浪涌電壓抑制器的應(yīng)用

 　　[摘要]  文章結(jié)合我國(guó)居民信息設(shè)備需求的不斷增長(zhǎng)，闡述了現(xiàn)代住宅居民信息設(shè)備瞬態(tài)過(guò)電壓保護(hù)的設(shè)計(jì)原則和浪涌電壓抑制器件的分類，重點(diǎn)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(jì)原則
 
    對(duì)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(wèn)題外，還應(yīng)在信息家電的電源端加裝相應(yīng)的過(guò)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(duì)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(hào)線應(yīng)通過(guò)防雷、防過(guò)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(guò)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(yùn)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(guò)電壓保護(hù)必須運(yùn)用電磁兼容原理將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)局部的防護(hù)歸結(jié)到整體的雷電過(guò)電壓保護(hù)。
    網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所處的建筑物作為一個(gè)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(gè)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(gè)區(qū)域內(nèi)的設(shè)備最容易遭受損害，危險(xiǎn)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(xiǎn)程度越低，雷電過(guò)電壓對(duì)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(guò)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(guò)這些界面，穿過(guò)各級(jí)雷電保護(hù)區(qū)的金屬構(gòu)件在每一穿過(guò)點(diǎn)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(diǎn)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(duì)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(kāi)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(guò)電壓保護(hù)元件和過(guò)電流保護(hù)元件。我們通常所稱的“避雷器”和隨著國(guó)外防雷器件引入的“浪涌抑制器”、“過(guò)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(dòng)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(xiǎn)絲則屬于過(guò)電流保護(hù)元件。
    二極管型防護(hù)器件包括開(kāi)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(jí)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(shí)，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(lái)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(jí)甚至第一級(jí)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(shí)過(guò)壓脈沖時(shí)，其工作阻抗能立即降至很低以允許大電流通過(guò)，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(gè)方向吸收瞬時(shí)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(diǎn)是箝位系數(shù)小，所謂箝位系數(shù)就是指ＴＶＳ上流過(guò)的電流在最大時(shí)的端電壓與流過(guò)的電流為最小時(shí)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(diǎn)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(huì)下降等。缺點(diǎn)是電容大、耐電流量小�，F(xiàn)在，國(guó)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(wú)引線的塑封形式，典型的有美國(guó)ＧｅｎｅｒａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ公司生產(chǎn)４００Ｗ、６００Ｗ、１５００Ｗ無(wú)引線扁平塑封，其４００Ｗ的工作電壓為５．５～１６２Ｖ，型號(hào)為ＴＳＭＡ６．８～ＴＳＭＡ２００，外形為ＳＭＡ／Ｄ０２１４ＡＣ；６００Ｗ的工作電壓為５．５～１６２Ｖ，型號(hào)為ＴＳＭＢ６．８～ＴＳＭＢ２００，外形為ＳＭＢ／Ｄ０２１４ＡＡ；１５００Ｗ工作電壓５．５～１６２Ｖ，型號(hào)為ＴＳＭＣ６．８～ＴＳＭＣ２００，外形為ＳＭＣ／Ｄ０２１４ＡＢ。該公司也生產(chǎn)無(wú)引線圓柱形產(chǎn)品，型號(hào)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(hào)為５ＫＰ５．０～５ＫＰ１１０，外形為Ｐ６００。ＴＶＳ的另一發(fā)展方向是開(kāi)發(fā)低電壓產(chǎn)品，目前正在開(kāi)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(diǎn)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(jí)）、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(shí)產(chǎn)生的瞬變電壓，以及感應(yīng)雷所產(chǎn)生的過(guò)電壓。
    ＴＶＳ管有單方向（單個(gè)二極管）和雙方向（兩個(gè)背對(duì)背連接的二極管）兩種，它們的主要