浪涌抑制器件特性及选用Word格式.docx

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过载特性，当脉冲电流大于压敏电阻的规定值时，可致使压敏电阻受到永久性的损伤，现在压敏电阻没有损坏，但动作电压点可能会发生偏移；

当输入的脉冲能量远大于其规定值时，将发生通过陶瓷体的击穿，在极端的情形下压敏电阻爆裂；

当流通过压敏电阻太高的持续负荷时，将致使ZnO晶粒的融合，产生热击穿，压敏电阻陶瓷体的触点接通面可能因发烧致使脱焊。

压敏电阻的应用及爱惜原理

压敏电阻可应用在通信、能源、交通、工业、民用等所有电子设备防浪涌场合。

按不同的浪涌过电压种类可分为，设备内部过电压，如电感负载的接通、飞狐、静电充电等引发的设备内部过电压，可通过计算出最坏情形下的条件来选用压敏电阻；

外部过电压，强的电磁场、电网波动、雷电阻碍等都可造成外部的过电压。

关于外部浪涌过电压因其波形、振幅和频繁度在大多数情形下是未知的或是很不明确的，这对需要爱惜的电路布置的参数设置选择是相当困难的。

在对外部浪涌过压防护元件的选用上，可参考典型电源网络进行计算，但由于本地都存在有较大的不同性，，因此关于靠得住的过电压爱惜装置，在选用上必需留有较大的余量参数。

压敏电阻的爱惜原理如图3：

图3压敏电阻的爱惜原理

图3中Vb为正常工作电压，Vs为浪涌电压，Zsource为电缆的直流电阻，或一个线圈，或是一个传输线复合特性阻抗的有感电阻。

当浪涌抵达时压敏电阻动作，使其流通大电流，通过Zsource分压，使大部份浪涌电压落在Zsource上，起到爱惜后边的电子设备的作用。

压敏电阻动作时的V/I特性和爱惜水平如图4：

图4压敏电阻的V/I特性和爱惜水平

图4中浪涌电压为①，通过压敏电阻抑制后为②，起到爱惜的作用。

压敏电阻的串联利用，为达到比较精准的工作电压，一样采纳同一系列不同工作电压值的压敏电阻能够串联组合利用，串联电路的最大工作电压为每一个压敏电阻的最大工作电压之和。

压敏电阻的并联利用，为了提高能量的吸收能力，相同型号的压敏电阻能够并联利用。

图5为压敏电压为误差上限和下限的两个压敏电阻的V/I特性近似值图：

图5压敏电阻并联利用的V/I特性

由图3看出，当浪涌电流较小时两个压敏电阻的电流吸收存在有较大的不同，当浪涌电流增大以后，每一个压敏电阻的电流吸收大体趋于一致。

压敏电压不同较大的压敏电阻并联，其分派浪涌吸收电流的不一致性也加大。

压敏电阻除自身的并联和串联利用外，还能够和放电管等其他防雷器件组合利用，起到优化组合利用的目的。

压敏电阻的选用

压敏电阻的选用要紧有一下三个步骤：

1，适合的工作电压的压敏电阻。

2，考虑脉冲电流、能量耐量和持续允许负荷。

3，确信被选出的压敏电阻在过电压的情形下，最大可能的电压上升和被爱惜的元件或是电流回路的耐电压强度进行比较。

在工作电压的确信上应考虑到被爱惜元件的最大耐压水平和压敏电阻的利用寿命上，被选用较低的工作电压的压敏电阻时，压敏电阻漏电流较大，寿命短，选用工作电压较高的压敏电阻显然是不适合的。

