器件基础知识（保护器件）

2.9 保护器件

2.9.1  基本概念

2.9.2  保护电路作用

        保护电路作用是防止高压大电流的强信号对通信电路冲击，通过保护电路限制、减弱过压过流的强度，对地池放能量，从而保护通信设备免受损害。

保护电路根据耐过压过流的等级分初级保护和次级保护。

初级保护电路，对暴露环境下的过压过流信号提供一级保护，保护电路一般置于配线架中。初级保护电路对1KV以上的高压信号起保护作用。

次级保护电路，对非暴露环境下的过压过流信号进行二级保护。次级保护电路置于交换设备中，对1.5KV以下的过压信号起保护。

2.9.3  保护电路设计

保护电路组成：一般由过压保护PV和过流保护PI两部分组成。

过压保护器(PV)有：碳(金属)电极气隙保护器、气体放电管（GDT）、压敏电阻(Varistor)、稳压二级管、瞬态抑制二极管、可控硅型保护管等。

过流保护器：热线圈、熔丝、浪涌电阻、正温度系数热敏电阻(PTC)等。

（一）过压保护器的选择

（1）碳(金属)电极气隙保护器，通常作为传统的初级保护接于线路与地之间，限制保护器两极间的电压。此类元件价格低廉，但反复动作特别经雷击放电后，绝缘电阻会下降，需要经常更换。

（2）气体放电管(GDT)，在过压时利用电弧放电的真空管。当过压时，放电管内电场足够强引起气体电离，使之由绝缘(>10GW)变成低阻导体(<0.1W)。气体放电管放电电压与电压变化率有关，例如在500V/ms时100V放电，在100V/ms时，要400V才放电。这种器件过流能力强，成本较低。在有限次的放电后产生失效，这种失效引起放电电压增加。一般作为初级保护器件

（3）压敏电阻（Varistor）常用的是氧化锌压敏电阻（MOV），是一种电阻随外加电压而变化的非线性元件。有对称的电压电流特性，耐流能力较大，成本低，但这类器件漏电会逐渐增大，极间寄生电容大（60~5000pF），过压时自身功耗大。

（4）稳压管：半导体器件，单向非对称电压电流特性。为了产生双向，采用背靠背形式或把单向稳压管放在二级管桥中，耐流能力差，一般用作次级保护。

（5）瞬态抑制管：为半体导新器件，具有过压触发导通的可控硅特性，有单向和双向两种。自身功耗低，过流能力较强，触发电压一致性好，保护电压是固定的。该类器件价格较高，一般用于次级保护，是目前常用的保护器件。选择这种器件时需要考虑两方面：适合的触发电压，足够的过流能力。

（6）可控硅型保护器（如TCM1060），半导体新器件，具有与瞬态抑制管相同的可控硅特性，且触发电压可编程，大电流时熔断。器件耐流能力较强，价格较高，用于次级保护，是目前大量使用特性最好的过压保护器件。选用此种器件要考虑：最高工作电压和过流能力是否满足要求，

（二） 过流保护器件的选择

（1）热线圈，由具有正温度系数金属丝构成，串联在用户端口的每一引入线中，过电流时热线圈电阻增加或熔断。

（2）熔丝，串联在用户端口的每一引入线中，流过过载电流时熔断。

（3）浪涌电阻：串联在用户端口的每一引入线中，在雷击时起限流作用，在长时间过流如电力线碰触时受热断裂，是较常用的一种过流保护器。通常作成厚膜，成本较高。这种保护器阻值稳定，但断裂后不可恢复，常与PTC配合起来用。

（4）正温度系数热敏电阻器(PTC)，具有在很小的温度变化时，有几个量级的阻值变化。器件过流后发热引起阻值增加很大，使电流减小，而过流消除后恢复为原来的阻值。该器件具有自恢复能力，满足现在国标要求，为目前常用的过流保护器件。分为高分子材料和陶瓷材料两种。

（5）高分子PTC：是在非导电高分子材料掺杂碳粒子作为电荷载体，在常温下，碳粒子物理接触，具有小的电阻，温度增加，高分子状态变化，碳粒子分离，电阻增大。优点：失效开路，动作快，表面温度低。缺点：动作后电阻变化大，匹配性差，耐压耐流能力差，高压产生起火，燃烧。选择高分子PTC要考虑耐压及阻值匹配。

（6）陶瓷PTC：BaTiQ3材料，当温度低于居里点时有很高的正温度系数。当温度高于居里点时，表现为负温度系数特性。优点：耐压耐流特性好，电阻变化小，匹配性好，不燃烧。缺点：失效短路，有负阻特性，表面温度高。选择陶瓷PTC要考虑其负阻特性。

（三）几种常见保护电路形式

(1) 瞬态抑制器保护电路

本实例中，过流保护器PI选用PTC，过压保护器PV选用单向瞬态抑制管，根据实际情况可选用双向是瞬态抑制管。瞬态抑制管的触发保护电压要与SLIC的电源电压一致

优点：简单，成本适中。缺点：保护电压固定

(2) 可控硅型保护电路

本实例中过流保护器PI选用PTC，过压保护器PV选用可控硅型器件。

优点：结构简单，保护电压可变。缺点：过压过流保护能力稍差。

(3) 可控硅型保护电路

本实例中，过流保护器PI采用两个PTC串联，过压保护器PV1为压敏电阻，PV2为可控硅型保护器。

优点：保护作用强，安全可靠。缺点：器件多，成本偏高