常見的浪涌抑制器件特點及應(yīng)用

常見的浪涌抑制器件特點及應(yīng)用

1、金屬氧化物壓敏電阻（MOV）

壓敏電阻由金屬氧化物（主要是氧化鋅）材料組成，屬箝位型器件，其特性與兩只背對背聯(lián)接的穩(wěn)壓管非常相似，有著毫微秒級的響應(yīng)速度。壓敏電阻對瞬變信號的吸收能力與其體積成正比：其厚度正比于電壓；面積正比于電流。壓敏電阻是目前在電子產(chǎn)品中使用最廣泛的浪涌抑制器件。當壓敏電阻上的電壓超過一定幅度時，電阻的阻值大幅度降低，從而將浪涌能量泄放掉。在浪涌電壓作用下，導(dǎo)通后的壓敏電阻上的電壓（一般稱為箝位電壓），等于流過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箝位電壓達到最高。

壓敏電阻的特點：

a）優(yōu)點：電壓范圍很寬，可從幾伏到幾千伏；吸收浪涌電流可從幾十到幾千安培，反應(yīng)速度快，無極性，無續(xù)流，峰值電流承受能力較大，價格低。

b）缺點：鉗位電壓較高，一般可以達到工作電壓的2～3倍；而且，隨著受到浪涌沖擊次數(shù)的增加，漏電流增加；另外，響應(yīng)時間較長，寄生電容較大。c）適用場合：直流電源線。

壓敏電阻的選擇

a）從抑制瞬變干擾的角度出發(fā)，壓敏電壓要盡量、低頻信號線，或者與氣體放電管串聯(lián)起來用在交流電源線上。

降低以接近被保護電路的工作電壓；從提高元件壽命來看，又要拉開兩者差距。一般折衷的選取方案為：對交流工作電路，壓敏電壓值為工作電壓的2．2倍；對直流工作電路，壓敏電壓值為工作電壓的1．5倍。

b）通流量的選取：在實際應(yīng)用中，壓敏電阻所吸收的最大浪涌電流應(yīng)小于它的最大通流量。對同一應(yīng)用場合，當最大通流量增加一倍，壓敏電阻的壽命也同步增加一倍。

2、硅瞬變電壓吸收二極管（TVS）

TVS為電壓箝位型工作方式，亞納秒級的響應(yīng)速度。TVS有多種封裝方式，可滿足不同場合的需要。當TVS上的電壓超過一定的幅度時，器件迅速導(dǎo)通．通過PN結(jié)反向過壓雪崩擊穿將浪涌能量泄放掉。由于這類器件導(dǎo)通后阻抗很小，因此它的箝位電壓很平坦，并且很接近工作電壓。

硅瞬變電壓吸收二極管的特點

a）優(yōu)點：響應(yīng)時間短，漏電流小，擊穿電壓偏差小。箝位電壓低（相對于工作電壓），動作精度高，無跟隨電流（續(xù)流），體積小，每次經(jīng)受瞬變電壓后其性能不會下降，可靠性高。

b）缺點：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。

c）適用場合：浪涌能量較小的場合。如果浪涌能量較大。要與其它大功率浪涌抑制器件一同使用，則把它作為后級防護。

硅瞬變電壓吸收二極管的選擇

a）最大箝位電壓VCMAX應(yīng)不大于電流的最大允許安全電壓。

b）最大反向工作電壓VRWM應(yīng)不低于電路的最大工作電壓。一般略高于電路的工作電壓。c）TVS額定的最大脈沖功率必須大于電路中出現(xiàn)的最大瞬態(tài)浪涌功率。

d）對小電流負載的保護，可在二極管之前串接適當?shù)南蘖麟娮琛亩蛇x用小的峰值吸收功率的TVS來擔(dān)任這一功能。

氣體放電管氣體放電管采用陶瓷密閉封裝，內(nèi)部由兩個或數(shù)個帶間隙的金屬電極，充以惰性氣體（氬氣或氖氣）構(gòu)成。當加到兩電極端的電壓達到使氣體放電管內(nèi)的氣體擊穿時，氣體放電管便開始放電，器件變?yōu)槎搪窢顟B(tài)，使電極兩端的電壓不超過擊穿電壓。氣體放電管一旦導(dǎo)通后，它兩端的電壓會很低。氣體放電管有兩極和三極之分，可分別用于線間和線一地間的保護。

