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不怕雷击来的更猛烈,先进大功率TVS为重要供电设备保驾护航

2015年01月19日 ?? 收藏1
三年前的“7·23”动车事故带给人们无尽的悲伤,当时的事故原因调查显示,雷击导致了列车控制中心设备和轨道电路发生故障,错误地控制信号显示,使行车 处于不安全状态。如果那时的动车机车上能够安装高可靠的防雷击设备,也许悲剧就不会发生,只是已经没有如果……

痛定思痛,天灾不应该成为我们自我安慰的借口,雷击也不应该再次成为引发事故的元凶。“我们有能力通过技术手段使得列车设备在运行过程中,即使出现百年一遇的雷电天气和浪涌电流也不会发生供电故障而使得行车面临危险。Littelfuse(力特)的AK系列器件能够抵御高达15kA(tp=8/20μs)的高能浪涌电流,从而为重要供电设备保驾护航。”Littelfuse中国核心代理商世强产品经理张永龙先生表示。

Littelfuse——浪涌保护技术领域的领跑者

Littelfuse的大功率瞬态抑制二极管(TVS)浪涌保护器件产品线——AK家族——专用于保护贵重和重要设备,如电信基础设备、工业瞬态电压浪涌抑制系统(TVSS)、铁路轨道信号控制室、国防和航空电子设备以及电网和输电系统等。与传统方案相比,它寿命更长、保护电压更低、体积更小。

“Littelfuse生产TVS二极管的历史悠久,目前出货量排在全球前两位。而TVS二极管也是Littelfuse最具特色与核心价值的产品,特别 是大功率TVS二极管。其被用于保护半导体元件免受高电压瞬变损害,它们的PN结具有比普通二极管的PN结更大的横截面积,因而能够将大电流接地,以避免 遭受损坏。” 张永龙指出。

Littelfuse是浪涌保护技术领域的领跑者,其瞬态抑制二极管产品家族十分庞大,从小功率到大功率的产品都有,可以做到很高的功率(30kW),这 是很少公司能够做到的。Littelfuse提供全套的AK大功率系列瞬态抑制二极管产品。如下图1所示,完整的AK产品家族包括AK1、AK3、AK6、AK10和AK15系列,客户如果有特殊的要求还可以定制。

图1. Littelfuse提供全套的AK大功率系列瞬态抑制二极管产品。
图1. Littelfuse提供全套的AK大功率系列瞬态抑制二极管产品。

AK系列大功率瞬态抑制二极管符合RoHS标准,符合UL认证,且不含铅(Pb),具有以下独特优势:

●最高15kA浪涌性能(8x20μs波形)

●完整的AK产品家族,包括:AK1、AK3、AK6、AK10和AK15系列

●能够支持极低的钳位电压

●精准的击穿电压(VBR的±5%范围内)

●快速响应(响应时间不到1微秒)

●低斜率电阻

●泄漏电流低(微安级)

●Foldbak技术可提供卓越的箝位特性

●在峰值脉冲电流的额定范围内工作时,不会出现磨损。

Foldbak专利技术提供卓越钳位电压特性

Littelfuse之所以在大功率防雷方面受到市场的普遍认可,这源于他们独创的Foldbak专利技术。如下图2所示,采用Foldbak专利技术,二极管击穿的形式先是雪崩击穿,然后是齐纳击穿,最后电压稳定在一个范围内。

图2. Littelfuse独家的Foldbak技术将钳位电压降低到设备雪崩态值以下,可提供更强的保护。
图2. Littelfuse独家的Foldbak技术将钳位电压降低到设备雪崩态值以下,可提供更强的保护。

“很多人以前将这种击穿称为硅雪崩,就是一开始的工作模式并非在雪崩模式,当电压到达雪崩电压Vbr的时候开始处于雪崩工作模式,在此模式中,TVS管上会有电流流过,会将大部分电流引流到大地,使电压箝位一个低水平的位置,当TVS大反向电压如果很大,电流一下子到达Ipp,此时TVS会将大电流泄放到大地,同时将电压箝位在最大的箝位电压Vc上,保护后一级电路不被高压浪涌损伤。” 张永龙表示。

本质上来看,只需一个AK系列的TVS二极管便可替代一大串为了获得相同的浪涌电流保护水平而并联起来的分立TVS二极管。因此AK系列可节省大量电路板 空间,简化了设计并减少了组件数量,且在一个单一的通孔封装(高达15kA浪涌)或一个SMD封装(高达10kA浪涌)中便能做到这些。

