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通過(guò)浪涌抗擾度試驗(yàn)應(yīng)采取的措施

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通過(guò)浪涌抗擾度試驗(yàn)應(yīng)采取的措施

浪涌脈沖的上升時(shí)間較長(zhǎng)，脈寬較寬，不含有較高的頻率成分，因此對(duì)電路的干擾以傳導(dǎo)為主。主要體現(xiàn)在過(guò)高的差模電壓幅度導(dǎo)致輸入器件擊穿損壞，或者過(guò)高的共模電壓導(dǎo)致線(xiàn)路與地之間的絕緣層擊穿。由于器件擊穿后阻抗很低，浪涌發(fā)生器產(chǎn)生的很大的電流隨之使器件過(guò)熱發(fā)生損壞。

對(duì)于有較大平滑電容的整流電路，過(guò)電流使器件損壞也可能是首先發(fā)生的。例如，對(duì)開(kāi)關(guān)電源的高壓整流濾波電路而言，浪涌到來(lái)時(shí)， 整流電路和平滑電容提供了很低的阻抗，浪涌發(fā)生器輸出的很大的電流流過(guò)整流二極管，當(dāng)整流二極管不能承受這個(gè)電流時(shí)，就發(fā)生過(guò)熱而燒毀。隨著電容的充電，電容上的電壓也會(huì)達(dá)到很高，有可能導(dǎo)致電容擊穿損壞。


通過(guò)浪涌抗擾度試驗(yàn)應(yīng)采取的措施
雷擊浪涌試驗(yàn)有共模和差模兩種，因此浪涌吸收器件的使用要考慮到與試驗(yàn)的對(duì)應(yīng)情況。為保證使用效果，浪涌吸收器件要用在進(jìn)線(xiàn)入口處。由于浪涌吸收過(guò)程中的 di/dt 特別大，在器件附近不能有信號(hào)線(xiàn)和電源線(xiàn)經(jīng)過(guò)，以防止因電磁耦合將干擾引入信號(hào)和電源線(xiàn)路。此外，浪涌吸收器件的引腳要短；
吸收器件的吸收容量要與浪涌電壓和電流的試驗(yàn)等級(jí)相匹配。
雷擊浪涌試驗(yàn)的最大特點(diǎn)是能量特別大，所以采用普通濾波器和鐵氧體磁芯來(lái)濾波、吸收的方案基本無(wú)效， 必須使用氣體放電管、壓敏電阻、 硅瞬變電壓吸收二極管和半導(dǎo)體放電管等專(zhuān)門(mén)的浪涌抑制器件才行。
浪涌抑制器件的一個(gè)共同特性就是阻抗在有浪涌電壓與沒(méi)浪涌電壓時(shí)不同。正常電壓下， 它的阻抗很高，對(duì)電路的工作沒(méi)有影響，當(dāng)有很高的浪涌電壓加在它上面時(shí)，它的阻抗變得很低，將浪涌能量旁路掉這類(lèi)器件的使用方法是并聯(lián)在線(xiàn)路與參考地之間，當(dāng)浪涌電壓出現(xiàn)時(shí)， 迅速導(dǎo)通， 以將電壓幅度限制在一定的值上。
壓敏電阻、 瞬態(tài)抑制二極管和氣體放電管具有不同的伏安特性，因此浪涌通過(guò)它們時(shí)發(fā)生的變化不同，圖 20 對(duì)浪涌通過(guò)這三種器件時(shí)的變化進(jìn)行了比較。

