浪涌電壓抑制器的應(yīng)用

 　　[摘要]  文章結(jié)合我國居民信息設(shè)備需求的不斷增長，闡述了現(xiàn)代住宅居民信息設(shè)備瞬態(tài)過電壓保護(hù)的設(shè)計原則和浪涌電壓抑制器件的分類，重點論述了硅瞬變吸收二極管的特性、參數(shù)及其工程選用原則。 
         １ 設(shè)計原則
 
    對于家居信息系統(tǒng)的保護(hù)除了做好常規(guī)的防雷設(shè)施和處理好接地問題外，還應(yīng)在信息家電的電源端加裝相應(yīng)的過電壓保護(hù)裝置，以消除電網(wǎng)浪涌、雷電感應(yīng)電壓、設(shè)備切換等意外事件對信息家電設(shè)備的沖擊和毀壞。要求進(jìn)入信息家電內(nèi)的電源線、信號線應(yīng)通過防雷、防過壓處理，并將設(shè)備外殼、室內(nèi)的金屬門、窗、管道等進(jìn)行等電位處理。
    信息家電設(shè)備雷電過電壓及電磁干擾防護(hù)是保護(hù)通信線路、設(shè)備及人身安全的重要技術(shù)手段和確保通信線路、設(shè)備運行不受干擾必不可缺少的技術(shù)環(huán)節(jié)。信息網(wǎng)絡(luò)過電壓保護(hù)必須運用電磁兼容原理將計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)局部的防護(hù)歸結(jié)到整體的雷電過電壓保護(hù)。
    網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所處的建筑物作為一個欲保護(hù)的空間區(qū)域，從電磁兼容的角度出發(fā)，可由外到內(nèi)分為幾個雷電保護(hù)區(qū)，現(xiàn)已規(guī)定出各部分空間不同的雷電磁脈沖（ＬＥＭＰ）的嚴(yán)重程度。
    根據(jù)雷電保護(hù)區(qū)的劃分要求，建筑物外部是直擊雷區(qū)域，在這個區(qū)域內(nèi)的設(shè)備最容易遭受損害，危險性最高，是暴露區(qū)，為０區(qū)；建筑物內(nèi)部所處的位置為非暴露區(qū)?可將其分為１區(qū)、２區(qū)，越往內(nèi)部，危險程度越低，雷電過電壓對內(nèi)部電子設(shè)備的損害主要是沿線路引入。保護(hù)區(qū)的界面通過外部的防雷系統(tǒng)、建筑物的鋼筋混凝土及金屬外殼等構(gòu)成屏蔽層。電氣通道以及金屬管則必須通過這些界面，穿過各級雷電保護(hù)區(qū)的金屬構(gòu)件在每一穿過點做等電位聯(lián)結(jié)。

