【E課堂】電路設(shè)計(jì)中可能用到的浪涌保護(hù)器件科普

　　電氣產(chǎn)品在使用中如果出現(xiàn)浪涌電壓，會(huì)導(dǎo)致電路的電源電壓出現(xiàn)突變，影響電路的正常工作，如果是在數(shù)字信號(hào)線上出現(xiàn)浪涌電壓，更會(huì)導(dǎo)致數(shù)字邏輯出錯(cuò)，甚至損壞接口電路。

　　由于浪涌脈沖的頻率很低，帶寬較寬(B=1/f)，如果是低通濾波器，由于其原理是允許低于截止頻率的信號(hào)通過，而高于截止頻率信號(hào)不能通過，所以對(duì)于浪涌脈沖的抑制作用有限，故而在電路設(shè)計(jì)中一般采用專門的浪涌保護(hù)器件。

　　浪涌保護(hù)器件都有一個(gè)共同特點(diǎn)，即，在正常電壓時(shí)，對(duì)電路工作沒有影響，不起任何作用。一旦高脈沖電壓到來，浪涌保護(hù)器件的阻抗會(huì)變低，通過其自身的電流增大，迅速導(dǎo)通，從而使浪涌電壓的能力旁路掉，保證電路的電壓在合理的范圍內(nèi)。

　　常用的浪涌保護(hù)器件有：氣體放電管，壓敏電阻，和TVS瞬態(tài)抑制二極管。

　　氣體放電管

　　氣體放電管的原理簡(jiǎn)單來說，就是氣體放電。如題所示，當(dāng)兩極之間的電壓充滿足夠大的電壓時(shí)，電極之間的氣體就會(huì)有絕緣狀態(tài)變成導(dǎo)電狀態(tài)，形成通路，此時(shí)阻抗極低，接近短路。當(dāng)處于導(dǎo)通狀態(tài)下時(shí),兩極間的電壓會(huì)較低,一般是在20～50V之間，等于是旁路掉浪涌電壓的能量。

　　氣體放電管采用陶瓷密閉封裝，內(nèi)部由兩個(gè)或數(shù)個(gè)帶間隙的金屬電極，充以惰性氣體(氬氣或氖氣)構(gòu)成。它的優(yōu)點(diǎn)是能夠承受較大的電流，與其管徑有關(guān)，管徑越大，耐流能力越強(qiáng)。需要注意的是，如果該器件長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用于高壓直流電場(chǎng)合，會(huì)縮短氣體放電管的壽命，影響其功能。

　　應(yīng)用電路舉例如下：

　　壓敏電阻

　　應(yīng)用非常普遍的一種浪涌保護(hù)器件。但是缺點(diǎn)很明顯。首先，壓敏電阻在浪涌電壓過來后，阻抗減少，電流增加，使此處電路兩端電壓鉗位在一定的數(shù)值，但該鉗位電位卻是不固定的，和流經(jīng)的電流有關(guān)，電流越大，壓敏電阻上的電壓越高，在浪涌電流的峰值到來時(shí)，壓敏電阻的電壓相應(yīng)達(dá)到最高值，此時(shí)的保護(hù)效果就變差。另外，壓敏電阻并不耐熱，如果持續(xù)的受到浪涌電流的沖擊，會(huì)使之受到損壞，甚至?xí)l(fā)生爆炸，造成安全問題。

　　為了防止這種問題的發(fā)生，使用壓敏電阻時(shí)，一般和溫度熔斷器(保險(xiǎn)絲)一同使用，當(dāng)壓敏電阻嚴(yán)重發(fā)熱時(shí)，熱熔保險(xiǎn)自動(dòng)把壓敏電阻切除，防止發(fā)生熱爆炸。

　　TVS瞬態(tài)抑制二極管

　　TVS也是一種應(yīng)用廣泛的浪涌保護(hù)器件。它最大的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度快，當(dāng)受到浪涌電壓時(shí)，會(huì)以10^-12S 量級(jí)速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，同時(shí)吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率。使兩極間的電壓箝位于一個(gè)安全值，有效地保護(hù)電子線路中的精密元器件免受浪涌脈沖的破壞。

　　TVS管有單向管和雙向管。單向TVS管一般應(yīng)用在直流電路中，而雙向TVS管在交流電路中較常見。

　　上圖 直流應(yīng)用

　　上圖 交流應(yīng)用