圖 20：浪涌沖擊通過(guò)不同的抑制器件時(shí)的電壓波形示意圖


壓敏電阻
當(dāng)壓敏電阻上的電壓超過(guò)一定幅度時(shí)，電阻的阻值大幅度降低，從而浪涌能量泄放掉。 在浪涌電壓作用下，導(dǎo)通后的壓敏電阻上的電壓（一般稱(chēng)為鉗位電壓），等于流過(guò)壓敏電阻的電流乘以壓敏電阻的阻值，因此在浪涌電流的峰值處鉗位電壓達(dá)到最高。
（1）優(yōu)點(diǎn)：峰值電流承受能力較大，價(jià)格低。
（2）缺點(diǎn)：鉗位電壓較高（取決于最大浪涌電流），一般可以達(dá)到工作電壓的 2～ 3 倍，因此電路必須能承受這么高的浪涌電壓。另外，壓敏電阻隨著受到浪涌沖擊次數(shù)的增加，漏電流增加。如果在交流電源線(xiàn)上應(yīng)用會(huì)導(dǎo)致漏電流超過(guò)安全規(guī)定的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)， 壓敏電阻會(huì)因過(guò)熱而爆炸。壓敏電阻的其他缺點(diǎn)還有：響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，寄生電容較大。

（3）適用場(chǎng)合：直流電源線(xiàn)、低頻信號(hào)線(xiàn)，或者與氣體放電管串聯(lián)起來(lái)用在交流電源線(xiàn)上。


瞬態(tài)抑制二極管（ TVS ）
當(dāng) TVS 上的電壓超過(guò)一定幅度時(shí)，器件迅速導(dǎo)通，從而將浪涌能量泄放掉。由于這類(lèi)器件導(dǎo)通后阻抗很小，因此它的鉗位電壓很平坦，并且很接近工作電壓。
（1）優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)時(shí)間短，鉗位電壓低（相對(duì)于工作電壓） 。
（2）缺點(diǎn)：由于所有功率都耗散在二極管的 PN 結(jié)上，因此它所承受的功率值較小，允許流過(guò)的電流較小。一般的 TVS 器件的寄生電容較大，如在高速數(shù)據(jù)線(xiàn)上使用，要用特制的低電容器件，但是低電容器件的額定功率往往較小。

（3）適用場(chǎng)合：浪涌能量較小的場(chǎng)合。如果浪涌能量較大，要與其他大功率浪涌抑制器件一同使用，TVS 作為后級(jí)防護(hù)。


氣體放電管
當(dāng)氣體放電管上的電壓超過(guò)一定幅度時(shí)，器件變?yōu)槎搪窢顟B(tài)， 阻抗幾乎為零。 這種導(dǎo)通原理與控制電感性負(fù)載的開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)被擊穿的原理相同，只是這里兩個(gè)觸點(diǎn)之間的距離和氣體環(huán)境是控制好的，可使擊穿電壓為一個(gè)確定值。氣體放電管一旦導(dǎo)通后，它上面的電壓會(huì)很低。
（1）優(yōu)點(diǎn)：承受電流大，寄生電容小。
（2）缺點(diǎn)：響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。另外，由于維持它導(dǎo)通所需要的電壓很低，因此當(dāng)浪涌電壓過(guò)后，只要加在氣體放電管上的電壓高于維持電壓，它就會(huì)保持導(dǎo)通， 在交流場(chǎng)合應(yīng)用時(shí)， 只有當(dāng)交流電過(guò)零點(diǎn)時(shí)，它才會(huì)斷開(kāi)，因此會(huì)有一定的慣用電流。由于跟隨電流的時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致放電管觸點(diǎn)迅速燒毀，從而縮短放電管的壽命。

（3）適用場(chǎng)合：信號(hào)線(xiàn)或工作電壓低于導(dǎo)通維持電壓的直流電源線(xiàn)上（一般低于 10V）；與壓敏電阻組合起來(lái)用在交流電源線(xiàn)上。