在工作电压的选取上应同时考虑到电网源的正向波动情形。

一样工作电压确信为

脉冲电流是最难确信的一个参数，因为在实际利用中的浪涌冲击电流是很难确信的一个量，在脉冲电流的确信上可通过PsPice模拟和近似计算的方式得出，

压敏电阻的脉冲电流应和输入保险相配合选用。

由于浪涌产生压敏电阻的能量损耗，

，在正常利历时的能量耐量应小于规定最大值。

在正常工作电压下压敏电阻的损耗为Po，由于现在漏电流较小，一样为几微安，Po可忽略不计。

持续负荷要紧考虑重复的浪涌冲击而产生的持续损耗。

能量耐量和持续允许负荷都应小于规定最大值，不然压敏电阻易发生热击穿现象。

确信压敏电阻的最大残压，一样压敏电阻的残压比在~3之间，和浪涌脉冲电流的大小有关系。

由被爱惜的元件所能经受的最大耐压确信压敏电阻的残压。

一样半导体器件对us级别的浪涌冲击的耐受电压都较高，压敏电阻的选历时做相应的考虑。

压敏电阻利用中的注意事项

1，当输入的脉冲能量远大于其规定值时，将发生通过陶瓷体的击穿，在极端的情形下压敏电阻爆裂；

当流通过压敏电阻太高的持续负荷时，将致使ZnO晶粒的融合，产生热击穿，压敏电阻陶瓷体的触点接通面可能因发烧致使脱焊，并引发压敏电阻外层涂漆的起火。

因此在压敏电阻的应用中应考虑到爆裂及防火的意外因数，在结构上做相应的爱惜，避免压敏电阻失效后故障进一步扩大。

2，压敏电阻的管脚焊接应尽可能短，较小其寄生电感，提高响应速度。

3，压敏电阻在缓慢过压损坏时，假设电压源的能量较小，将会致使压敏电阻过热击穿，并引发明火，压敏电阻应和适合的保险丝相配合利用，当压敏电阻存在有击穿后的续流时，保险丝应起到爱惜的作用，避免故障进一步扩大。

关于不同直径的圆片型压敏电阻配合利用的保险容量如下表：

结构形式

φ5mm

φ7mm

φ10mm

φ14mm

φ20mm

安全额定电流（A）

≤1

≤3

≤6

≤10

≤16

放电管

放电管的特性和分类

放电管要紧分为气体放电管和半导体放电管，其中气体放电管由烧结的材料不同分为玻璃气体放电管和陶瓷气体放电管，玻璃气体放电管和陶瓷气体放电管具有相同的特性。

放电管动作后只需要很低的电压即可维持其低阻状态，因此放电管属于开关型的SPD。

当正常工作时放电管上的漏电流可忽略不计；

击穿后的稳固残压低，爱惜成效较好；

耐流能力较大；

在利用中应注意放电管的续流作用遮断，在适当场合中应有有效的续流遮断装置。

气体放电管

气体放电管：

气体放电管由封装在小玻璃管或陶瓷管中相隔必然距离的两个电极组成，在玻璃管或是陶瓷管中充有惰性气体；

其电气性能要紧取决于气体压力，气体种类，电极距离和电极材料；

一样密封在放电管中的气体为高纯度的惰性气体。

放电管要紧由：

电极、陶瓷管（玻璃管）、导电带、电子粉、Ag-Cu焊片和惰性气体组成。

在放电管的两电极上施加电压时，由于电场作用，管内初始电子在电场作用下加速运动，与气体分子发生碰撞，一旦电子达到必然能量时，它与气体分子碰撞时发生电离，即中性气体分子分离成电子和阳离子，电离出来的电子与初始电子在行进进程中还要不断地再次与气体分子碰撞发生电离，从而电子数按几何级数增加，即发生电子雪崩现象，另外，电离出来的阳离子也在电场作用下向阴极运动，与阴极表面发生碰撞，产生二次电子，二次电子也参加电离作用，一旦知足：

r（ead-1）=1时放电管由非自持放电过渡到自持放电，管内气体被击穿，放电管放电，现在放电电压称为击穿电压Vs。

放电管放电后，管子从绝缘态变成导体，管内产生电流，随着电流的增加，放电管由辉光放电变成弧光放电，而现在管压降远远小于Vs,而且其值不随电流的转变而转变，现在放电管两头只要维持很低的电压即可维持其自持放电状态，显现一种稳态，从而达到吸收过压浪涌的作用。

