浪涌電壓抑制器及其應(yīng)用

3.1三級(jí)保護(hù)

自動(dòng)控制系統(tǒng)所需的浪涌保護(hù)應(yīng)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中進(jìn)行綜合考慮，針對(duì)自動(dòng)控制裝置的特性，應(yīng)用于該系統(tǒng)的浪涌保護(hù)器基本上可以分為三級(jí)，對(duì)于自動(dòng)控制系統(tǒng)的供電設(shè)備來說，需要雷擊電流放電器、過壓放電器以及終端設(shè)備保護(hù)器。數(shù)據(jù)通信和測(cè)控技術(shù)的接口電路，比各終端的供電系統(tǒng)電路顯然要靈敏得多，所以必須對(duì)數(shù)據(jù)接口電路進(jìn)行細(xì)保護(hù)。

自動(dòng)化裝置的供電設(shè)備的第一級(jí)保護(hù)采用的是雷擊電流放電器，它們不是安裝在建筑物的進(jìn)口處，就是在總配電箱里。為保證后續(xù)設(shè)備不承受太高的殘壓，必須根據(jù)被保護(hù)范圍的性質(zhì)，在下級(jí)配電設(shè)施中安裝過電壓放電器，作為二級(jí)保護(hù)措施。第三級(jí)保護(hù)是為了保護(hù)儀器設(shè)備，采取的方法是，把過電壓放電器直接安裝在儀器的前端。自動(dòng)控制系統(tǒng)三級(jí)保護(hù)布置如圖3所示。在不同等級(jí)的放電器之間，必須遵守導(dǎo)線的最小長(zhǎng)度規(guī)定。供電系統(tǒng)中雷擊電流放電器與過壓放電器之間的距離不得小于10m，過壓放電器同儀器設(shè)備保護(hù)裝置之間的導(dǎo)線距離則不應(yīng)小于5m。

3.2三級(jí)保護(hù)器件

（1）充有惰性氣體的過電壓放電器是自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用較廣泛的一級(jí)浪涌保護(hù)器件。充有惰性氣體過電壓放電器，一般構(gòu)造的這類放電器可以排放20kA（8/20μs）或者2.5kA（10/350μs）以內(nèi)的瞬變電流。氣體放電器的響應(yīng)時(shí)間處于ns范圍，被廣泛地應(yīng)用于遠(yuǎn)程通信范疇。該器件的一個(gè)缺點(diǎn)是它的觸發(fā)特性與時(shí)間相關(guān)，其上升時(shí)間的瞬變量同觸發(fā)特性曲線在幾乎與時(shí)間軸平行的范圍里相交。因此保護(hù)電平將同氣體放電器額定電壓相近。而特別快的瞬變量將同觸發(fā)曲線在十倍于氣體放電器額定電壓的工作點(diǎn)相交，也就是說，如果某個(gè)氣體放電器的最小額定電壓90V，那么線路中的殘壓可高達(dá)900V。它的另一個(gè)缺點(diǎn)是可能會(huì)產(chǎn)生后續(xù)電流。在氣體放電器被觸發(fā)的情況下，尤其是在阻抗低、電壓超過24V的電路中會(huì)出現(xiàn)下列情況：即原來希望維持幾個(gè)ms的短路狀態(tài)，會(huì)因?yàn)樵摎怏w放電器繼續(xù)保持下去，由此引起的后果可能是該放電器在幾分之一秒的時(shí)間內(nèi)爆碎。所以在應(yīng)用氣體放電器的過電壓保護(hù)電路中應(yīng)該串聯(lián)一個(gè)熔斷器，使得這種電路中的電流很快地被中斷。

圖3放電器分布圖

（2）壓敏電阻被廣泛作為系統(tǒng)中的二級(jí)保護(hù)器件，因壓敏電阻在ns時(shí)間范圍內(nèi)具有更快的響應(yīng)時(shí)間，不會(huì)產(chǎn)生后續(xù)電流的問題。在測(cè)控設(shè)備的保護(hù)電路中，壓敏電阻可用于放電電流為2.5kA～5kA（8/20μs）的中級(jí)保護(hù)裝置。壓敏電阻的缺點(diǎn)是老化和較高的電容問題，老化是指壓敏電阻中二極管的PN部分，在通常過載情況下，PN結(jié)會(huì)造成短路，其漏電流將因此而增大，其值的大小取決于承載的頻繁程度。其應(yīng)用于靈敏的測(cè)量電路中將造成測(cè)量失真，并且器件易發(fā)熱。壓敏電阻大電容問題使它在許多場(chǎng)合不能應(yīng)用于高頻信息傳輸線路，這些電容將同導(dǎo)線的電感一起形成低通環(huán)節(jié)，從而對(duì)信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重的阻尼作用。不過，在30kHz以下的頻率范圍內(nèi)，這一阻尼作用是可以忽略的。

（3）抑制二極管一般用于高靈敏的電子電路，其響應(yīng)時(shí)間可達(dá)ps級(jí)，而器件的限壓值可達(dá)額定電壓的1.8倍。其主要缺點(diǎn)是電流負(fù)荷能力很弱、電容相對(duì)較高，器件自身的電容隨著器件額定電壓變化，即器件額定電壓越低，電容則越大，這個(gè)電容也會(huì)同相連的導(dǎo)線中的電感構(gòu)成低通環(huán)節(jié)，而對(duì)數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生阻尼作用，阻尼程度與電路中的信號(hào)頻率相關(guān)。