种更大的硅封装可以产生更高的断态电容，可能与高带宽信号不兼容。

3.半导体放电管

半导体放电管是一种PNPN元件当它超过峰值关断状态电压(VDRM)时，它将瞬态电压箝位在器件的开关电压(VS)额定值内。然后，一旦流经它的电流超过它的开关电流，它就会迅速切断并模拟短路情况。当流经它的电流小于其载流(IH)时，它将复位并恢复到其高关断状态阻抗。半导体放电管的优点包括响应时间快、电特性稳定、长期可靠性和低电容。而且因为是开关型保护器，不会被电压损坏。

（三）浪涌保护电路

一个完整的电子设备浪涌保护系统一般由二级或三级保护电路组成，利用各种浪涌抑制装置的特性可以实现可靠的保护。常用的浪涌保护系统采用气体放电管、变阻器和瞬态抑制二极管，以及一些电阻和电感，实现对设备的可靠保护。