通过浪涌抗扰度试验应采取的措施

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通过浪涌抗扰度试验应采取的措施

浪涌脉冲的上升时间较长，脉宽较宽，不含有较高的频率成分，因此对电路的干扰以传导为主。主要体现在过高的差模电压幅度导致输入器件击穿损坏，或者过高的共模电压导致线路与地之间的绝缘层击穿。由于器件击穿后阻抗很低，浪涌发生器产生的很大的电流随之使器件过热发生损坏。

对于有较大平滑电容的整流电路，过电流使器件损坏也可能是首先发生的。例如，对开关电源的高压整流滤波电路而言，浪涌到来时，整流电路和平滑电容提供了很低的阻抗，浪涌发生器输出的很大的电流流过整流二极管，当整流二极管不能承受这个电流时，就发生过热而烧毁。随着电容的充电，电容上的电压也会达到很高，有可能导致电容击穿损坏。

通过浪涌抗扰度试验应采取的措施
雷击浪涌试验有共模和差模两种，因此浪涌吸收器件的使用要考虑到与试验的对应情况。为保证使用效果，浪涌吸收器件要用在进线入口处。由于浪涌吸收过程中的 di/dt 特别大，在器件附近不能有信号线和电源线经过，以防止因电磁耦合将干扰引入信号和电源线路。此外，浪涌吸收器件的引脚要短；
吸收器件的吸收容量要与浪涌电压和电流的试验等级相匹配。
雷击浪涌试验的较大特点是能量特别大，所以采用普通滤波器和铁氧体磁芯来滤波、吸收的方案基本无效，必须使用气体放电管、压敏电阻、硅瞬变电压吸收二极管和半导体放电管等专门的浪涌抑制器件才行。
浪涌抑制器件的一个共同特性就是阻抗在有浪涌电压与没浪涌电压时不同。正常电压下，它的阻抗很高，对电路的工作没有影响，当有很高的浪涌电压加在它上面时，它的阻抗变得很低，将浪涌能量旁路掉这类器件的使用方法是并联在线路与参考地之间，当浪涌电压出现时，迅速导通，以将电压幅度限制在一定的值上。
压敏电阻、瞬态抑制二极管和气体放电管具有不同的伏安特性，因此浪涌通过它们时发生的变化不同，图 20 对浪涌通过这三种器件时的变化进行了比较。

图 20：浪涌冲击通过不同的抑制器件时的电压波形示意图

压敏电阻
当压敏电阻上的电压超过一定幅度时，电阻的阻值大幅度降低，从而浪涌能量泄放掉。在浪涌电压作用下，导通后的压敏电阻上的电压（一般称为钳位电压），等于流过压敏电阻的电流乘以压敏电阻的阻值，因此在浪涌电流的峰值处钳位电压达到较高。
（1）优点：峰值电流承受能力较大，价格低。
（2）缺点：钳位电压较高（取决于较大浪涌电流），一般可以达到工作电压的 2～ 3 倍，因此电路必须能承受这么高的浪涌电压。另外，压敏电阻随着受到浪涌冲击次数的增加，漏电流增加。如果在交流电源线上应用会导致漏电流超过安全规定的现象，严重时，压敏电阻会因过热而爆炸。压敏电阻的其他缺点还有：响应时间较长，寄生电容较大。

（3）适用场合：直流电源线、低频信号线，或者与气体放电管串联起来用在交流电源线上。

瞬态抑制二极管（ TVS ）
当 TVS 上的电压超过一定幅度时，器件迅速导通，从而将浪涌能量泄放掉。由于这类器件导通后阻抗很小，因此它的钳位电压很平坦，并且很接近工作电压。
（1）优点：响应时间短，钳位电压低（相对于工作电压）。
（2）缺点：由于所有功率都耗散在二极管的 PN 结上，因此它所承受的功率值较小，允许流过的电流较小。一般的 TVS 器件的寄生电容较大，如在高速数据线上使用，要用特制的低电容器件，但是低电容器件的额定功率往往较小。

