對(duì)于大型的控制電路，比如LED燈塔的電源控制線(xiàn)路，其保護(hù)以及維修都是一個(gè)比較復(fù)雜的工程。使用TBU方案，是否可以使過(guò)壓過(guò)流電路保護(hù)解決方案設(shè)計(jì)更輕松呢？

本文從傳統(tǒng)的保護(hù)元器件入手，對(duì)比傳統(tǒng)過(guò)流過(guò)壓保護(hù)元器件和TBU方案的工作方式，深度解析TBU與傳統(tǒng)過(guò)壓過(guò)流電路保護(hù)元件的區(qū)別及其應(yīng)用限制，為廣大工程師探索過(guò)壓過(guò)流電路保護(hù)方案輕松設(shè)計(jì)之道。

保護(hù)元器件的分類(lèi)

保護(hù)元器件主要分成兩大塊，如圖所示，一塊是過(guò)流保護(hù)，一塊是過(guò)壓保護(hù)。

 

圖1：保護(hù)元器件
 

相對(duì)過(guò)壓的保護(hù)元件，過(guò)流的保護(hù)元件主要分成圖示上部分的幾塊，右邊的元件反應(yīng)速度快，但通流量較小，而左邊的元件相反，所以需要做一些搭配。主要是整合器的元器件，如TBU。TBU把過(guò)流和過(guò)壓的元器件組合在一起，可同時(shí)進(jìn)行過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)。

傳統(tǒng)過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)元器件的組合和工作方式

下圖是最常見(jiàn)的組合圖，可以看出怎樣把過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)元器件放在一般的線(xiàn)路上。

圖2：保護(hù)元器件組合圖
 

過(guò)流的產(chǎn)品一定是串聯(lián)在電路上，包含一般電阻或電壓。而過(guò)壓的產(chǎn)品主要并聯(lián)在電路上，包含一級(jí)壓、二級(jí)壓、三級(jí)壓。類(lèi)似TBS管等，二級(jí)和三級(jí)基本可以互換，關(guān)鍵是怎樣做搭配，保護(hù)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作非常重要。

按傳統(tǒng)的方式，當(dāng)一個(gè)雷擊進(jìn)來(lái)之后，首先上升的一定是電壓，一定是內(nèi)部靠近IC部分的保護(hù)器件最先反應(yīng)，若沒(méi)有反應(yīng)，內(nèi)部線(xiàn)路肯定會(huì)被擊穿；或TBS管一定要運(yùn)作，作為開(kāi)關(guān)直接關(guān)閉。

舉例來(lái)說(shuō)，由于過(guò)電壓產(chǎn)品最怕電流質(zhì)，而過(guò)電流產(chǎn)品最怕電壓，當(dāng)TBS打開(kāi)之后，所有的電流都會(huì)往一邊流。若出現(xiàn)一個(gè)很大的雷擊，這個(gè)TBS管一定會(huì)被擊穿。所以必須要在外面擺上一個(gè)氣體管，來(lái)保護(hù)這個(gè)TBS管。當(dāng)電流經(jīng)過(guò)這個(gè)管后，其電壓會(huì)持續(xù)上升，靠近外面的氣體放電管，必須要在動(dòng)作之后才能保護(hù)TBS管。一般來(lái)講，PDC的速度非常慢，所以單個(gè)雷擊進(jìn)來(lái)之后PDC沒(méi)有辦法動(dòng)作。

TBU是近十年一個(gè)比較新的產(chǎn)品，是高速的保護(hù)器，也可以說(shuō)是一個(gè)電子的限流器。現(xiàn)在來(lái)看看TBU的工作方式與傳統(tǒng)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)元器件有何不同。

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TBU的工作方式

圖3：內(nèi)部結(jié)構(gòu)
 

TUB的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

與傳統(tǒng)的雙向保險(xiǎn)絲結(jié)構(gòu)相比，TUB最重要的差異是電壓部分。傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲的工作方式是把電流導(dǎo)到地的方式，而TBU方式主要是用隔離的方式。雷擊進(jìn)來(lái)之后電流經(jīng)過(guò)內(nèi)部的IC去走，當(dāng)電流超過(guò)觸發(fā)點(diǎn)之后，TBU就會(huì)打開(kāi)，TBU打開(kāi)之后所有的能量都是隔絕在外，這時(shí)候電壓還是會(huì)持續(xù)上升。在外部放一個(gè)氣體管保護(hù)TBU。由于過(guò)電流產(chǎn)品最怕是電壓。而TBU是過(guò)電流產(chǎn)品，假設(shè)選擇的是一個(gè)850v的TBU，必須確定線(xiàn)路偷走的電壓值不能夠超過(guò)850v，所以必須在外部再擺一個(gè)氣體放電管去保護(hù)TBU，這點(diǎn)與傳統(tǒng)的方式有所區(qū)別。事實(shí)上兩種應(yīng)用方式的區(qū)別是后者做了開(kāi)關(guān)，把能量全部阻絕在外面。