半导体放电管

半导体放电管和气体放电管具有相同的外在特性和爱惜机理。

半导体放电管由固态的四层可控硅结构组成，半导体过压爱惜的工作原理为：

浪涌电压超过其转折电压VBO时放电管动作，起到旁路的作用，其中半导体放电管有一个返送装置，就像一个可自动切换的开关，其电流-电压（I-V）特性曲线如图6中所示；

图6半导体放电管工作原理

图中IPP（非重复峰值脉冲电流）：

施加时可不能损坏装置的特定波幅和波形的峰值脉冲电流的额定最大值；

IT（导通电流）：

在导通条件下通过装置的电流；

VT（导通电压）：

在特定电流IT的导通条件下跨过装置的电压；

IH（维持电流）：

将装置维持在导通状态所需的最小电流

IBO（转折电流）：

在转折电压VBO处的瞬态电流；

VBO（转折电压）：

当浪涌电压超过反向击穿电压VBR，即将返送时跨过装置的最大电压，此值是在特定的电压增加率和电流增加率下测量的；

VD（闭态电压）：

装置处在断开状态时两头的DC电压；

ID（泄漏电流）：

装置处在断开状态时流过的极小的电流。

半导体放电管返送装置在电压低于转折电压VBO时通常处于高阻状态。

在那个状态之前，流过装置的泄漏电流ID超级小，当电压超过VBO时，装置立刻返送而进入低阻状态，现在，跨过装置两头的电压为导通电压 

VT（约为5伏），流过装置的电流为导通电流IT，放电管维持在低阻状态，直至通过装置的电流降至低于其维持电流IH。

放电管的应用

放电管要紧应用在对电压浪涌冲击比较灵敏的电子电路中，和爱惜电路并联利用，当有电压浪涌发生时，放电管动作，放电管动作后的低阻起到旁路和爱惜后级电子电路的作用，应用电路图如图7。

图7放电管应用电路

因放电管属于开关型SPD，当放电管动作以后只需要极低的电压即可维持导通的状态，存在有浪涌后的续流问题。

因此在放电管在防浪涌应用中须有靠得住的续流遮断器，保证浪涌事后电路正常或是自动恢复正常工作。

气体放电管在浪涌爱惜应用中大多和压敏电阻串联一起利用，起到响应速度快，通流量大的作用，同时压敏电阻起到浪涌事后的续流遮断的作用。

放电管在选历时候要紧考虑到的参数有：

放电管的动作电压，放电管的最大经受8/20us浪涌电流；

还有确实是元器件的安装和尺寸。

气体放电管和半导体放电管在外在特性参数相同时能够直接互换利用。

放电管利用中的注意事项

1，放电管属于开关型SPD，在防浪涌应用中须有续流遮断装置，保证浪涌事后电路能正常工作。

2，当刹时通过较大的浪涌冲击电流时，放电管会显现爆裂现象，在应用中应注意。

瞬变电压抑制二极管

　　TVS管的特性

瞬变电压抑制二极管（TransientVoltageSuppressionDiode，TVS）是一种特殊的二极管雪崩器件。

其工作原理和齐纳二极管类同，特性和符号和齐纳二极管相同，所不同的是TVS具有更大面积的PN结，另外它的反向特性为典型的雪崩型，在雪崩时具有低动态阻抗和低箝位电压，当TVS的两极收到反向瞬态浪涌电压冲击时，它能以1×

10－9毫秒量级的速度将其两极间的高阻抗变成低阻抗，迅速吸收高达数千瓦数量级的浪涌功率，使两级间的电压箝位于一个预定值，有效地爱惜电子线路元器件免受各类形式的浪涌脉冲的损害。

