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电子设计之安全可靠性考虑:电路保护
发表于:2009-07-21 | 分类: 硬件设计
字数统计: 4.4k | 阅读时长: 15分钟 | 阅读量:

在实际应用环境中出现问题了才意识到保护的必要性

设备自身的保护 输入口防护

反接保护

二极管 整流桥,反接可以照样工作

反接保护2 大电流方案

电流大的时候简单串联二极管不行了,发热严重 直接串联二极管简单便宜,但电流不能太大,串二极管在大电流情况下发热巨大;适当可以选择电流大的二极管,可以并联多个电流小的二极管,因为二极管并联存在电流不均的情况,可能导致通过某个二极管的电流过大,烧坏,然后支路减少,再逐个烧毁其他二极管,所以需要串联均流电阻,比如0.5欧/1W以上的电阻。二极管并联由于各二极管特性不完全一致,不能均分所通过的电流,所以串入均流电阻,但是若考虑二极管的极限参数来看,并联的二极管比单管稳定性更差。 //由于一个二极管允许通过的正向电流毕竟有限,满足不了电路中大电流的需要,这时,可将几只二极管并联起来代替一只二极管使用,使每只二极管平均分担正向电流。 //由于每只二极管尽管型号一样,但很难做到正向电阻完全相同, 这时,各支路的电流就不能完全平均分配了。电流大的二极管可能超过其极限值而烧毁,于是,又将所有电流转移到其它二极管上,可能致使各个二极管相继烧毁。所以,为避免这种现象的发生,在每只二极管上均串联一个数值相同的电阻(均流电阻),使每个支路的电阻趋于相等,于是,就能使电流在各管平均分配。 // 可以并联,并联后耐压不变。 由于二极管阻值个体差异,造成两个二极管电流有差异。 所以使用并联时的电流小于2倍的额定电流。即1+1<1×2 一般情况下两只并联:按照单只二极管额定电流的2倍乘以90%,选用是可以的。 这里的90%一般称作均流系数。 不同型号的二极管均流系数不同,这里的90%只是我的建议。 //两只二极管并联、每只分担电路总电流的一半,三只二极管并联,每只分担电路总电流的三分之一。总之,有几只二极管并联,”流经每只二极管的电流就等于总电流的几分之一。但是,在实际并联运用时”,由于各二极管特性不完全一致,不能均分所通过的电流,会使有的管子困负担过重而烧毁。因此需在每只二极管上串联一只阻值相同的小电阻器,使各并联二极管流过的电流接近一致。这种均流电阻R一般选用零点几欧至几十欧的电阻器。电流越大,R应选得越小。   反向并个二极管+保险不错—>烧毁之后需要重新更换,自恢复保险丝成本较高(反接二极管不能串联电阻,否则不能起到保护作用了) 这种防反接保护电路结构简单,不会影响效率,但保护后会烧毁保险丝 F,需要重新更换 才能恢复正常工作。 谁敢烧我板子,我就烧他电源 哈哈 采用继电器防反接,由图中可以看出,如果电池接反,D 反偏,继电器 K 的线圈没有电流通过,触点不能吸合,逆变器供电被切断。 这种防反接保护电路效果比较好,不会烧毁保险丝 F,但体积比较大,继电器的触点的寿命有限。 采用 MOS管的防反接保护电路。图中 D为防反接 MOS的寄生二极管,便于分析原理画出来了。当电池极性未接反时,D 正偏导通,Q 的 GS 极由电池正极经过 F,R1,D 回到电池负极得到正偏而导通。Q 导通后的压降比 D的压降小得多,所以 Q导通后会使 D得不到足够的正向电压而截至; 当电池极性接反时,D会由于反偏而截至,Q也会由于 GS反偏而截至,逆变器不能启动。 这种防反接保护电路由于没有采用机械触点开关而具有比较长的使用寿命, 也不会像反并肖特基二极管组成的防反接保护电路那样烧毁保险丝 F.因而得到广泛应用,缺点是 MOS导通时具有一定的损耗。但是随着半导体技术的发展,低导通内阻的 MOS管层出不穷,像我们锐骏半导体新出的 RU4099,40V的耐压,200A的电流容量,低到 2.8mΩ的导通内阻,足够畅通无阻地通过比较大的电流还保持比较低的损耗。 == 2012.02.16 wo 建议还是保留一个,作为反接保护 吴 09:31:15 我做过测试,接一个发热也很严重,而且后来我换用了1N5408,它的允许正向电流更大一点,但是发热问题依然存在 wo09:31:34 是谁发热? 吴 09:32:10 二极管,那时候用测温计测过,温度在50度上下, 吴 09:32:35 补光板电源在控制板上的J12的8脚 wo09:34:05 测试过总耗电吗 吴 09:35:37 目前在功能不完全启动的情况下测试的F1的电流为600毫安以上,待机情况下为300毫安 吴 09:35:55 最高可达到700毫安 吴 09:36:43 电压在12V左右时测得的结果 wo09:37:01 4007 说是1A 吴 09:37:55 恩,是的,但后来我又换了5408,它的是3A不过也是发热,温度在50度以上 吴 09:38:42 同时我LM22676芯片的温度也测过,在30度左右, 吴 09:39:03 目前还没弄明白发热的原因 wo09:39:56 通过电流大的时候确实有可能发热大。可以这样改善,将二极管焊盘做大,加以散热 wo09:40:28 这样应该可以 吴 09:43:14 是这样的,在测试的时候,大约1小时的时候周围铺铜的地方也都已经明显的感觉到热了,所以估计加大焊盘散热的效果不会很明显,要不这样吧,我加上一个二极管,如果实际不行的话我在用跳线的 方式替代二极管吧 wo09:44:02 可以, wo09:44:13 做个备用 wo09:44:21 焊盘还是做大一些 吴 09:44:25 好的 wo09:44:37 你这个设备挺耗电的嘛 吴 09:45:00 最主要的耗电的地方在他们的核心板 吴 09:45:17 分机上还有液晶屏的功耗也很大 吴 09:48:13 这个地方我是采用4007啊,还是采用5408啊? wo10:04:55 5408封装多大 吴 10:07:44 有这三种封装 wo10:08:53 做一个大一点的封装,尽量做兼容的,焊这个也行,含4007也行,也方便直接短路,试试看 吴 10:09:05 好的