把TBU放入電路之后，電流會(huì)上升，這時(shí)候TBU就要打開(kāi)，阻絕到電流跟電壓，電路就被保護(hù)。當(dāng)電壓上升之后，因?yàn)槠浞磻?yīng)速度非?？?，代表電流也上升，TBU動(dòng)作之后會(huì)阻絕電壓與電流的部分。TBU是電流啟動(dòng)電壓回復(fù)的元件。當(dāng)TBU沒(méi)有動(dòng)作的時(shí)候，如同電阻；電流超過(guò)之后，開(kāi)關(guān)直接打開(kāi)，承接高阻；當(dāng)電壓回復(fù)之后，TBU回復(fù)原本工作狀態(tài)。

TBU的特殊之處

對(duì)于傳統(tǒng)方式和使用TBU方式的差別，舉一個(gè)最常見(jiàn)的例子進(jìn)行說(shuō)明。比如一個(gè)功率電阻加上一個(gè)TPS管，這個(gè)很便宜很常見(jiàn)，它的優(yōu)點(diǎn)就是便宜，它缺點(diǎn)就是用交流電時(shí)無(wú)法回復(fù)。若考慮一個(gè)高等級(jí)的程序，可以用交流電，因?yàn)槭?50的TBU，如果是A型455V，所以說(shuō)電流達(dá)到以后TBU就一直不斷地開(kāi)關(guān)，能夠把所有的能量阻截在外面。如果8KV甚至上10KV以上的雷擊，第一個(gè)要考慮的是這個(gè)TBE是不是能夠賣(mài)10KB，如果能夠到達(dá)10KB的時(shí)候，那就沒(méi)有錯(cuò)，只要確定可以把電壓限制在850V的電壓以下就可以了。

TBU的主要應(yīng)用

TBU的主要應(yīng)用包含通訊、醫(yī)療、工業(yè)、消費(fèi)電子等方面，具體應(yīng)用可參考下圖，其設(shè)計(jì)都非常簡(jiǎn)單。

圖4：TBU通信類(lèi)設(shè)計(jì)
 

如圖所示，通訊應(yīng)用保護(hù)的設(shè)計(jì)都非常非常簡(jiǎn)單，TBU加一個(gè)OPC，再加上一個(gè)GTP或是其他的，就成了一個(gè)保護(hù)方案。

圖5：TBU工業(yè)類(lèi)設(shè)計(jì)
 

工業(yè)應(yīng)用包含單線(xiàn)或雙線(xiàn)的保護(hù)，同樣非常簡(jiǎn)單，TBU加一個(gè)氣體管，再加一個(gè)非常小的TBS。在這里加上TBU管有什么好處呢？因?yàn)門(mén)BS反應(yīng)速度非?？欤梢院芸旆磻?yīng)，TBU很快就會(huì)打通，在打通之后，打開(kāi)之后所有的線(xiàn)路的過(guò)流和高壓都會(huì)阻絕在外面。

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TVS/電阻解決方案與TBU解決方案應(yīng)用對(duì)比

圖6：方案應(yīng)用對(duì)比
 

TBU與保護(hù)的協(xié)調(diào)

TBU的電壓一般是850V以下，為什么不往上做到1500V甚至3000V、4000V？原因是過(guò)了安規(guī)之后，量越大所需面積越大，造成成本越高。推出高電壓之后的成本會(huì)比原先成本高很多，而850V以下的TBU，比較符合現(xiàn)實(shí)程序的問(wèn)題。如果要用850V的TBU必須做一些搭配，就是說(shuō)必須在前面擺一個(gè)保護(hù)元件，以確保TBU兩個(gè)端點(diǎn)的電壓能夠在850V以?xún)?nèi)。需加上的元件，主要分兩大塊，若用高速的信號(hào)傳送，需用GDE；傳輸訊號(hào)頻率較低，就可用MOV。當(dāng)雷擊進(jìn)來(lái)的時(shí)候，第一個(gè)TBU會(huì)首先反應(yīng)，反應(yīng)之后，其電壓持續(xù)上升，GDE其次反應(yīng)，一旦反應(yīng)開(kāi)始就把所有能量導(dǎo)到地上。

綜上所述，TBU具備五大優(yōu)點(diǎn)：其將主要能量阻絕在外；由高壓做成，反應(yīng)速度很快；阻絕高壓；在電路上串聯(lián)，沒(méi)有電容磁的問(wèn)題；不工作時(shí)如同電阻，方便設(shè)計(jì)。同時(shí)，從TBU的應(yīng)用案例可以看出，TBU方案確實(shí)可以起到使過(guò)壓過(guò)流電路保護(hù)方案設(shè)計(jì)更輕松地作用，不過(guò)，從成本方面考慮，TBU的電壓在850V以下時(shí)使用TBU方案比較適宜。