AK系列是集成了Foldbak专利技术的TVS二极管产品,能够提供高达15kA的保护,且是市面上能提供最低钳位电压的产品。此外,其精准的击穿电压可在电气线路发生瞬态现象时快速响应。

一个器件可替换一个模组

据了解,AK3已经被大批量应用在基站中,例如华为将其用在电源端防雷和抗浪涌保护。因为基站一般位于很容易受到严重雷击和浪涌电流损坏的户外环境。浪涌 电流会导致基站无法正常工作,更为严重的是,如果对浪涌电流不加以阻止,任其到达电子系统的线路和电子部件内部,将导致火灾危险。

“以前基站都有一个机房,现在机房的面积越来越小,有的甚至都没有了。好多就放在我们的一些塔上或者放在室内,室内的话就需要器件做的越来越小,以前是用 的SPD做浪涌的保护或防雷击的模组,而现在用AK系列的一个器件就可以替换掉以前的一个模组。” 张永龙指出。

图3. 用大拇指大小的一个AK系列TVS二极管器件就可以替代掉一个有1本书那么大的SPD模组。
图3. 用大拇指大小的一个AK系列TVS二极管器件就可以替代掉一个有1本书那么大的SPD模组。

如上图3所示,采用AK系列的一个大拇指大小的TVS二极管的器件就可以替代掉一个大概有1本书那么大的SPD模组,进而可节省空间,提升系统性能。

此外,传统的防雷电模块通常用一年左右的时间就要更换,而采用该半导体保护器件,不易老化,用几十年都没问题,目前已经应用在了很多通信系统中。

Littelfuse还是全世界最早将TVS二极管应用在基站中的厂商,而其现在主推的,也是目前业界反应最好的一款产品就是AK系列。

张永龙还特别指出,在通信领域,AK系列除了在基站中得到广泛使用外,服务器、刀片服务器、云存储及数据中心等也都是其用武之地。

雷击再强也不怕——AK6为重要供电设备护航

AK系列既可以应用于通信设备中,也可用在工控领域,保护贵重和重要设备,如应用于工业瞬态电压浪涌抑制系统、铁路轨道信号控制室、国防和航空电子设备以及电网和输电系统等。能够取代大体积、笨重的防雷电模块,只用一个手指大小的器件就搞定了。

而在关乎人们生命安全的动车机车中,在静电防护与防雷击设计上,特别要求器件较小的尺寸、较大的雷电吸收能力,这是很高的设计要求。AK系列TVS产品提 供几乎无限制次数的浪涌吸收能力,标称范围内无疲劳损伤,长时间可靠工作,非常适用于在火车的控制系统中起到浪涌防护,抗干扰的重要作用。

“和竞争对手相比,AK系列产品的抗雷击的等级更高,由于器件表面采用防火材质,更加的安全可靠。我很高兴的告诉大家,在世强的积极推动和技术支持下,AK6-170C已经在株洲南车批量使用了,并且AK6-170C符合国家标准:IEC-61000-4-2 ESD ,15kV(Air), 8kV (Contact)。”张永龙进一步指出:“我们在南车的电子类设备的测试条件如下图4所示,可以看到我们的参数高于国标的要求。”

图4.抗扰度实验要求。
图4.抗扰度实验要求。

此外,对比传统的GDT、MOV方案,AK系列产品更加稳定,可靠性更高,钳位电压更低,大大提升了产品的系统性能。

“在另一个人命关天的领域——大型医疗设备中,如核磁共振和大型的生命体征监护仪等中也更加需要AK系列的保护。” 张永龙特别强调。

本文小结

AK系列瞬态抑制二极管面向大电流双向设备打造,专为交/直流线路保护应用而设计,可防止大型工业设备在开关时产生的浪涌。其设计极为紧凑,这意味着它的 体积只有传统无源器件的1/10。因此简化了电路设计,并减少了在电路板上占用的空间,同时总成本也大大降低。

“将AK系列应用在动车控制系统中是世强提供给客户的独特价值,也是除通信设备外,AK系列产品的最重要应用领域之一。此外,由于抗雷击的实验对设备的要 求非常高,世强还能够协调原厂,安排客户在东莞、上海、苏州的专门的抗雷击实验室进行免费的测试。最后,针对不同客户的需求,我们甚至可以提供定制化的电 路保护解决方案及测试方案。” 张永龙表示。


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TVS? 浪涌保护? 大功率防雷管?

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