过流保护、过载保护、短路保护

保险丝 过载保护和短路保护都是过电流保护,就是电流超过了额定电流,断路器要对设备和电器进行保护 所谓过载保护,就是允许过电流可持续运行一段时间,对设备和电路不会造成损坏 而短路保护,就是过电流太大,可能会对设备和电路造成损害,需要断路器在瞬间或极短的时间内(短延时,一般不超过1秒,有些断路器可以设定短延时时间)将电路切断,保护备和电器 过载保护和短路保护参数是在负载\线路确定后,进行选定的 短路保护:熔断器 短路保护要求在短路故障产生后的极短时间内切断电源,常用方法是在线路中串接熔断器或低压断路器。低压断路器动作电流整定为电动机起动电流的1.2倍。 熔断器不能做轻度过载保护 熔断器动作特性是反时限的,电流越大,动作时间越短。 可是过载电流算不上很大,所以动作时间长,再加上动作时间还有5%的偏差,那就不能很好的进行过载保护了。 过载保护:过载保护采用热继电器来实现,需要一定的动作时间,是一个累积的过程 过载保护是断路器或热继电器中的热变形金属片通过大于额定(或设置)电流而变形触动脱勾机构引起跳闸。 保险丝选择除了电流之外,也有电压参数,额定电压:保险丝的公称工作电压(保险丝断开瞬间,能安全承受的最大电压)。选用保险丝时,被选用保险丝的额定电压,应大于被保护回路的输入电压 还有是否延时之分,快速熔断器,延时熔断器,延时时间长短也有区别 保险丝选择之电压:工作在超过最大工作电压的时候,保险丝内部将发生变化,使得其变得不稳定,既定参数会改变,熔断参数也会改变;一般来说,是电流大于保险丝的熔断电流的时候才会熔断,与电压无关 因为,保险丝是串联在电路中的,而且一般是总电路,保险丝的电阻要比负载阻抗小得多,所以分配不到电压,所以在保险丝两端可以近似看作是没有压降的,所以保险丝的熔断依据是电流的大小 自恢复保险丝: 很显然选用保险丝额定电流太大,当遇到异常情况时,保险丝很难熔断达不到保险的目的,如果选择的额定电流太小,即使未遇到异常情况保险丝也会保护,使电路无法正常工作 额定电压 额定电压是指保险丝断开后能承受的最大电压。保险丝接通时期两端所承受的电压远远小于其额定电压,在选用保险丝时一般均要求其额定电压要大于有效的电路电压 额定电流 额定电流是保险丝能长期工作的最大电流。假设保护电流为Ir,应该选用保险丝的额定电流为In,则两者应满足以下条件In=Ir/(fo*f1),fo为对不同规范保险丝的折减率,对ICE规范的保险丝可以不加折减率,即fo=1,对UL规范的保险丝,折减率fo=0.75。f1为考虑温度后的折减率,环境温度越高,保险丝工作时就越热,寿命就越短 例如:某电路额定电压为12V,正常工作电流为2A,如果采用高分子PPTC自恢复式保险丝要求符合UL规范的保险丝,要求该保险丝长期工作在90℃,则所选用的保险丝额定电流为 In=Ir/(fo*f1)=2/(0.75*0.4)=6.6A,所以推荐使用RF/WH16-700自恢复保险丝 最大工作电压 在正常动作状态下,跨过RF/WH系列高 分子PTC热敏电阻两端的最大电压。在许多电路中,相当于电路中电源的电压 16V系列:1A、2A、3A、4A、5A、6A、7A、9A、10A、11A、12A、14A 30V系列:0.9A、1.1A、1.35A、1.60A、1.85A、2.5A、3A、4A、5A、6A、7A、8A、9A 60V系列:0.05A、0.1A、0.17A、0.2A、0.25A、0.3A、0.4A、0.5A、0.65A、0.75A、0.9A、1.1A、1.35A、1.6A、1.85A、2.5A、3A、3.75A 型号如:KX60-050 最大工作电压为60V,最大工作电流为0.5A 按照电流和电压具体可以分为如下几个常用的型号 KX60V005 KU30V090 KR250V060 KG16V300 KG16V090  KX60V010 KU30V110 KR250V080 KG16V400 KG16V110  KX60V017 KU30V135 KR250V090 KG16V500 KG16V135  KX60V020 KU30V160 KR250V110 KG16V600 KG16V160  KX60V025 KU30V185 KR250V120 KG16V700 KG16V185  KX60V030 KU30V250 KR250V145 KG16V800 KG16V250  KX60V040 KU30V300 KR250V180 KG16V900  KX60V050 KU30V400 KR250V200 KG16V1000  KX60V065 KU30V500 KR250V400 KG16V1100  KX60V075 KU30V600 KR250V600 KG16V1200  KX60V090 KU30V700 KR250V800 KG16V1400  KX60V110 KU30V800 KR250V1000  KX60V135 KU30V900 KR250V1200   KX60V160 KR600V150 KX60V250 KR600V160 KX60V300 KX60V375    

