浪涌電流及浪涌抑制器工作原理介紹

　　電涌或瞬變電壓是指電壓在電能流動(dòng)的過程中大幅超過其額定水平。比如，一般家庭和辦公環(huán)境配線的標(biāo)準(zhǔn)電壓是220伏。如果電壓超過了220伏，就會(huì)產(chǎn)生問題，而浪涌抑制器有助于防止該問題損壞電器。

浪涌抑制器 （surge suppressor），也叫浪涌保護(hù)器、防雷器，是一種為各種電子設(shè)備、儀器儀表、通訊線路提供安全防護(hù)的電子裝置。

　　它的作用是當(dāng)電氣回路或者通信線路中因?yàn)橥饨绲母蓴_突然產(chǎn)生尖峰電流或者電壓時(shí)，浪涌保護(hù)器能在極短的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通分流，從而避免浪涌對(duì)回路中其他設(shè)備的損害。簡單來說就是在電流突然超過額定值的時(shí)候可以及時(shí)斷開，保護(hù)電路。

一：浪涌電流及浪涌抑制器工作原理介紹-浪涌電流

浪涌電流指電源接通瞬間，流入電源設(shè)備的峰值電流。由于輸入濾波電容迅速充電，所以該峰值電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)輸入電流。電源應(yīng)該限制AC開關(guān)、整流橋、保險(xiǎn)絲、EMI濾波器件能承受的浪涌水平。反復(fù)開關(guān)環(huán)路，AC輸入電壓不應(yīng)損壞電源或者導(dǎo)致保險(xiǎn)絲燒斷。

浪涌電流也指由于電路異常情況引起的使結(jié)溫超過額定結(jié)溫的不重復(fù)性最大正向過載電流。

二：浪涌電流及浪涌抑制器工作原理介紹-浪涌抑制器主要類型及其工作原理

　　1．開關(guān)型：其工作原理是當(dāng)沒有瞬時(shí)過電壓時(shí)呈現(xiàn)為高阻抗，但一旦響應(yīng)雷電瞬時(shí)過電壓時(shí)，其阻抗就突變?yōu)榈椭?，允許雷電流通過。用作此類裝置時(shí)器件有：放電間隙、氣體放電管、閘流晶體管等。

　　2．限壓型：其工作原理是當(dāng)沒有瞬時(shí)過電壓時(shí)為高阻擾，但隨電涌電流和電壓的增加其阻抗會(huì)不斷減小，其電流電壓特性為強(qiáng)烈非線性。用作此類裝置的器件有：氧化鋅、壓敏電阻、抑制二極管、雪崩二極管等。

　　3．分流型或扼流型分流型：與被保護(hù)的設(shè)備并聯(lián)，對(duì)雷電脈沖呈現(xiàn)為低阻抗，而對(duì)正常工作頻率呈現(xiàn)為高阻抗。扼流型：與被保護(hù)的設(shè)備串聯(lián)，對(duì)雷電脈沖呈現(xiàn)為高阻抗，而對(duì)正常的工作頻率呈現(xiàn)為低阻抗。用作此類裝置的器件有：扼流線圈、高通濾波器、低通濾波器、1/4波長短路器等。

　　三：浪涌電流及浪涌抑制器工作原理介紹-典型應(yīng)用電路圖

　　此為開關(guān)電源開關(guān)管的浪涌保護(hù)吸收電路，開關(guān)管是N溝道的管子。但是我不太明白其工作原理！電感線圈代表開關(guān)電源變壓器的一次側(cè)，也就是激起高頻開關(guān)脈沖的一側(cè)！而R1、C1、D1組成一組浪涌保護(hù)吸收電路，而R2、C2、D2組成第二組浪涌保護(hù)吸收電路。

　　這里的R1、C1、D1以及R2、C2、D2構(gòu)成的是尖峰脈沖吸收電路目的是為了防止Q1截止時(shí)，開關(guān)變壓器一次側(cè)產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)（極性：上負(fù)下正）將Q1擊穿。因?yàn)殚_關(guān)變壓器二次側(cè)輸出的交流信號(hào)頻率很高40KHz以上，這要求整流二極管的開關(guān)速度必須要足夠高才行，一般開關(guān)電源的整流電路采用一個(gè)快恢復(fù)二極管進(jìn)行半波整流，降低整流二極管的開關(guān)損耗，而快恢復(fù)二極管的正向壓降較大，如果采用橋式整流，二級(jí)管的壓降會(huì)增倍，二極管的功耗會(huì)增多。

