電路設計中可能用到的浪涌保護器件科普

電氣產(chǎn)品在使用中如果出現(xiàn)浪涌電壓，會導致電路的電源電壓出現(xiàn)突變，影響電路的正常工作，如果是在數(shù)字信號線上出現(xiàn)浪涌電壓，更會導致數(shù)字邏輯出錯，甚至損壞接口電路。

由于浪涌脈沖的頻率很低，帶寬較寬(B=1/f)，如果是低通濾波器，由于其原理是允許低于截止頻率的信號通過，而高于截止頻率信號不能通過，所以對于浪涌脈沖的抑制作用有限，故而在中一般采用專門的浪涌保護器件。

浪涌保護器件都有一個共同特點，即，在正常電壓時，對電路工作沒有影響，不起任何作用。一旦高脈沖電壓到來，浪涌保護器件的阻抗會變低，通過其自身的電流增大，迅速導通，從而使浪涌電壓的能力旁路掉，保證電路的電壓在合理的范圍內(nèi)。

常用的浪涌保護器件有：氣體放電管，壓敏電阻，和TVS瞬態(tài)抑制二極管。

氣體放電管

氣體放電管的原理簡單來說，就是氣體放電。如題所示，當兩極之間的電壓充滿足夠大的電壓時，電極之間的氣體就會有絕緣狀態(tài)變成導電狀態(tài)，形成通路，此時阻抗極低，接近短路。當處于導通狀態(tài)下時,兩極間的電壓會較低,一般是在20～50V之間，等于是旁路掉浪涌電壓的能量。

氣體放電管采用陶瓷密閉封裝，內(nèi)部由兩個或數(shù)個帶間隙的金屬電極，充以惰性氣體(氬氣或氖氣)構(gòu)成。它的優(yōu)點是能夠承受較大的電流，與其管徑有關，管徑越大，耐流能力越強。需要注意的是，如果該器件長時間應用于高壓直流電場合，會縮短氣體放電管的壽命，影響其功能。

應用電路舉例如下：

壓敏電阻

應用非常普遍的一種浪涌保護器件。但是缺點很明顯。首先，壓敏電阻在浪涌電壓過來后，阻抗減少，電流增加，使此處電路兩端電壓鉗位在一定的數(shù)值，但該鉗位電位卻是不固定的，和流經(jīng)的電流有關，電流越大，壓敏電阻上的電壓越高，在浪涌電流的峰值到來時，壓敏電阻的電壓相應達到最高值，此時的保護效果就變差。另外，壓敏電阻并不耐熱，如果持續(xù)的受到浪涌電流的沖擊，會使之受到損壞，甚至會發(fā)生爆炸，造成安全問題。

為了防止這種問題的發(fā)生，使用壓敏電阻時，一般和溫度熔斷器(保險絲)一同使用，當壓敏電阻嚴重發(fā)熱時，熱熔保險自動把壓敏電阻切除，防止發(fā)生熱爆炸。

TVS瞬態(tài)抑制二極管

TVS也是一種應用廣泛的浪涌保護器件。它最大的優(yōu)點是響應速度快，當受到浪涌電壓時，會以10^-12S 量級速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，同時吸收高達數(shù)千瓦的浪涌功率。使兩極間的電壓箝位于一個安全值，有效地保護電子線路中的精密元器件免受浪涌脈沖的破壞。

TVS管有單向管和雙向管。單向TVS管一般應用在直流電路中，而雙向TVS管在交流電路中較常見。

上圖 直流應用

上圖 交流應用