浪涌电压抑制器

浪涌电压介绍

　　电路在遭雷击和在接通、断开电感负载或大型负载时常常会产生很高的操作过电压，这种瞬时过电压（或过电流）称为浪涌电压（或浪涌电流），是一种瞬变干扰：例如直流6V继电器线圈断开时会出现300V～600V的浪涌电压；接通白炽灯时会出现8～10倍额定电流的浪涌电流；当接通大型容性负载如补偿电容器组时，常会出现大的浪涌电流冲击，使得电源电压突然降低；当切断空载变压器时也会出现高达额定电压8～10倍的操作过电压。浪涌电压现象日趋严重地危及自动化设备安全工作，消除浪涌噪声干扰、防止浪涌损害一直是关系到自动化设备安全可靠运行的核心问题。现代电子设备集成化程度在不断提高，但是它们的抗御浪涌电压能力却在下降。在多数情况下，浪涌电压会损坏电路及其部件，其损坏程度与元器件的耐压强度密切相关，并且与电路中可以转换的能量相关。

简介

　　为了避免浪涌电压击毁敏感的自动化设备，必须使出现这种浪涌电压的导体在非常短的时间内同电位均衡系统短接（引入大地）。在其放电过程中，放电电流可以高达几千安，与此同时，人们往往期待保护单元在放电电流很大时也能将输出电压限定在尽可能低的数值上。因此，空气火花间隙、充气式过电压放电器、压敏电阻、雪崩二极管、TVS（Transientvoltagesuppressor）、FLASHTRAB、VALETRAB、SOCKETTRAB、MAINTRAB等元器件，是单独或以组合电路形式被应用到被保护电路中，因为每个元器件有其各自不同的特性，并且具有不同的性能：放电能力；响应特性；灭弧性能；限压精度。根据不同的应用场合以及设备对浪涌电压保护的要求，可根据各类产品的特性来组合出符合应用要求的过电压保护系统。

设计原则

　　对于家居信息系统的保护除了做好常规的防雷设施和处理好接地问题外，还应在信息家电的电源端加装相应的过电压保护装置，以消除电网浪涌、雷电感应电压、设备切换等意外事件对信息家电设备的冲击和毁坏。要求进入信息家电内的电源线、信号线应通过防雷、防过压处理，并将设备外壳、室内的金属门、窗、管道等进行等电位处理。

　　信息家电设备雷电过电压及电磁干扰防护是保护通信线路、设备及人身安全的重要技术手段和确保通信线路、设备运行不受干扰必不可缺少的技术环节。信息网络过电压保护必须运用电磁兼容原理将计算机网络局部的防护归结到整体的雷电过电压保护。

　　网络设备所处的建筑物作为一个欲保护的空间区域，从电磁兼容的角度出发，可由外到内分为几个雷电保护区，现已规定出各部分空间不同的雷电磁脉冲（ＬＥＭＰ）的严重程度。

　　根据雷电保护区的划分要求，建筑物外部是直击雷区域，在这个区域内的设备最容易遭受损害，危险性，是暴露区，为０区；建筑物内部所处的位置为非暴露区可将其分为１区、２区，越往内部，危险程度越低，雷电过电压对内部电子设备的损害主要是沿线路引入。保护区的界面通过外部的防雷系统、建筑物的钢筋混凝土及金属外壳等构成屏蔽层。电气通道以及金属管则必须通过这些界面，穿过各级雷电保护区的金属构件在每一穿过点做等电位联结。

常见的

　　浪涌电压抑制器件基本上可以分为两大类。种类为橇棒（Ｃｒｏｗ Ｂａｒ）器件，其主要特点是器件击穿后的残压很低，因此不仅有利于浪涌电压的迅速泄放，而且使功耗大大降低。另外，该类型器件的漏电流小，器件极间电容量小，所以对线路影响很小。常用的撬棒器件包括气体放电管、气隙型浪涌保护器、硅双向对称开关（ＣＳＳＰＤ）等。

　　另一类为箝位保护器，即保护器件在击穿后，其两端电压维持在击穿电压上不再上升，以箝位的方式起到保护作用。常用的箝位保护器是氧化锌压敏电阻ＭＯＶ　，瞬态电压抑制器（ＴＶＳ）等。

　　保护器分过电压保护元件和过电流保护元件。我们通常所称的“避雷器”和随着国外防雷器件引入的“浪涌抑制器”、“过电压限制器”、放电管、齐纳二极管等都属于电压限制元件。它们的工作原理差不多，但它们之间的通流容量、动作速度、残压等有很大差别。而正温度系数ＰＴＣ、电感、电阻、保险丝则属于过电流保护元件。