　利用VDR，TVS等抗浪涌保護(hù)器件搭建的浪涌保護(hù)電路，加在電源模塊的前端，有效消除浪涌電壓。

　　限制上電浪涌電流最有效的方法是，在整流器與濾波電容器之間，或在整流器的輸入側(cè)加一負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC），如圖3所示。利用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻在常溫狀態(tài)下具有較高阻值來限制上電浪涌電流，上電后由于NTC流過電流發(fā)熱使其電阻值降低以減小NTC上的損耗。這種方法雖然簡單，但存在的問題是限制上電浪涌電流性能受環(huán)境溫度和NTC的初始溫度影響，在環(huán)境溫度較高或在上電時(shí)間間隔很短時(shí)，NTC起不到限制上電浪涌電流的作用，因此，這種限制上電浪涌電流方式僅用于價(jià)格低廉的微機(jī)電源或其他低成本電源。而在彩色電視機(jī)和顯示器上，限制上電浪涌電流則采用串一限流電阻，電路如圖4所示。

四：浪涌電流及浪涌抑制器工作原理介紹-浪涌抑制器的分類詳解

1.放電間隙(又稱保護(hù)間隙)：

它一般由暴露在空氣中的兩根相隔一定間隙的金屬棒組成，其中一根金屬棒與所需保護(hù)設(shè)備的電源相線L1或零線(N)相連，另一根金屬棒與接地線(PE)相連接，當(dāng)瞬時(shí)過電壓襲來時(shí)，間隙被擊穿，把一部分過電壓的電荷引入大地，避免了被保護(hù)設(shè)備上的電壓升高。這種放電間隙的兩金屬棒之間的距離可按需要調(diào)整，結(jié)構(gòu)較簡單，其缺點(diǎn)是滅弧性能差。改進(jìn)型的放電間隙為角型間隙，它的滅弧功能較前者為好，它是靠回路的電動(dòng)力F作用以及熱氣流的上升作用而使電弧熄滅的。

2.氣體放電管：

它是由相互離開的一對(duì)冷陰板封裝在充有一定的惰性氣體(Ar)的玻璃管或陶瓷管內(nèi)組成的。為了提高放電管的觸發(fā)概率，在放電管內(nèi)還有助觸發(fā)劑。這種充氣放電管有二極型的，也有三極型的，

氣體放電管的技術(shù)參數(shù)主要有：直流放電電壓Udc;沖擊放電電壓Up(一般情況下Up≈(2～3)Udc;工頻而授電流In;沖擊而授電流Ip;絕緣電阻R(>109Ω);極間電容(1-5PF)

氣體放電管可在直流和交流條件下使用，其所選用的直流放電電壓Udc分別如下：在直流條件下使用：Udc≥1.8U0(U0為線路正常工作的直流電壓)

在交流條件下使用：U dc≥1.44Un(Un為線路正常工作的交流電壓有效值)

3.壓敏電阻：

它是以ZnO為主要成分的金屬氧化物半導(dǎo)體非線性電阻，當(dāng)作用在其兩端的電壓達(dá)到一定數(shù)值后，電阻對(duì)電壓十分敏感。它的工作原理相當(dāng)于多個(gè)半導(dǎo)體P-N的串并聯(lián)。壓敏電阻的特點(diǎn)是非線性特性好(I=CUα中的非線性系數(shù)α)，通流容量大(～2KA/cm2)，常態(tài)泄漏電流小(10-7～10-6A)，殘壓低(取決于壓敏電阻的工作電壓和通流容量)，對(duì)瞬時(shí)過電壓響應(yīng)時(shí)間快(～10-8s)，無續(xù)流。

壓敏電阻的技術(shù)參數(shù)主要有：壓敏電壓(即開關(guān)電壓)UN，參考電壓Ulma;殘壓Ures;殘壓比K(K=Ures/UN);最大通流容量Imax;泄漏電流;響應(yīng)時(shí)間。

壓敏電阻的使用條件有：壓敏電壓：UN≥[(√2&TImes;1.2)/0.7]U0(U0為工頻電源額定電壓)

最小參考電壓：Ulma≥(1.8～2)Uac (直流條件下使用)

Ulma≥(2.2～2.5)Uac(在交流條件下使用，Uac為交流工作電壓)

壓敏電阻的最大參考電壓應(yīng)由被保護(hù)電子設(shè)備的耐受電壓來確定，應(yīng)使壓敏電阻的殘壓低于被保護(hù)電子設(shè)備的而損電壓水平，即(Ulma)max≤Ub/K，上式中K為殘壓比，Ub為被保護(hù)設(shè)備的而損電壓。

4.抑制二極管：

抑制二極管具有箝位限壓功能，它是工作在反向擊穿區(qū)，由于它具有箝位電壓低和動(dòng)作響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)，特別適合用作多級(jí)保護(hù)電路中的最末幾級(jí)保護(hù)元件。抑制二極管在擊穿區(qū)內(nèi)的伏安特性可用下式表示：I=CUα，上式中α為非線性系數(shù)，對(duì)于齊納二極管α=7～9，在雪崩二極管 α=5～7.

