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融合GDT和MOV,Bourns打造创新型过压保护器件

时间:2019-08-13 阅读:
在使用电子电气设备的众多恶劣环境中,雷电是其中的代表。我国某县城的统计数据显示,每年因雷电导致过压造成的设备损坏占整体的70.11%,单一工作单位的损失就可达数十万元。再加上如今消费者对于设备的功能要求越来越严苛和多样,促使电路保护元件已经从最开始的玻璃管保险丝,发展成为庞大的电子元器件分支。

当前,不管是汽车、工业设备、医疗器械、新能源设备、还是家用电器等,其内部元器件的复杂度以及使用环境的恶劣性都在与日俱增。当电气供应不稳定时,如果没有高效稳定的保护措施,小则单一元器件损坏造成设备停机,更严重的后果是整台设备由于过压及相关联的高浪涌电流导致彻底报废,造成巨大的经济损失。

在使用电子电气设备的众多恶劣环境中,雷电是其中的代表。我国某县城的统计数据显示,每年因雷电导致过压造成的设备损坏占整体的70.11%,单一工作单位的损失就可达数十万元。再加上如今消费者对于设备的功能要求越来越严苛和多样,促使电路保护元件已经从最开始的玻璃管保险丝,发展成为庞大的电子元器件分支。

为了帮助设备厂商应对日益复杂多变的市场环境,提高产品市场竞争力,全球知名的电子元器件制造与供货商美国柏恩(Bourns)推出了GMOV™系列过电压保护元件(以下简称GMOV™系列)。

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图:GMOV™系列产品构成图

当前,很多器件厂商选择使用金属氧化物压敏电阻(MOV)和气体放电管(GDT)的离散组合,以此提供鲁棒、低泄漏的前端保护方案来应对电压暂态响应。Bourns公司代理商世健公司(Excelpoint)技术支持部副总监Angus Zhao表示:“ Bourns创新地将自家专利且节省空间的FLAT®技术扁平气体放电管(FLAT-GDT)与金属氧化物压敏电阻(MOV)相结合,创造出精巧且增强的过压组合式保护器。GMOV™系列更为紧凑、坚固,满足了严苛的小型化器件要求,结合MOV的高压续流遮断能力的特点,解决了单独采用GDT的续流问题。同时,GMOV™有效地消除由于MOV漏电流或者过电流造成的发热损坏和其他大多数损坏,进而形成一种零待机能耗的保护解决方案。由于极间电容小于4pF,可同时用于电源和一些信号线的防护场景;标准的14mm和20mm封装兼容MOV产品封装,满足UL1449的安规要求的应用场景。”

在低频条件下,GMOV™系列的限压等于单个MOV和GDT组件的限压之和。在实际应用中,可提高电路实际的耐压需求。

当器件中有浪涌电压时,GMOV™系列里面的GDT能够在不到一微秒的时间内,快速打开并连接MOV,将浪涌电压控制到可接受的水平。当浪涌电压过去,线路电压下降后通过MOV,关闭GDT。一旦GDT关闭,GMOV™系列就会像以前一样断开MOV与线路的连接。GMOV™系列的功能是一种非常特殊的“共生”关系,在这种关系中,GDT和MOV共同工作,这也是其能够长期稳定有效的关键所在。

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图:GMOV™系列线路图

相较于MOV器件,GMOV™系列过电压保护元件能够应对瞬态和瞬时过压尖峰,避免在恶劣环境中出现退化和失效的情况,显著增加了MOV的MTBF(平均故障间隔时间),提供更高水平的性能和安全性。GMOV™系列采用标准14 mm和20 mm MOV封装,可直接替代标准14和20 mm MOV。

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图:产品尺寸图(单位:mm)

下图是MOV器件和GMOV™系列在实际应用中的表现:

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通过图示可以看到,在假定的120 Vrms应用中,标准的130V MOV器件在钳位电压、泄漏、老化特性和对瞬时过电压(TOV)的响应几个方面的表现都是最差的;275V MOV器件能帮助减轻泄漏和老化问题,然而一个瞬时过电压条件仍可能导致过量的泄漏和器件损坏;第三个例子表明当130V TMOV/iMOV器件集成热保护时,基础性能和130V MOV器件相似,但在瞬时过电压来临时,仍然有失效的可能;相比较而言,GMOV™系列的钳位电压和130V MOV器件类似,但优于275V MOV器件,并且泄漏、老化特性和对瞬时过电压(TOV)的响应方面都是表现出优越的性能。

下图也让我们比较直观地看到了GMOV™系列在保护设备方面的优越性能。

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通过图示可以看到,达到Vfp的钳位转换时间(Clamp Transition Time)表示GDT启动所需的时间,GMOV™系列产品的钳位转换时间能够持续小于0.3µs。

综上所述,GMOV™系列非常适用于需要高性能电路保护的交流和直流电源应用。因此,GMOV™系列可用于所有主要市场和垂直行业,如工业、消费品、医疗和通信等。GMOV™系列的应用案例包括电涌保护器件(SPD)、白色家电、充电器、太阳能(新能源储能)、医疗电子(低/中等风险)以及智能电网的电力保护应用的电源和数据端口保护。我们甚至可以这样认为,几乎很多由AC或DC供电的应用都可以使用GMOV™系列进行过压保护。

智能电网及能源储能等市场就是一个很好的例子,GMOV™系列能够减少泄漏电流这一产品特性在能源市场有极大的吸引力,特别是在存在电压应力和瞬态过电压的情况下,对于防止由于MOV爆裂造成火灾等安全隐患的需求。此外,GMOV™系列的4pF级电容优势允许电力数据线通信获得异常高的数据速率。

 

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