3、氣體放電管

氣體放電管采用陶瓷密閉封裝，內(nèi)部由兩個或數(shù)個帶間隙的金屬電極，充以惰性氣體（氬氣或氖氣）構(gòu)成。當加到兩電極端的電壓達到使氣體放電管內(nèi)的氣體擊穿時，氣體放電管便開始放電，器件變?yōu)槎搪窢顟B(tài)，使電極兩端的電壓不超過擊穿電壓。氣體放電管一旦導(dǎo)通后，它兩端的電壓會很低。氣體放電管有兩極和三極之分，可分別用于線間和線一地間的保護。

氣體放電管的特點

a）優(yōu)點：承受電流大，絕緣電阻高，漏電流小，寄生電容小。

b）缺點：點火電壓高，殘壓較高，反應(yīng)時間慢（≥100ns），動作電壓精度較低，會慢性漏氣、有光敏效應(yīng)、離散性大。有跟隨電流（續(xù)流）。若跟隨電流的時間較長，會導(dǎo)致放電管觸點迅速燒毀，從而縮短放電管的壽命。

c）適用場合：信號線或工作電壓低于導(dǎo)通維持電壓的直流電源線上（一般低于10V）；與壓敏電阻組合起來用在交流電源線上。它具有很強的沖擊電流吸收能力。但有著較高的起弧電壓，所以比較適合做一級粗保護。

氣體放電管的選擇

在直流電路中氣體放電管的標稱電壓選擇為工作電壓的1．8倍：在交流電路中選擇為工作電壓有效值的2．5倍。氣體放電管標稱電流容量應(yīng)大于被保護電路的可能最大浪涌沖擊容量。由于有跟隨電流（續(xù)流），氣體放電管一般不可使用在直流電路中，除非直流工作電壓低于氣體放電管的擊穿維持電壓。

4、其它浪涌吸收器件

固體放電管

固體放電管是一種新的瞬變電壓吸收器件，與氣體放電管一樣同屬能量轉(zhuǎn)移型保護器件，但性能更理想。如通態(tài)壓降僅3V左右，接近短路；納秒級的響應(yīng)速度；動作電壓穩(wěn)定；使用壽命長；能雙方向吸收正／負極性的瞬變電壓。

固體放電管有一定的結(jié)電容；在脈沖狀態(tài)下觸發(fā)電壓較直流擊穿電壓稍有提高（如200V的管子其脈沖觸發(fā)電壓為350V），比氣體放電管要好得多。固體放電管的失效模式是短路．其意義在于不會使故障擴大。也便于值班人員及時發(fā)現(xiàn)故障和處理故障。

晶閘管型防護器件

晶閘管型防護器件有兩種：

a）控制柵極型雙向三端器件，如SCR、TRLAO等。因為大多數(shù)電源電路的輸出端都有電壓過載保護，用一個電平觸發(fā)SCR的控制柵極將輸出短路而中斷供電。響應(yīng)時間約100IXs，這對電壓敏感的器件有可能造成損壞，它的優(yōu)點是耐電流量大。缺點是點火電壓易變化，響應(yīng)時間慢。

b）控制維持電流型雙向兩端器件。由PNPNP五層組成，其結(jié)構(gòu)是在單芯片上逆向并聯(lián)組成的復(fù)合器件。該器件還具有響應(yīng)速率快、不需多級防護電路、耐電流量大、靜電容量小、可靠性高等優(yōu)點，特別適用于防護雷電浪涌。

5、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在交流電源線上使用。一個實用的方案是將氣體放電管與壓敏電阻串聯(lián)起來使用。如果同時在壓敏電阻上并聯(lián)一個電容，浪涌電壓到來時，可以更快地將電壓加到氣體放電管上?？s短導(dǎo)通時間。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以外．還有一個好處就是可以降低限幅電壓值?？梢允褂脤?dǎo)通電壓較低的壓敏電阻，從而可以降低限幅電壓值。該連接方式對浪涌電壓的抑制作用如圖2所示。采用組合式保護方案能發(fā)揮不同保護器件的各自特點，從而取得最好的保護效果