【導讀】本文從傳統的保護元器件入手，對比傳統過流過壓保護元器件和TBU方案的工作方式，深度解析TBU與傳統過壓過流電路保護元件的區別及其應用限制，為廣大工程師探索過壓過流電路保護方案輕松設計之道。
對于大型的控制電路，比如LED燈塔的電源控制線路，其保護以及維修都是一個比較復雜的工程。使用TBU方案，是否可以使過壓過流電路保護解決方案設計更輕松呢？
本文從傳統的保護元器件入手，對比傳統過流過壓保護元器件和TBU方案的工作方式，深度解析TBU與傳統過壓過流電路保護元件的區別及其應用限制，為廣大工程師探索過壓過流電路保護方案輕松設計之道。
保護元器件的分類
保護元器件主要分成兩大塊，如圖所示，一塊是過流保護，一塊是過壓保護。
圖1：保護元器件
相對過壓的保護元件，過流的保護元件主要分成圖示上部分的幾塊，右邊的元件反應速度快，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把過流和過壓的元器件組合在一起，可同時進行過流和過壓保護。
傳統過流和過壓保護元器件的組合和工作方式
下圖是最常見的組合圖，可以看出怎樣把過流和過壓保護元器件放在一般的線路上。
圖2：保護元器件組合圖
過流的產品一定是串聯在電路上，包含一般電阻或電壓。而過壓的產品主要并聯在電路上，包含一級壓、二級壓、三級壓。類似TBS管等，二級和三級基本可以互換，關鍵是怎樣做搭配，保護系統的協調工作非常重要。
按傳統的方式，當一個雷擊進來之后，首先上升的一定是電壓，一定是內部靠近IC部分的保護器件最先反應，若沒有反應，內部線路肯定會被擊穿；或TBS管一定要運作，作為開關直接關閉。
舉例來說，由于過電壓產品最怕電流質，而過電流產品最怕電壓，當TBS打開之后，所有的電流都會往一邊流。若出現一個很大的雷擊，這個TBS管一定會被擊穿。所以必須要在外面擺上一個氣體管，來保護這個TBS管。當電流經過這個管后，其電壓會持續上升，靠近外面的氣體放電管，必須要在動作之后才能保護TBS管。一般來講，PDC的速度非常慢，所以單個雷擊進來之后PDC沒有辦法動作。
TBU是近十年一個比較新的產品，是高速的保護器，也可以說是一個電子的限流器。現在來看看TBU的工作方式與傳統過壓過流保護元器件有何不同。
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TBU的工作方式
圖3：內部結構
TUB的內部結構
與傳統的雙向保險絲結構相比，TUB最重要的差異是電壓部分。傳統保險絲的工作方式是把電流導到地的方式，而TBU方式主要是用隔離的方式。雷擊進來之后電流經過內部的IC去走，當電流超過觸發點之后，TBU就會打開，TBU打開之后所有的能量都是隔絕在外，這時候電壓還是會持續上升。在外部放一個氣體管保護TBU。由于過電流產品最怕是電壓。而TBU是過電流產品，假設選擇的是一個850v的TBU，必須確定線路偷走的電壓值不能夠超過850v，所以必須在外部再擺一個氣體放電管去保護TBU，這點與傳統的方式有所區別。事實上兩種應用方式的區別是后者做了開關，把能量全部阻絕在外面。
把TBU放入電路之后，電流會上升，這時候TBU就要打開，阻絕到電流跟電壓，電路就被保護。當電壓上升之后，因為其反應速度非常快，代表電流也上升，TBU動作之后會阻絕電壓與電流的部分。TBU是電流啟動電壓回復的元件。當TBU沒有動作的時候，如同電阻；電流超過之后，開關直接打開，承接高阻；當電壓回復之后，TBU回復原本工作狀態。
TBU的特殊之處
對于傳統方式和使用TBU方式的差別，舉一個最常見的例子進行說明。比如一個功率電阻加上一個TPS管，這個很便宜很常見，它的優點就是便宜，它缺點就是用交流電時無法回復。若考慮一個高等級的程序，可以用交流電，因為是850的TBU，如果是A型455V，所以說電流達到以后TBU就一直不斷地開關，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，第一個要考慮的是這個TBE是不是能夠賣10KB，如果能夠到達10KB的時候，那就沒有錯，只要確定可以把電壓限制在850V的電壓以下就可以了。
TBU的主要應用
TBU的主要應用包含通訊、醫療、工業、消費電子等方面，具體應用可參考下圖，其設計都非常簡單。
圖4：TBU通信類設計
如圖所示，通訊應用保護的設計都非常非常簡單，TBU加一個OPC，再加上一個GTP或是其他的，就成了一個保護方案。
圖5：TBU工業類設計
工業應用包含單線或雙線的保護，同樣非常簡單，TBU加一個氣體管，再加一個非常小的TBS。在這里加上TBU管有什么好處呢？因為TBS反應速度非常快，可以很快反應，TBU很快就會打通，在打通之后，打開之后所有的線路的過流和高壓都會阻絕在外面。
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TVS/電阻解決方案與TBU解決方案應用對比
圖6：方案應用對比
TBU與保護的協調
TBU的電壓一般是850V以下，為什么不往上做到1500V甚至3000V、4000V？原因是過了安規之后，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比原先成本高很多，而850V以下的TBU，比較符合現實程序的問題。如果要用850V的TBU必須做一些搭配，就是說必須在前面擺一個保護元件，以確保TBU兩個端點的電壓能夠在850V以內。需加上的元件，主要分兩大塊，若用高速的信號傳送，需用GDE；傳輸訊號頻率較低，就可用MOV。當雷擊進來的時候，第一個TBU會首先反應，反應之后，其電壓持續上升，GDE其次反應，一旦反應開始就把所有能量導到地上。
綜上所述，TBU具備五大優點：其將主要能量阻絕在外；由高壓做成，反應速度很快；阻絕高壓；在電路上串聯，沒有電容磁的問題；不工作時如同電阻，方便設計。同時，從TBU的應用案例可以看出，TBU方案確實可以起到使過壓過流電路保護方案設計更輕松地作用，不過，從成本方面考慮，TBU的電壓在850V以下時使用TBU方案比較適宜。