抑制二極管的技術(shù)參數(shù)主要有

(1)額定擊穿電壓，它是指在指定反向擊穿電流(常為lma)下的擊穿電壓，這于齊納二極管額定擊穿電壓一般在2.9V～4.7V范圍內(nèi)，而雪崩二極管的額定擊穿電壓常在5.6V～200V范圍內(nèi)。

(2)最大箝位電壓：它是指管子在通過規(guī)定波形的大電流時(shí)，其兩端出現(xiàn)的最高電壓。

(3)脈沖功率：它是指在規(guī)定的電流波形(如10/1000μs)下，管子兩端的最大箝位電壓與管子中電流等值之積。

(4)反向變位電壓：它是指管子在反向泄漏區(qū)，其兩端所能施加的最大電壓，在此電壓下管子不應(yīng)擊穿。此反向變位電壓應(yīng)明顯高于被保護(hù)電子系統(tǒng)的最高運(yùn)行電壓峰值，也即不能在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)處于弱導(dǎo)通狀態(tài)。

(5)最大泄漏電流：它是指在反向變位電壓作用下，管子中流過的最大反向電流。

(6)響應(yīng)時(shí)間：10-11s

5.扼流線圈：

扼流線圈是一個(gè)以鐵氧體為磁芯的共模干擾抑制器件，它由兩個(gè)尺寸相同，匝數(shù)相同的線圈對(duì)稱地繞制在同一個(gè)鐵氧體環(huán)形磁芯上，形成一個(gè)四端器件，要對(duì)于共模信號(hào)呈現(xiàn)出大電感具有抑制作用，而對(duì)于差模信號(hào)呈現(xiàn)出很小的漏電感幾乎不起作用。扼流線圈使用在平衡線路中能有效地抑制共模干擾信號(hào)(如雷電干擾)，而對(duì)線路正常傳輸?shù)牟钅Ｐ盘?hào)無影響。

扼流線圈在制作時(shí)應(yīng)滿足以下要求：

1)繞制在線圈磁芯上的導(dǎo)線要相互絕緣，以保證在瞬時(shí)過電壓作用下線圈的匝間不發(fā)生擊穿短路。

2)當(dāng)線圈流過瞬時(shí)大電流時(shí)，磁芯不要出現(xiàn)飽和。

3)線圈中的磁芯應(yīng)與線圈絕緣，以防止在瞬時(shí)過電壓作用下兩者之間發(fā)生擊穿。

4)線圈應(yīng)盡可能繞制單層，這樣做可減小線圈的寄生電容，增強(qiáng)線圈對(duì)瞬時(shí)過電壓的而授能力。

6. 1/4波長短路器

1/4波長短路器是根據(jù)雷電波的頻譜分析和天饋線的駐波理論所制作的微波信號(hào)電涌保護(hù)器，這種保護(hù)器中的金屬短路棒長度是根據(jù)工作信號(hào)頻率(如900MHZ或1800MHZ)的1/4波長的大小來確定的。此并聯(lián)的短路棒長度對(duì)于該工作信號(hào)頻率來說，其阻抗無窮大，相當(dāng)于開路，不影響該信號(hào)的傳輸，但對(duì)于雷電波來說，由于雷電能量主要分布在n+KHZ以下，此短路棒對(duì)于雷電波阻抗很小，相當(dāng)于短路，雷電能量級(jí)被泄放入地。

由于1/4波長短路棒的直徑一般為幾毫米，因此耐沖擊電流性能好，可達(dá)到30KA(8/20μs)以上，而且殘壓很小，此殘壓主要是由短路棒的自身電感所引起的，其不足之處是工頻帶較窄，帶寬約為2%～20%左右，另一個(gè)缺點(diǎn)是不能對(duì)天饋設(shè)施加直流偏置，使某些應(yīng)用受到限制。