电路保护：添加一个合适的器件效果是一加一大于四

添加组件以提供针对内部和外部事故的电路保护是那些吃力不讨好的设计工作之一，类似于购买保险。当它不需要时，它似乎是一个额外的负担;当你确实需要它时，很难知道它是否足够。尽管遵循监管要求和最佳实践是一个不错的起点。需要保护的最常见故障类别包括由内部或外部短路、浪涌和组件故障引起的过压事件。

三种基于组件的策略可用于提供过压保护： 1) 通过一个开关将相关的过电流转移到地，一旦超过阈值电压，该开关将变为非常低的阻抗;2) 通过保护线路两端的电压钳消散多余的能量;3) 当超过阈值时，以类似熔断器的动作断开关注线。

有许多组件可用于实施这些策略。其中一些在故障发生时充当撬棒和临时短路线，而另一些则充当钳位，将瞬态电压限制在预设限值内，直到故障消失。请注意，“撬棍”一词可以追溯到电力系统的早期阶段，当时工人们实际上会将金属撬棍放在失控的电源总线上以使其短路。

在众多保护选项中，气体放电管 (GDT)、晶闸管、金属氧化物压敏电阻 (MOV) 和多层压敏电阻 (MLV) 器件、瞬态电压抑制器 (TVS) 甚至齐纳二极管等等。通常会看到其中几种设备组合使用以提供整体保护并在互惠互利的关系中解决每种设备的固有缺点。显然，故障和保护组件及其动作还有很多。

例如，为了提供一种过压保护解决方案，该解决方案几乎没有泄漏电流，从而延长使用寿命，设计人员通常采用双组件布置。这种混合方法结合了两个分立元件：串联的 GDT 和 MOV(以及组合的电压与时间曲线。显然，这种双组件方法需要更多的电路板“空间”，并在物料清单 (BOM) 中添加了另一个组件。

但还有一个更大的问题和复杂性：MOV 和 GDT 区域的电路板布局通常受制于规定最小爬电距离和电气间隙的监管要求。间隙是空气中两个导电部件之间的最短距离;爬电距离是指两个导电部件之间沿固体绝缘材料表面的最短距离。

这些距离随着电压的增加而增加。因此，MOV 和 GDT 组件的实际布局增加了对电路板布局考虑的另一个关注和限制。

最近，我看到了一种相对较新的保护装置，它是两个现有装置的组合，但不仅仅是两个独立组件的简单、明显的共同封装。Bourns 的IsoMOV 系列混合保护组件中的器件将 MOV 和 GDT 组合在一个封装中，提供与串联的分立 MOV 和 GDT 等效的功能。

看一下 IsoMOV 的结构就会发现，它不仅仅是一个简单的 MOV 和 GDT 共同封装在一个共享外壳中。取而代之的是，集成设备将两者合并以创建功能等效的分立 MOV 和 GDT 串联。

磁芯组装完成后，连接引线并涂上环氧树脂。结果是一个熟悉的径向圆盘 MOV 封装，它仅比类似额定值的传统器件稍厚且直径更小。此外，由于金属氧化物技术的专利设计正在申请中，IsoMOV 组件在相同尺寸下也具有更高的额定电流。消除了占位面积损失和爬电距离/间隙问题。

电路保护装置不仅仅是“两全其美”，因为该设计还有其他优势。MOV 故障(是的，它们具有众所周知的故障模式)通常以金属化区域边缘的所谓“浪涌孔”为特征，这通常是由浪涌期间该边缘的 MOV 内部温度升高引起的. Bourns 说，这项技术旨在大幅减少或消除这种故障模式。

当组合产品不仅仅是其组成部分的总和时，它总是很有趣。在这里，除了明显节省空间外，这种组合还提供了性能和法规遵从性优势。通过退后一步思考“开箱即用”(实际上，这里是“开箱即用”)并查看内部结构细节，保护装置提供了真正的好处。

我们经常看到通过共同封装实现更高水平的功能集成，从而产生更小的外壳或 IC，这通常是一件好事，但有时在性能妥协方面也有不利之处。但是，这里的情况似乎并非如此。事实上，这是我近年来第二次看到小型非 IC 组件出现这种情况。一些供应商已经在一个外壳中设计了可充电电池和超级电容器的组合，它提供的不仅仅是更小的共同封装。相反，它展示了对设备构造和物理特性的基本重新思考。结果远远优于两个单独的能量存储组件的总和。