　　TVS管的工作原理

TVS有单向和双向之分，电力线Modem芯片上一样采纳双向TVS。

双向TVS的V－I特性如图8所示，TVS的电压（电流）-时刻特性如图9：

图8TVS电压-电流特性图9TVS电压（电流）-时刻特性

从图8中可知，在瞬态峰值浪涌电流作用下，流过TVS的电流急剧地由原先的反向漏电流IR上升到VBR，其反向电压IR上升至击穿电压值VBR，TVS被击穿，最小击穿电压BR是TVS变成低阻抗的起始电压，也确实是TVS进入雪崩的击穿电压。

随着峰值脉冲电压的显现和增加，流过TVS的电流达到最大反向峰值脉冲电流IP，其反向电压上升至箝位电压值VC，并维持在这一稳固水平上。

其后随着脉冲电流按指数衰减，TVS两极的电压也不断下降，最后恢复到起始状态。

这确实是TVS抑制浪涌，爱惜设备的全进程。

图9是TVS的电流-时刻和电压-时刻曲线。

在浪涌电压的作用下，TVS两极间的电压由额定反向关断电压VWM上升到击穿电压VBR，而被击穿。

随着击穿电流的显现，流过TVS的电流将达到峰值脉冲电流IPP，同时在其两头的电压被箝位到预定的最大箝位电压VC以下。

其后，随着脉冲电流按指数衰减，TVS两极间的电压也不断下降，最后恢复到初态，这确实是TVS抑制可能显现的浪涌脉冲功率，爱惜电子元器件的进程。

TVS的要紧参数

VWM是TVS最大持续工作的直流或脉冲电压，当那个反向电压加于TVS的两极间时它处于反向关断状态，流过它的电流应小于或等于其最大反向漏电流ID。

VBR是TVS最小的击穿电压。

在25℃时，低于那个电压TVS是可不能发生雪崩的。

当TVS流过规定的1mA电流（IR）时，加于TVS两极的电压为其最小击穿电压VBR。

按TVS的VBR与标准值的离散程度，可把VBR分为5％和10％两种。

关于5％的VBR来讲，VWM=；

关于10％的VBR来讲，VWM=。

最大箝位电压VC和最大峰值脉冲电流IPP。

当持续时刻为20mS的脉冲峰值电流IPP流过TVS时，在其两头显现的最大峰值电压为VC。

VC、IPP反映了TVS的浪涌抑制能力。

VC与VBR之比称为箝位因子，一样在~之间。

电容量C是由TVS雪崩结截面决定的，是在特定的1MHz频率下测得的。

C的大小与TVS的电流经受能力成正比，C太大将使信号衰减。

因此，C是数据接口电路选用TVS的重要参数。

PM是TVS能经受的最大峰值脉冲功率耗散值。

在给定的最大箝位电压下，功耗PM越大，其浪涌电流的经受能力越大；

在给定的功耗PM下，箝位电压VC越低，其浪涌电流的经受能力越大。

另外，峰值脉冲功耗还与脉冲波形、持续时刻和环境温度有关。

而且，TVS所能经受的瞬态脉冲是不重复的，器件规定的脉冲重复频率（持续时刻与间歇时刻之比）为％。

若是电路内显现重复性脉冲，应考虑脉冲功率的积存，有可能损坏TVS。

TC是从零到最小击穿电压VBR的时刻。

对单极性TVS小于1×

10-12s；

对双极性TVS小于10×

10-12s。

　　TVS管的选用

TVS具有体积小，响应速度快（小于1ns），瞬态功率大，漏电流低，击穿电压小，每次经受瞬变电压和浪涌后其性能可不能下降和靠得住性高等特点。

另外，TVS最大优势是箝位系数小，箝位系数越小，防护瞬变电压成效越好。

TVS的缺点是耐电流量小，电容量大。

目前已普遍应用于家用电器、电子仪表、通信设备、电源、运算机系统等各个领域。

确信被爱惜电路的最大直流或持续工作电压，电路的额定标准电压和最大可经受电压。