    ２ 浪涌電壓抑制器件

    浪涌電壓抑制器件基本上可以分為兩大類。第一種類為橇棒（Ｃｒｏｗ Ｂａｒ）器件，其主要特點是器件擊穿后的殘壓很低，因此不僅有利于浪涌電壓的迅速泄放，而且使功耗大大降低。另外，該類型器件的漏電流小，器件極間電容量小，所以對線路影響很小。常用的撬棒器件包括氣體放電管、氣隙型浪涌保護(hù)器、硅雙向?qū)ΨQ開關(guān)（ＣＳＳＰＤ）等。
    另一類為箝位保護(hù)器，即保護(hù)器件在擊穿后，其兩端電壓維持在擊穿電壓上不再上升，以箝位的方式起到保護(hù)作用。常用的箝位保護(hù)器是氧化鋅壓敏電阻?ＭＯＶ?，瞬態(tài)電壓抑制器（ＴＶＳ）等。
    保護(hù)器分過電壓保護(hù)元件和過電流保護(hù)元件。我們通常所稱的“避雷器”和隨著國外防雷器件引入的“浪涌抑制器”、“過電壓限制器”、放電管、齊納二極管等都屬于電壓限制元件。它們的工作原理差不多，但它們之間的通流容量、動作速度、殘壓等有很大差別。而正溫度系數(shù)ＰＴＣ、電感、電阻、保險絲則屬于過電流保護(hù)元件。
    二極管型防護(hù)器件包括開關(guān)二極管、齊納二極管、瞬態(tài)二極管等。它們的保護(hù)性能大致相同，在承受沖擊能力和限制電壓等級方面稍有不同。正常情況下，管子呈高阻，當(dāng)外加電壓達(dá)到其門限值時，電流迅速增加。它是響應(yīng)速度非�？斓谋Ｗo(hù)元件，限幅電壓低，管子兩端壓降基本不受沖擊電壓和沖擊電流的影響，保護(hù)精密設(shè)備中半導(dǎo)體電路非它莫屬。近年來正在發(fā)展的瞬態(tài)二極管，在通流能力方面有了較大的突破，可用在第二級甚至第一級保護(hù)。
    二極管型防護(hù)器件是利用硅ＰＮ結(jié)正向壓降（ＶＦ）和反向雪崩擊穿電壓（ＶＺ）的特性制成的，如瞬變電壓抑制二極管（ＴＶＳ）。二極管型防護(hù)器件有兩種形式：一是齊納型單向雪崩擊穿，二是雙向的硅壓敏電阻。ＴＶＳ器件在規(guī)定的反向應(yīng)用條件下，承受到高能量的瞬時過壓脈沖時，其工作阻抗能立即降至很低以允許大電流通過，并將電壓箝制在預(yù)定水平，從而有效地保護(hù)電子產(chǎn)品中的精密元器件免受損壞。雙向ＴＶＳ可在正反兩個方向吸收瞬時大脈沖功率，并把電壓箝制在預(yù)定水平，雙向ＴＶＳ適用于交流電路。ＴＶＳ的最大優(yōu)點是箝位系數(shù)小，所謂箝位系數(shù)就是指ＴＶＳ上流過的電流在最大時的端電壓與流過的電流為最小時的端電壓的比值，箝位系數(shù)越小，抑制瞬變電壓的效果越好。ＴＶＳ器件的其它優(yōu)點是體積小、響應(yīng)速度快（小于１ｎｓ）、可靠性高、每次經(jīng)受瞬變電壓后其性能不會下降等。缺點是電容大、耐電流量小。現(xiàn)在，國外ＴＶＳ器件已經(jīng)采用氣密性附殼封裝，外形為ＤＯ－４１，而一般的民用器件則采用有引線或無引線的塑封形式，典型的有美國ＧｅｎｅｒａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ公司生產(chǎn)４００Ｗ、６００Ｗ、１５００Ｗ無引線扁平塑封，其４００Ｗ的工作電壓為５．５～１６２Ｖ，型號為ＴＳＭＡ６．８～ＴＳＭＡ２００，外形為ＳＭＡ／Ｄ０２１４ＡＣ；６００Ｗ的工作電壓為５．５～１６２Ｖ，型號為ＴＳＭＢ６．８～ＴＳＭＢ２００，外形為ＳＭＢ／Ｄ０２１４ＡＡ；１５００Ｗ工作電壓５．５～１６２Ｖ，型號為ＴＳＭＣ６．８～ＴＳＭＣ２００，外形為ＳＭＣ／Ｄ０２１４ＡＢ。該公司也生產(chǎn)無引線圓柱形產(chǎn)品，型號為ＴＧＬ４１－６．８～ＴＧＬ４１－２００，外形為ＭＥＬＦＧＬ４１。該公司還生產(chǎn)５０００Ｗ的ＴＶＳ，其工作電壓為５．０～１１０Ｖ，型號為５ＫＰ５．０～５ＫＰ１１０，外形為Ｐ６００。ＴＶＳ的另一發(fā)展方向是開發(fā)低電壓產(chǎn)品，目前正在開發(fā)的產(chǎn)品電壓范圍為２．８～３．８Ｖ，以滿足低壓微處理器和ＩＣ的需要。

    ３ 硅瞬變吸收二極管 
                 　
    硅瞬變吸收二極管的工作有點象普通的穩(wěn)壓管，是箝位型的干擾吸收器件，其應(yīng)用是與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)使用。硅瞬變電壓吸收二極管具有極快的響應(yīng)速度（亞納秒級）、相當(dāng)高的浪涌吸收能力和極多的電壓檔次。能保護(hù)設(shè)備或電路免受靜電、電感性負(fù)載切換時產(chǎn)生的瞬變電壓，以及感應(yīng)雷所產(chǎn)生的過電壓。
    ＴＶＳ管有單方向（單個二極管）和雙方向（兩個背對背連接的二極管）兩種，它們的主要