通過浪涌抗擾度試驗應采取的措施

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通過浪涌抗擾度試驗應采取的措施

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

對于有較大平滑電容的整流電路，過電流使器件損壞也可能是首先發生的。例如，對開關電源的高壓整流濾波電路而言，浪涌到來時，整流電路和平滑電容提供了很低的阻抗，浪涌發生器輸出的很大的電流流過整流二極管，當整流二極管不能承受這個電流時，就發生過熱而燒毀。隨著電容的充電，電容上的電壓也會達到很高，有可能導致電容擊穿損壞。

通過浪涌抗擾度試驗應采取的措施
雷擊浪涌試驗有共模和差模兩種，因此浪涌吸收器件的使用要考慮到與試驗的對應情況。為保證使用效果，浪涌吸收器件要用在進線入口處。由于浪涌吸收過程中的 di/dt 特別大，在器件附近不能有信號線和電源線經過，以防止因電磁耦合將干擾引入信號和電源線路。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等級相匹配。
雷擊浪涌試驗的較大特點是能量特別大，所以采用普通濾波器和鐵氧體磁芯來濾波、吸收的方案基本無效，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體放電管等專門的浪涌抑制器件才行。
浪涌抑制器件的一個共同特性就是阻抗在有浪涌電壓與沒浪涌電壓時不同。正常電壓下，它的阻抗很高，對電路的工作沒有影響，當有很高的浪涌電壓加在它上面時，它的阻抗變得很低，將浪涌能量旁路掉這類器件的使用方法是并聯在線路與參考地之間，當浪涌電壓出現時，迅速導通，以將電壓幅度限制在一定的值上。
壓敏電阻、瞬態抑制二極管和氣體放電管具有不同的伏安特性，因此浪涌通過它們時發生的變化不同，圖 20 對浪涌通過這三種器件時的變化進行了比較。

圖 20：浪涌沖擊通過不同的抑制器件時的電壓波形示意圖

壓敏電阻
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，從而浪涌能量泄放掉。在浪涌電壓作用下，導通后的壓敏電阻上的電壓（一般稱為鉗位電壓），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鉗位電壓達到較高。
（1）優點：峰值電流承受能力較大，價格低。
（2）缺點：鉗位電壓較高（取決于較大浪涌電流），一般可以達到工作電壓的 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的增加，漏電流增加。如果在交流電源線上應用會導致漏電流超過安全規定的現象，嚴重時，壓敏電阻會因過熱而爆炸。壓敏電阻的其他缺點還有：響應時間較長，寄生電容較大。

（3）適用場合：直流電源線、低頻信號線，或者與氣體放電管串聯起來用在交流電源線上。

瞬態抑制二極管（ TVS ）
當 TVS 上的電壓超過一定幅度時，器件迅速導通，從而將浪涌能量泄放掉。由于這類器件導通后阻抗很小，因此它的鉗位電壓很平坦，并且很接近工作電壓。
（1）優點：響應時間短，鉗位電壓低（相對于工作電壓）。
（2）缺點：由于所有功率都耗散在二極管的 PN 結上，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，如在高速數據線上使用，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。

（3）適用場合：浪涌能量較小的場合。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 作為后級防護。

氣體放電管
當氣體放電管上的電壓超過一定幅度時，器件變為短路狀態，阻抗幾乎為零。這種導通原理與控制電感性負載的開關觸點被擊穿的原理相同，只是這里兩個觸點之間的距離和氣體環境是控制好的，可使擊穿電壓為一個確定值。氣體放電管一旦導通后，它上面的電壓會很低。
（1）優點：承受電流大，寄生電容小。
（2）缺點：響應時間長。另外，由于維持它導通所需要的電壓很低，因此當浪涌電壓過后，只要加在氣體放電管上的電壓高于維持電壓，它就會保持導通，在交流場合應用時，只有當交流電過零點時，它才會斷開，因此會有一定的慣用電流。由于跟隨電流的時間較長，會導致放電管觸點迅速燒毀，從而縮短放電管的壽命。

（3）適用場合：信號線或工作電壓低于導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。

氣體放電管和壓敏電阻組合應用
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。氣體放電管的問題是它的電流效應。壓敏電阻的問題是隨著受浪涌作用的次數增加交流漏電流增加。一個實用的方案是將氣體放電管與壓敏電阻串聯起來使用。如果同時敏電阻上并聯一個電容，浪涌電壓到來時，可以更快地將電壓加到氣體放電管上，縮短導通時間。
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。在這里可以使用導通電壓較低（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使用的效果
采用組合式保護方案能發揮不同保護器件的各自特點，從而取得較好的保護效果。
浪涌經過壓敏電阻和氣體放電管后，會殘留一個較窄的脈沖，這是由于氣體放電管導通點較高所致。

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

地線反彈的抑制
當并聯型的浪涌抑制器發揮作用時，它將浪涌能量旁路到地線上。由于地線都是有一定阻的，因此當電流流過地線時，地線上會有電壓。這種現象一般稱為地線反彈。
地線反彈對設備的影響如下：
（1）浪涌抑制器的地與設備的地不在同一點，設備的線路實際上沒有受到保護，較高的浪源電壓仍然加到了設備的電源線與地之間。解決辦法是在線路與設備的外殼（地）之間再并聯一只浪涌抑制器。

（2）浪涌抑制器的地與設備的地在同一點，這時，該臺設備的線路與地之間沒有浪涌電壓，受到了保護，但是如果這個設備與其他設備連接在一起，另一臺設備就要承受共模電壓。這個共模電壓會出現在所有連接設備 1 與設備 2 的電纜上。解決的方法是在互連電纜的設備 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，總會失效。因此，在結構設計上，應該便于更換浪涌抑制器件。并且，當浪涌抑制器件失效時，應該有明顯的顯示，提醒維護人員進行更換。浪涌抑制器件的失效模式一般為短路，這可以稱為安全模式。因為當浪涌抑制器短路時，線路會出現故障，從而提醒維修人員更換浪涌抑制器。但是，也有開路失效模式的可能性，這時往往會給設備帶來潛在危險，因為設備會直接處于沒有保護的狀態下。

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| 發布時間：2018.05.28 來源：電源適配器廠家

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