氣體放電管和壓敏電阻組合應(yīng)用
氣體放電管和壓敏電阻都不適合單獨(dú)在交流電源線(xiàn)上使用。氣體放電管的問(wèn)題是它的電流效應(yīng)。壓敏電阻的問(wèn)題是隨著受浪涌作用的次數(shù)增加交流漏電流增加。一個(gè)實(shí)用的方案是將氣體放電管與壓敏電阻串聯(lián)起來(lái)使用。 如果同時(shí)敏電阻上并聯(lián)一個(gè)電容，浪涌電壓到來(lái)時(shí)，可以更快地將電壓加到氣體放電管上，縮短導(dǎo)通時(shí)間。
這種氣體放電管與壓敏電阻的組合除了可以避免上述缺點(diǎn)以外，還有一個(gè)好處就是可以降低限幅電壓值。在這里可以使用導(dǎo)通電壓較低（低于工作電壓）的壓敏電阻。從而可以降低限幅電壓值。
該連接方式對(duì)浪涌電壓的抑制作用如圖 21 所示。
圖 21：氣體放電管和壓敏電阻串聯(lián)使用的效果
采用組合式保護(hù)方案能發(fā)揮不同保護(hù)器件的各自特點(diǎn)，從而取得最好的保護(hù)效果。
浪涌經(jīng)過(guò)壓敏電阻和氣體放電管后，會(huì)殘留一個(gè)較窄的脈沖， 這是由于氣體放電管導(dǎo)通點(diǎn)較高所致。

由于這個(gè)脈沖較窄， 因此很容易用低通濾波器濾除。實(shí)用的浪涌防護(hù)電路是在浪涌抑制器的后面加低通濾波器。


地線(xiàn)反彈的抑制
當(dāng)并聯(lián)型的浪涌抑制器發(fā)揮作用時(shí)，它將浪涌能量旁路到地線(xiàn)上。由于地線(xiàn)都是有一定阻的， 因此當(dāng)電流流過(guò)地線(xiàn)時(shí)，地線(xiàn)上會(huì)有電壓。這種現(xiàn)象一般稱(chēng)為地線(xiàn)反彈。
地線(xiàn)反彈對(duì)設(shè)備的影響如下：
（1）浪涌抑制器的地與設(shè)備的地不在同一點(diǎn)，設(shè)備的線(xiàn)路實(shí)際上沒(méi)有受到保護(hù)，較高的浪源電壓仍然加到了設(shè)備的電源線(xiàn)與地之間。解決辦法是在線(xiàn)路與設(shè)備的外殼 （地）之間再并聯(lián)一只浪涌抑制器。

（2）浪涌抑制器的地與設(shè)備的地在同一點(diǎn)，這時(shí)，該臺(tái)設(shè)備的線(xiàn)路與地之間沒(méi)有浪涌電壓，受到了保護(hù)， 但是如果這個(gè)設(shè)備與其他設(shè)備連接在一起，另一臺(tái)設(shè)備就要承受共模電壓。這個(gè)共模電壓會(huì)出現(xiàn)在所有連接設(shè)備 1 與設(shè)備 2 的電纜上。解決的方法是在互連電纜的設(shè)備 2 一端安裝浪涌抑制器。


浪涌抑制器件的正確使用
需要注意的是，浪涌抑制器件的壽命不是永久的，總會(huì)失效。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，應(yīng)該便于更換浪涌抑制器件。并且，當(dāng)浪涌抑制器件失效時(shí)，應(yīng)該有明顯的顯示，提醒維護(hù)人員進(jìn)行更換。浪涌抑制器件的失效模式一般為短路，這可以稱(chēng)為安全模式。因?yàn)楫?dāng)浪涌抑制器短路時(shí)，線(xiàn)路會(huì)出現(xiàn)故障，從而提醒維修人員更換浪涌抑制器。但是，也有開(kāi)路失效模式的可能性，這時(shí)往往會(huì)給設(shè)備帶來(lái)潛在危險(xiǎn)，因?yàn)樵O(shè)備會(huì)直接處于沒(méi)有保護(hù)的狀態(tài)下。

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| 發(fā)布時(shí)間：2018.05.28    來(lái)源：電源適配器廠(chǎng)家
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