浪涌電壓

電路在遭雷擊和在接通、斷開電感負(fù)載或大型負(fù)載時常常會產(chǎn)生很高的操作過電壓，這種瞬時過電壓（或過電流）稱為浪涌電壓（或浪涌電流），是一種瞬變干擾：例如直流6V繼電器線圈斷開時會出現(xiàn)300V～600V的浪涌電壓；接通白熾燈時會出現(xiàn)8～10倍額定電流的浪涌電流；當(dāng)接通大型容性負(fù)載如補償電容器組時，常會出現(xiàn)大的浪涌電流沖擊，使得電源電壓突然降低；當(dāng)切斷空載變壓器時也會出現(xiàn)高達額定電壓8～10倍的操作過電壓。浪涌電壓現(xiàn)象日趨嚴(yán)重地危及自動化設(shè)備安全工作，消除浪涌噪聲干擾、防止浪涌損害一直是關(guān)系到自動化設(shè)備安全可靠運行的核心問題?，F(xiàn)代電子設(shè)備集成化程度在不斷提高，但是它們的抗御浪涌電壓能力卻在下降。在多數(shù)情況下，浪涌電壓會損壞電路及其部件，其損壞程度與元器件的耐壓強度密切相關(guān)，并且與電路中可以轉(zhuǎn)換的能量相關(guān)。

為了避免浪涌電壓擊毀敏感的自動化設(shè)備，必須使出現(xiàn)這種浪涌電壓的導(dǎo)體在非常短的時間內(nèi)同電位均衡系統(tǒng)短接（引入大地）。在其放電過程中，放電電流可以高達幾千安，與此同時，人們往往期待保護單元在放電電流很大時也能將輸出電壓限定在盡可能低的數(shù)值上。因此，空氣火花間隙、充氣式過電壓放電器、壓敏電阻、雪崩二極管、TVS（Transientvoltagesuppressor）、FLASHTRAB、VALETRAB、SOCKETTRAB、MAINTRAB等元器件，是單獨或以組合電路形式被應(yīng)用到被保護電路中，因為每個元器件有其各自不同的特性，并且具有不同的性能：放電能力；響應(yīng)特性；滅弧性能；限壓精度。根據(jù)不同的應(yīng)用場合以及設(shè)備對浪涌電壓保護的要求，可根據(jù)各類產(chǎn)品的特性來組合出符合應(yīng)用要求的過電壓保護系統(tǒng)。

浪涌電壓吸收器

浪涌噪聲常用浪涌吸收器進行抑制，常用的浪涌吸收器有：

（1）氧化鋅壓敏電阻

氧化鋅壓敏電阻是以氧化鋅為主體材料制成的壓敏電阻，其電壓非線性系數(shù)高，容量大、殘壓低、漏電流小、無續(xù)流、伏安特性對稱、電壓范圍寬、響應(yīng)速度快、電壓溫度系數(shù)小，且具有工藝簡單、成本低廉等優(yōu)點，是目前廣泛使用的浪涌電壓保護器件。適用于交流電源電壓的浪涌吸收、各種線圈、接點間浪涌電壓吸收及滅弧，三極管、晶閘管等電力電子器件的浪涌電壓保護。

（2）R、C、D組合浪涌吸收器

R、C、D組合浪涌吸收器比較適用于直流電路，可根據(jù)電路的特性對器件進行不同的組合，如圖1（a）適用于高電平直流控制系統(tǒng)，而圖1（b）中采用齊納穩(wěn)壓管或雙向二極管，適用于正反向需要保護的電路。

圖1R、C、D浪涌保護器

(a)單向保護(b)雙向保護

圖2TVS電壓（電流）時間特性

（3）瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）

當(dāng)TVS兩極受到反向高能量沖擊時，它能以10－12s級的速度，將其兩極間的阻抗由高變低，吸收高達數(shù)kW的浪涌功率，使兩極的電位箝位于預(yù)定值，有效地保護自動化設(shè)備中的元器件免受浪涌脈沖的損害。TVS具有響應(yīng)時間快、瞬態(tài)功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差小、箝位電壓容易控制、體積小等優(yōu)點，目前被廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備等領(lǐng)域。

①TVS的特性

其正向特性與普通二極管相同，反向特性為典型的PN結(jié)雪崩器件。圖2是TVS的電流－時間和電壓－時間曲線。在浪涌電壓的作用下，TVS兩極間的電壓由額定反向關(guān)斷電壓VWM上升到擊穿電壓Vbr而被擊穿。隨著擊穿電流的出現(xiàn)，流過TVS的電流將達到峰值脈沖電流IPP，同時在其兩端的電壓被箝位到預(yù)定的最大箝位電壓VC以下。其后，隨著脈沖電流按指數(shù)衰減，TVS兩極間的電壓也不斷下降，最后恢復(fù)到初態(tài)，這就是TVS抑制可能出現(xiàn)的浪涌脈沖功率，保護電子元器件的過程。

②TVS與壓敏電阻的比較

目前，國內(nèi)不少需要進行浪涌保護的設(shè)備上應(yīng)用壓敏電阻較為普遍，TVS與壓敏電阻性能比較如表1所示：

表1TVS與壓敏電阻的比較