TVS的额定反向关断电压VWM应大于或等于被保护电路的最大工作电压。

若选用的VWM太低，器件可能进入雪崩或因反向漏电流太大影响电路的正常工作。

TVS的最大反向箝位电压VC应小于被保护电路的损坏电压。

在规定的脉冲持续时刻内，TVS的最大峰值脉冲功率PM必需大于被爱惜电路可能显现的峰值脉冲功率。

在确信了最大箝位电压后，其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流。

关于数据接口电路的爱惜，还必需注意选取具有适合电容C的TVS器件。

依照用途选用TVS的极性及封装结构。

交流电路选用双极性TVS较为合理；

多线爱惜选用TVS阵列更为有利。

温度考虑瞬态电压抑制器能够在－55℃~＋150℃之间工作。

若是需要TVS在一个转变的温度下工作，由于其反向漏电流ID是随温度增加而增大；

功耗随TVS结温增加而下降，从＋25℃到＋175℃，大约线性下降50％；

击穿电压VBR随温度的增加按必然的系数增加。

因此，必需查阅有关产品资料，考虑温度转变对其特性的阻碍。

TVS管在利用中应注意的事项

对瞬变电压的吸收功率（峰值）与瞬变电压脉冲宽度间的关系。

手册给的只是特定脉宽下的吸收功率（峰值），而实际线路中的脉冲宽度那么转变莫测，事前要有估量。

对宽脉冲应降额利用。

对小电流负载的爱惜，可成心识地在线路中增加限流电阻，只要限流电阻的阻值适当，可不能阻碍线路的正常工作，但限流电阻对干扰所产生的电流却会大大减小。

这就有可能选用峰值功率较小的TVS管来对小电流负载线路进行爱惜。

作为半导体器件的TVS管，要注意环境温度升高时的降额利用问题。

专门要注意TVS管的引线长短，和它与被爱惜线路的相对距离。

当没有适合电压的TVS管供采历时，许诺用多个TVS管串联利用。

串联管的最大电流决定于所采纳管中电流吸收能力最小的一个。

而峰值吸收功率等于那个电流与串联管电压之和的乘积。

TVS管的结电容是阻碍它在高速线路中利用的关键因素，在这种情形下，一样用一个TVS管与一个快恢复二极管以背对背的方式连接，由于快恢复二极管有较小的结电容，因此二者串联的等效电容也较小，可知足高频利用的要求。

气体放电管、半导体放电管、压敏电阻、TVS二极管的特性比较如下表：

半导体放电管

TVS二极管

保护方式

负阻

箝位

原理

固态四层可控硅结构

气体电离导电

类似雪崩二极管的混合体

雪崩二极管

响应时间

<

1ns

>

1μs

电容

50PF

1PF

500PF

最大瞬间电流（8/200）μs

3000A

20,000A

6500A

50A

最大漏电流

10μA

1PA

20μS

重复使用可靠性

无限重复使用

可能蜕化

可能损坏

主要优点

精确导通、无限重复使用、快速响应

瞬间电流最大

价廉

低电压使用、价廉

主要缺点

瞬间电流较小

响应时间缓慢

电容大、会蜕化

瞬间电流最小

防雷器

防雷器特性

防雷器为采纳火花间隙（Arcchopping）工作，原理为两个形状象牛角的电极，由绝缘材料分开，彼其间有很短的距离，当两个电极间的电位差达到必然程度时，电荷将穿过两个角型的空间打火放电；

沿开口方向、在电极上面有一块熄弧板。

显现过电压时，在绝缘块的上半部进行表面放电。

剩余的电弧向外发射，并在熄弧板上碰碎。

优势：

放电能力强，通流容量大（可做到100KA以上），漏电流小；

缺点：

残压高（2～4KV），反映时刻慢（≤100ns），属于开关型的SPD，有续流。