　　二极管型防护器件包括开关二极管、齐纳二极管、瞬态二极管等。它们的保护性能大致相同，在承受冲击能力和限制电压等级方面稍有不同。正常情况下，管子呈高阻，当外加电压达到其门限值时，电流迅速增加。它是响应速度非常快的保护元件，限幅电压低，管子两端压降基本不受冲击电压和冲击电流的影响，保护精密设备中半导体电路非它莫属。近年来正在发展的瞬态二极管，在通流能力方面有了较大的突破，可用在第二级甚至级保护。

　　二极管型防护器件是利用硅ＰＮ结正向压降（ＶＦ）和反向雪崩击穿电压（ＶＺ）的特性制成的，如瞬变电压抑制二极管（ＴＶＳ）。二极管型防护器件有两种形式：一是齐纳型单向雪崩击穿，二是双向的硅压敏电阻。ＴＶＳ器件在规定的反向应用条件下，承受到高能量的瞬时过压脉冲时，其工作阻抗能立即降至很低以允许大电流通过，并将电压箝制在预定水平，从而有效地保护电子产品中的精密元器件免受损坏。双向ＴＶＳ可在正反两个方向吸收瞬时大脉冲功率，并把电压箝制在预定水平，双向ＴＶＳ适用于交流电路。ＴＶＳ的优点是箝位系数小，所谓箝位系数就是指ＴＶＳ上流过的电流在时的端电压与流过的电流为最小时的端电压的比值，箝位系数越小，抑制瞬变电压的效果越好。ＴＶＳ器件的其它优点是体积小、响应速度快（小于１ｎｓ）、可靠性高、每次经受瞬变电压后其性能不会下降等。缺点是电容大、耐电流量小。现在，国外ＴＶＳ器件已经采用气密性附壳封装，外形为ＤＯ－４１，而一般的民用器件则采用有引线或无引线的塑封形式，典型的有美国ＧｅｎｅｒａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ公司生产４００Ｗ、６００Ｗ、１５００Ｗ无引线扁平塑封，其４００Ｗ的工作电压为５．５～１６２Ｖ，型号为ＴＳＭＡ６．８～ＴＳＭＡ２００，外形为ＳＭＡ／Ｄ０２１４ＡＣ；６００Ｗ的工作电压为５．５～１６２Ｖ，型号为ＴＳＭＢ６．８～ＴＳＭＢ２００，外形为ＳＭＢ／Ｄ０２１４ＡＡ；１５００Ｗ工作电压５．５～１６２Ｖ，型号为ＴＳＭＣ６．８～ＴＳＭＣ２００，外形为ＳＭＣ／Ｄ０２１４ＡＢ。该公司也生产无引线圆柱形产品，型号为ＴＧＬ４１－６．８～ＴＧＬ４１－２００，外形为ＭＥＬＦＧＬ４１。该公司还生产５０００Ｗ的ＴＶＳ，其工作电压为５．０～１１０Ｖ，型号为５ＫＰ５．０～５ＫＰ１１０，外形为Ｐ６００。ＴＶＳ的另一发展方向是开发低电压产品，目前正在开发的产品电压范围为２．８～３．８Ｖ，以满足低压微处理器和ＩＣ的需要。

　　３ 硅瞬变吸收二极管

　　硅瞬变吸收二极管的工作有点象普通的稳压管，是箝位型的干扰吸收器件，其应用是与被保护设备并联使用。硅瞬变电压吸收二极管具有极快的响应速度（亚纳秒级）、相当高的浪涌吸收能力和极多的电压档次。能保护设备或电路免受静电、电感性负载切换时产生的瞬变电压，以及感应雷所产生的过电压。

　　ＴＶＳ管有单方向（单个二极管）和双方向（两个背对背连接的二极管）两种，它们的主要参数是击穿电压、漏电流和电容。使用中，ＴＶＳ管的击穿电压要比被保护电路工作电压高１０％左右，以防止因线路工作电压接近ＴＶＳ击穿电压，使ＴＶＳ漏电流影响电路正常工作；也避免因环境温度变化导致的ＴＶＳ管击穿电压落入线路正常工作电压的范围。ＴＶＳ管有多种封装形式，如，轴向引线产品可用在电源馈线上，双列直插的和表面贴装的适合于在印刷板上作为逻辑电路、Ｉ／Ｏ总线及数据总线的保护。