（3）适用场合：浪涌能量较小的场合。如果浪涌能量较大，要与其他大功率浪涌抑制器件一同使用，TVS 作为后级防护。

气体放电管
当气体放电管上的电压超过一定幅度时，器件变为短路状态，阻抗几乎为零。这种导通原理与控制电感性负载的开关触点被击穿的原理相同，只是这里两个触点之间的距离和气体环境是控制好的，可使击穿电压为一个确定值。气体放电管一旦导通后，它上面的电压会很低。
（1）优点：承受电流大，寄生电容小。
（2）缺点：响应时间长。另外，由于维持它导通所需要的电压很低，因此当浪涌电压过后，只要加在气体放电管上的电压高于维持电压，它就会保持导通，在交流场合应用时，只有当交流电过零点时，它才会断开，因此会有一定的惯用电流。由于跟随电流的时间较长，会导致放电管触点迅速烧毁，从而缩短放电管的寿命。

（3）适用场合：信号线或工作电压低于导通维持电压的直流电源线上（一般低于 10V）；与压敏电阻组合起来用在交流电源线上。

气体放电管和压敏电阻组合应用
气体放电管和压敏电阻都不适合单独在交流电源线上使用。气体放电管的问题是它的电流效应。压敏电阻的问题是随着受浪涌作用的次数增加交流漏电流增加。一个实用的方案是将气体放电管与压敏电阻串联起来使用。如果同时敏电阻上并联一个电容，浪涌电压到来时，可以更快地将电压加到气体放电管上，缩短导通时间。
这种气体放电管与压敏电阻的组合除了可以避免上述缺点以外，还有一个好处就是可以降低限幅电压值。在这里可以使用导通电压较低（低于工作电压）的压敏电阻。从而可以降低限幅电压值。
该连接方式对浪涌电压的抑制作用如图 21 所示。
图 21：气体放电管和压敏电阻串联使用的效果
采用组合式保护方案能发挥不同保护器件的各自特点，从而取得较好的保护效果。
浪涌经过压敏电阻和气体放电管后，会残留一个较窄的脉冲，这是由于气体放电管导通点较高所致。

由于这个脉冲较窄，因此很容易用低通滤波器滤除。实用的浪涌防护电路是在浪涌抑制器的后面加低通滤波器。

地线反弹的抑制
当并联型的浪涌抑制器发挥作用时，它将浪涌能量旁路到地线上。由于地线都是有一定阻的，因此当电流流过地线时，地线上会有电压。这种现象一般称为地线反弹。
地线反弹对设备的影响如下：
（1）浪涌抑制器的地与设备的地不在同一点，设备的线路实际上没有受到保护，较高的浪源电压仍然加到了设备的电源线与地之间。解决办法是在线路与设备的外壳（地）之间再并联一只浪涌抑制器。

（2）浪涌抑制器的地与设备的地在同一点，这时，该台设备的线路与地之间没有浪涌电压，受到了保护，但是如果这个设备与其他设备连接在一起，另一台设备就要承受共模电压。这个共模电压会出现在所有连接设备 1 与设备 2 的电缆上。解决的方法是在互连电缆的设备 2 一端安装浪涌抑制器。

浪涌抑制器件的正确使用
需要注意的是，浪涌抑制器件的寿命不是永久的，总会失效。因此，在结构设计上，应该便于更换浪涌抑制器件。并且，当浪涌抑制器件失效时，应该有明显的显示，提醒维护人员进行更换。浪涌抑制器件的失效模式一般为短路，这可以称为安全模式。因为当浪涌抑制器短路时，线路会出现故障，从而提醒维修人员更换浪涌抑制器。但是，也有开路失效模式的可能性，这时往往会给设备带来潜在危险，因为设备会直接处于没有保护的状态下。

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| 发布时间：2018.05.28 来源：电源适配器厂家

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