过压保护

压敏电阻 220V输入的用471,比如07D471  / 10D471,12V的可考虑用18V/22V/27V? 压敏电阻应用在电源上是比较合适的。但在一些通讯口或出口的部分比较好的保护方法是用速度较快的TVS管。 齐纳二极管击穿

CPU保护

和输入光耦隔离 口线串联电阻

总线保护

防雷击

  电路设计的可靠性 不用的IO接地 滤波 PCB可靠性 EMC 最小的回路 ESD防静电 Electro-Static discharge 静电释放 EFT 脉冲群发生 防爆 电火花和热效应是引起爆炸性危险气体爆炸的主要点燃源。本安就是通过限制电火花和热效应两个可能的点燃源的能量来实现的。在正常工作和故障状态下当 仪表可能产生的电火花或热效应的能量小于这个能量时,低度表不可能点燃爆炸性危险气体而产生爆炸。原理是从限制能量入手,可靠地将电路中的电压和电流限制 在一个允许的范围内,以保证仪表在正常工作或发生短接和元器件损坏等故障情况下产生的电火花和热效应不致于引起其周围可能存在的危险气体的爆炸。 4-20ma电流 IEC标准 O 60601 -> 医疗电气设备 O 61000-3 -> 电磁兼容 O 61000-4-2 -> ESD O 61000-4-3 -> 辐射电磁场 O 61000-4-4 -> EFT/Burst脉冲群 O 61000-4-5 -> 浪涌 O 61000-4-6 -> 射频传导干扰 O 61000-4-11 ->电压跌落与中断

磁珠

电感的一种,高频

共模电感

EMC常用元件 共模电感是一 个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件,它由两个尺寸相同,匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上,形成一个四端器件,要对于共模信号呈现出大 电感具有抑制作用,而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。原理是流过共模电流时磁环中的磁通相互叠加,从而具有相当大的电感量,对共模电流起到 抑制作用,而当两线圈流过差模电流时,磁环中的磁通相互抵消,几乎没有电感量,所以差模电流可以无衰减地通过。因此共模电感在平衡线路中能有效地抑制共模 干扰信号,而对线路正常传输的差模信号无影响。 共模电感(Common mode Choke),也叫共模扼流圈,常用于电脑的开关电源中过滤共模的电磁干扰信号。在板卡设计中,共模电感也是起EMI滤波的作用,用于抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射。 共模电感实质上是一个双向滤波器:一方面要滤除信号线上共模电磁干扰,另一方面又要抑制本身不向外发出电磁干扰,避免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。 共模:两根铜线绕向一致 差模:两根铜线绕向相反

共模电感是作用是抵制共模噪声,
共模噪声的产生有两种:第一种是外部对内部的,也就是电网中自带的,比如说雷电时,会在两导线上产生感应电流,L,N线到大地间就会形成共模干扰电压。
另一种是内部的:一般是各开关器件(MOS,IGBT等)开关产生的高次谐波

  Are Common Mode Choke Coils Needed on USB? A common mode (CM) choke should be used to terminate the high speed USB bus if they are need to pass EMI testing Common mode chokes degrade signal quality, thus they should only be used if EMI is a known problem. 共模干扰 是指干扰信号在2条线上各流过一部分,以地为公共回路,而信号电流只在往返2个线路中流过。共模干扰的来源一般是设备对地漏电、地电位差、线路本身具有对地干扰等。由于线路的不平衡状态,共模干扰会转换成常模干扰,就较难除掉了。  

一些插针防反插

端子的防反插 结构件上防止反插

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