瞬变和浪涌抑制器通常用于保护系统免受雷击、静电放电和短路情况的影响。它们大致分为两类，类是“保险丝和撬棒电路”；图 1 显示了其示例。此类电路用于防止输入过压（浪涌）情况损坏下游电路。它们都通过创建非常低电阻的路径（使用晶闸管、三端双向可控硅、三硅基二极管或闸流管）来有效地产生暂时短路。然后通过断路器跳闸或保险丝熔断来限制源侧的电流。或者换句话说，断路器和保险丝依靠过电流来防止过压。一旦跳闸/熔断，两者都会导致下游电路断电。

　　各种保险丝和短路器浪涌保护电路。短路元件（从左到右）为 MOSFET、TRIAC 和晶闸管 (SCR)。在所有情况下，短路元件都会产生过电流，从而烧断保险丝。

　　图 1：各种保险丝和短路器浪涌保护电路。短路元件（从左到右）为 MOSFET、TRIAC 和晶闸管 (SCR)。在所有情况下，短路元件都会产生过电流，从而烧断保险丝。
　　第二种瞬变/浪涌抑制器是钳位装置。虽然不会短路，但它会降低电阻以限制电压（至额定钳位电压）。常用的装置是齐纳二极管和金属氧化物压敏电阻 (MOV)，它们各有优缺点。例如，在理想世界中，钳位电压是恒定的，与电流无关。实际上，MOV 和齐纳二极管不是线性装置，超过一定电流时电压将开始上升。在这两种装置类型中，MOV 能够承受高电压并耗散大量能量，但超过一定电流时其端子之间的电压将再次增加。相反，齐纳二极管可以保持相对恒定的电压，但在触发时无法耗散大量能量（通常只有几 mJ）。

　　显然，为了有效地保护下游电路免受雷击或 ESD 的影响，仅靠电压钳位是不够的。浪涌保护装置 (SPD) 必须：钳制负载上的过压；限制过流；消散电源浪涌能量并在浪涌过去后保持功能。它还必须具有快速响应时间，因为传统硅基抑制器的一个限制因素是它们需要大约 10μs 才能短路。

　　当受到脉冲形状为 8/20 或 4/440 的 ESD 时，SPD 有四个不同的工作阶段：
　　阶段 1 [0 < t < 0:8μs]：感应过电流限制在 SiC 基 CLD 的饱和电流以内；
　　阶段 2 [0：8μs < t < 2 μs]：增加的（但饱和的）电流在齐纳二极管（雪崩电压 Vz）两端产生电压（并被齐纳二极管钳位），该电压在不到 10ns 的时间内钳位；
　　阶段 3 [2μs < t < 2.5 μs]：当电流限制为 CLD 饱和电流值且负载两端的电压限制为 Vz 时，MOV 两端的电压将增加到其钳位电压。
　　阶段 4 [t > 2.5 μs]：一旦触发，电压钳位装置就会耗散浪涌的剩余能量，直到电压降至触发值以下（VCLAMP 和 VZ）。与此同时，只要电流处于饱和状态，CLD 两端的压降就会保持较高水平。
　　工作原理取决于 MOV 钳位电压是否高于齐纳雪崩电压 (Vz)。此外，CLD 必须能够维持短路操作并具有非常快的响应时间。在这方面，碳化硅的低电子迁移率发挥了作用；1,000cm2/Vs，而硅为 1,500cm2/Vs（顺便说一下，GaN 为 1,250cm2/Vs）。CLD 必须能够消散大部分浪涌能量，它通过产生热量来实现这一点。在这里，碳化硅的高热导率至关重要；4.9W/cm.K，而硅为 1.5W/cm.K（GaN 为 1.3W/cm.K）。此外，当两个 CLD 背对背串联放置时，电路能够保护交流和直流电源线。

　　为了设置 MOV 和齐纳二极管的钳位电压以及 CLD 的 ISAT，研究人员探索了这三种器件的 Spice 模型，并于 2015 年底在西班牙 Terrassa 的 Mersen 工厂生产并测试了一个原型电路。该电路旨在保护 540V 负载（例如，飞机或太阳能发电厂的直流总线的典型负载），并承受一系列浪涌。为了进行比较，负载也承受了同样的浪涌，仅使用 MOV 进行保护，而没有任何保护（见表 1）。

　　混合 SPD 的架构，其中基于 SiC 的 CLD 能够获得 MOV 和齐纳二极管 (TVS) 的钳位优势
　　图 2：混合 SPD 的架构，其中基于 SiC 的 CLD 能够获得 MOV 和齐纳二极管 (TVS) 的钳位优势

　　SCVLD 提供的保护比单独使用 MOV 要多得多。

　　表 1：SCVLD 提供的保护比单独使用 MOV 提供的保护要多得多。
　　结果非常令人鼓舞，当浪涌电流为 1.8kA 时，该电路提供的保护是 MOV（单独）的 2.7 倍以上 - 见图 3。此外，电压和电流在一纳秒内被钳位，而 MOV 则需要超过 25 纳秒。

　　对 MOV（仅）和 HSPD 防护 1.8kA 浪涌的实验比较。在所有情况下，短路元件都会产生过电流，从而烧断保险丝。

　　图 3：MOV（仅）和 HSPD 防护 1.8kA 浪涌的实验比较。在所有情况下，短路元件都会产生过电流，从而烧断保险丝。