電子產(chǎn)品抑制電壓瞬變和浪涌防護(hù)的方法解析

據(jù)估計(jì)，電子產(chǎn)品的故障有75%是由于瞬變和浪涌造成的。電壓的瞬變和浪涌無(wú)處不在，電網(wǎng)、雷擊、爆破，就連人在地毯上行走都會(huì)產(chǎn)生上萬(wàn)伏的靜電感應(yīng)電壓，這些都是電子產(chǎn)品的隱形致命殺手。因此，為了提高電子產(chǎn)品的可靠性和人體自身的安全性，必須對(duì)電壓瞬變和浪涌采取防護(hù)措施。以下介紹五種浪涌防護(hù)方法。

產(chǎn)生浪涌的原因是多方面的，浪涌是一種上升速度高、持續(xù)時(shí)間短的尖峰脈沖。電網(wǎng)過(guò)壓、開(kāi)關(guān)打火、虬源反向、靜電、電機(jī)/電源噪聲等都是產(chǎn)生浪涌的因素。而浪涌保護(hù)器為電子設(shè)備的電源浪涌防護(hù)提供了一種簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、可靠的防護(hù)方法。

眾所周知，電子產(chǎn)品在使用中經(jīng)常會(huì)遇到意外的電壓瞬變和浪涌，從而導(dǎo)致電子產(chǎn)品的損壞，損壞的原因是電子產(chǎn)品中的半導(dǎo)體器件（包括二極管、晶體管、可控硅和集成電路等）被燒毀或擊穿。

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其方法之一是使整機(jī)和系統(tǒng)接地，整機(jī)和系統(tǒng)的地（公共端）和大地應(yīng)分開(kāi)，整機(jī)和系統(tǒng)中的每個(gè)子系統(tǒng)均應(yīng)有獨(dú)立的公共端，在子系統(tǒng)之間需傳輸數(shù)據(jù)或信號(hào)時(shí)，應(yīng)以大地為參考電平，接地線（面）必須能流過(guò)很大的電流，如幾百安培。

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第二種防護(hù)方法是在整機(jī)和系統(tǒng)中的關(guān)鍵部位（如電腦的顯示器等）采用電壓瞬變和浪涌的防護(hù)器件，使電壓瞬變和浪涌通過(guò)防護(hù)器件旁路到子系統(tǒng)地和大地，從而讓進(jìn)入整機(jī)和系統(tǒng)中的瞬變電壓和浪涌幅度大大降低。

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第三種防護(hù)方法是對(duì)重要和昂貴的整機(jī)和系統(tǒng)采用幾個(gè)電壓瞬變和浪涌防護(hù)器件的組合形式，以構(gòu)成多級(jí)防護(hù)電路。

浪涌保護(hù)器為電子設(shè)備的電源浪涌防護(hù)提供了一種簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、可靠的防護(hù)方法，通過(guò)防浪涌元件（MOV），在雷擊感應(yīng)及操作過(guò)電壓時(shí)，迅速將浪涌能量傳入大地，保護(hù)設(shè)備免遭損害。

對(duì)浪涌的防護(hù)方法

（1） 并聯(lián)型電涌保護(hù)器并聯(lián)于供電線路上

在正常情況下，防雷模塊內(nèi)的壓敏電阻處于高阻狀態(tài)。電網(wǎng)遭受雷擊或開(kāi)關(guān)操作出現(xiàn)瞬時(shí)浪涌過(guò)電壓時(shí)，防雷器在納秒級(jí)時(shí)間內(nèi)響應(yīng)，壓敏電阻呈低阻狀態(tài)，迅速將過(guò)電壓限制在一個(gè)很低的幅值內(nèi)。

當(dāng)線路中有較長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)脈沖或持續(xù)過(guò)電壓，壓敏電阻器性能劣化而發(fā)熱到一定程度使熱脫機(jī)構(gòu)脫扣，避免火災(zāi)發(fā)生，從而保護(hù)設(shè)備。

（2） 串聯(lián)濾波型電涌保護(hù)器串聯(lián)接入供電線路中

為貴重的電子設(shè)備提供安全、潔凈的電源，雷電波除了有巨大的能量外，還有極其陡峭的電壓及電流上升率。并聯(lián)型電涌保護(hù)器只能抑制雷電波的幅值，但無(wú)法改變其急劇上升的前沿。串聯(lián)濾波型電源電涌保護(hù)器串聯(lián)于供電線路上。

在過(guò)電壓情況下MOV1、MOV2在納妙級(jí)時(shí)間內(nèi)做出響應(yīng)，將過(guò)電壓箝位；同時(shí)LC濾波器將雷電波陡峭的電壓，電流提升率降低近1000倍，殘壓降低5倍，從而保護(hù)敏感的用戶設(shè)備。

（3） 在電源線的相間、線間安裝壓敏限幅型元件，以限制浪涌過(guò)電壓

第一種方法對(duì)照明、電梯、空調(diào)、電機(jī)等耐沖擊電壓水平較高的電氣設(shè)備的防護(hù)效果比較好。但對(duì)于集成度高、結(jié)構(gòu)緊湊的現(xiàn)代電子設(shè)備來(lái)說(shuō)，實(shí)際防護(hù)效果就不那么令人滿意了。理由如下：

以單相220V交流電源的感應(yīng)雷擊防護(hù)為例，常用方法在零、地線之間并上合適的壓敏型元件，以吸收限制感應(yīng)雷擊產(chǎn)生的尖峰電壓。電源線路防雷效果的好壞完全取決于壓敏器件參數(shù)的選擇和壓敏器件工作的可靠性。

壓敏限幅值的選擇是在市電的峰值310V的基礎(chǔ)上加上20%的電網(wǎng)波動(dòng)影響、10%的器件分散性誤差和15%的因長(zhǎng)期工作造成發(fā)熱、受潮、元件老化等可靠性因素補(bǔ)償，一般取值為470V～510V。感應(yīng)雷擊等各種尖峰干擾電壓都被限制在470V。對(duì)于470V以下的電壓，壓敏器件不動(dòng)作。

普通低壓電器設(shè)備（機(jī)床、電梯、照明、空調(diào)等）的工頻耐壓值一般為交流1500V，而瞬間耐壓峰值可達(dá)2500V以上，所以470V的電壓是十分安全的。但大規(guī)模集成電路組成的現(xiàn)代電子設(shè)備的工作電壓一般為±5V～±15V之間，最高耐壓值一般不超過(guò)50V，所以疊加在市電上的小于470V的高頻尖峰電壓就會(huì)直接送入負(fù)載，通過(guò)空間耦合電容，變壓器層間、極間電容不成比例地傳到開(kāi)關(guān)電源或集成電路芯片上，能造成故障。

盡管高頻開(kāi)關(guān)電源和電子設(shè)備都有相應(yīng)的防尖峰干擾措施，但受成本和體積限制，再加上感應(yīng)雷擊等尖峰干擾的強(qiáng)度、頻譜變化很大，所以防護(hù)效果不理想。這還是在壓敏限幅元件比較理想的情況下得出的效果，實(shí)際上由于壓敏元件殘壓和引線電感的影響，在較強(qiáng)感應(yīng)雷擊下，可能會(huì)導(dǎo)致實(shí)際限幅電壓峰值升到800V～1000V以上，而使后級(jí)電子設(shè)備遭受威脅。

（4） 加強(qiáng)對(duì)電子設(shè)備的防護(hù)效果，在電源與負(fù)載間串入超隔離變壓器（又稱隔離法），以隔絕高頻尖峰干擾，同時(shí)又可使次級(jí)等電位聯(lián)接便于進(jìn)行。

隔離法主要采用帶屏蔽層的隔離變壓器。由于共模干擾是一種相對(duì)大地的干擾，所以它主要通過(guò)變壓器繞組間的耦合電容來(lái)傳遞。如果在初、次級(jí)之間插入屏蔽層，并使之良好接地，便能使干擾電壓通過(guò)屏蔽層分路掉，從而減小輸出端的干擾電壓。

理論上帶屏蔽層的變壓器能使衰減量達(dá)到60dB左右。但隔離效果的好壞，往往取決于屏蔽層的工藝。最好選用 0.2 mm厚的紫銅板材，原邊、副邊各加一個(gè)屏蔽層。通常，原邊的屏蔽層通過(guò)一個(gè)電容器與副邊的屏蔽層接到一起，再接到副邊的地上。也可以原邊的屏蔽層接原邊的地線，副邊的屏蔽層接到邊的地線。并且接地引線的截面積也要大一些好。采用帶屏蔽層的隔離變壓器，是個(gè)好方法，只是體積較大。

這種方法因變壓器功能過(guò)于單一，相對(duì)體積、重量大，安裝不甚方便，對(duì)中、低頻尖峰和浪涌防護(hù)效果不好，因此市場(chǎng)有限，生產(chǎn)廠家也不多。所以非特殊場(chǎng)合一般都不用。

（5） 吸收法

吸收法主要采用吸波器件將浪涌尖峰干擾電壓吸收掉。吸波器件都有共同的特點(diǎn)，即在閾值電壓以下呈現(xiàn)高阻抗，而一旦超過(guò)閾值電壓，則阻抗便急劇下降，因此對(duì)尖峰電壓有一定的抑制作用。

這類吸波器件主要有壓敏電阻、氣體放電管、TVS管、固體放電管等。不同的吸波器件對(duì)尖峰電壓的抑制也有各自的局限性。如壓敏電阻的電流吸收能力不夠大，氣體放大電管的響應(yīng)速度較慢。
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