常见的浪涌抑制器件特点及应用

常见的浪涌抑制器件特点及应用

1、金属氧化物压敏电阻（MOV）

压敏电阻由金属氧化物（主要是氧化锌）材料组成，属箝位型器件，其特性与两只背对背联接的稳压管非常相似，有着毫微秒级的响应速度。压敏电阻对瞬变信号的吸收能力与其体积成正比：其厚度正比于电压；面积正比于电流。压敏电阻是目前在电子产品中使用最广泛的浪涌抑制器件。当压敏电阻上的电压超过一定幅度时，电阻的阻值大幅度降低，从而将浪涌能量泄放掉。在浪涌电压作用下，导通后的压敏电阻上的电压（一般称为箝位电压），等于流过压敏电阻的电流乘以压敏电阻的阻值，因此在浪涌电流的峰值处箝位电压达到最高。

压敏电阻的特点：

a）优点：电压范围很宽，可从几伏到几千伏；吸收浪涌电流可从几十到几千安培，反应速度快，无极性，无续流，峰值电流承受能力较大，价格低。

b）缺点：钳位电压较高，一般可以达到工作电压的2～3倍；而且，随着受到浪涌冲击次数的增加，漏电流增加；另外，响应时间较长，寄生电容较大。c）适用场合：直流电源线。

压敏电阻的选择

a）从抑制瞬变干扰的角度出发，压敏电压要尽量、低频信号线，或者与气体放电管串联起来用在交流电源线上。

降低以接近被保护电路的工作电压；从提高元件寿命来看，又要拉开两者差距。一般折衷的选取方案为：对交流工作电路，压敏电压值为工作电压的2．2倍；对直流工作电路，压敏电压值为工作电压的1．5倍。

b）通流量的选取：在实际应用中，压敏电阻所吸收的最大浪涌电流应小于它的最大通流量。对同一应用场合，当最大通流量增加一倍，压敏电阻的寿命也同步增加一倍。

2、硅瞬变电压吸收二极管（TVS）

TVS为电压箝位型工作方式，亚纳秒级的响应速度。TVS有多种封装方式，可满足不同场合的需要。当TVS上的电压超过一定的幅度时，器件迅速导通．通过PN结反向过压雪崩击穿将浪涌能量泄放掉。由于这类器件导通后阻抗很小，因此它的箝位电压很平坦，并且很接近工作电压。

硅瞬变电压吸收二极管的特点

a）优点：响应时间短，漏电流小，击穿电压偏差小。箝位电压低（相对于工作电压），动作精度高，无跟随电流（续流），体积小，每次经受瞬变电压后其性能不会下降，可靠性高。

b）缺点：由于所有功率都耗散在二极管的PN结上，因此它所承受的功率值较小，允许流过的电流较小。一般的TVS器件的寄生电容较大，如在高速数据线上使用。要用特制的低电容器件，但是低电容器件的额定功率往往较小。

c）适用场合：浪涌能量较小的场合。如果浪涌能量较大。要与其它大功率浪涌抑制器件一同使用，则把它作为后级防护。

硅瞬变电压吸收二极管的选择

a）最大箝位电压VCMAX应不大于电流的最大允许安全电压。

b）最大反向工作电压VRWM应不低于电路的最大工作电压。一般略高于电路的工作电压。c）TVS额定的最大脉冲功率必须大于电路中出现的最大瞬态浪涌功率。

d）对小电流负载的保护，可在二极管之前串接适当的限流电阻。从而可选用小的峰值吸收功率的TVS来担任这一功能。

气体放电管气体放电管采用陶瓷密闭封装，内部由两个或数个带间隙的金属电极，充以惰性气体（氩气或氖气）构成。当加到两电极端的电压达到使气体放电管内的气体击穿时，气体放电管便开始放电，器件变为短路状态，使电极两端的电压不超过击穿电压。气体放电管一旦导通后，它两端的电压会很低。气体放电管有两极和三极之分，可分别用于线间和线一地间的保护。

3、气体放电管

气体放电管采用陶瓷密闭封装，内部由两个或数个带间隙的金属电极，充以惰性气体（氩气或氖气）构成。当加到两电极端的电压达到使气体放电管内的气体击穿时，气体放电管便开始放电，器件变为短路状态，使电极两端的电压不超过击穿电压。气体放电管一旦导通后，它两端的电压会很低。气体放电管有两极和三极之分，可分别用于线间和线一地间的保护。

气体放电管的特点

a）优点：承受电流大，绝缘电阻高，漏电流小，寄生电容小。

b）缺点：点火电压高，残压较高，反应时间慢（≥100ns），动作电压精度较低，会慢性漏气、有光敏效应、离散性大。有跟随电流（续流）。若跟随电流的时间较长，会导致放电管触点迅速烧毁，从而缩短放电管的寿命。

c）适用场合：信号线或工作电压低于导通维持电压的直流电源线上（一般低于10V）；与压敏电阻组合起来用在交流电源线上。它具有很强的冲击电流吸收能力。但有着较高的起弧电压，所以比较适合做一级粗保护。

气体放电管的选择

在直流电路中气体放电管的标称电压选择为工作电压的1．8倍：在交流电路中选择为工作电压有效值的2．5倍。气体放电管标称电流容量应大于被保护电路的可能最大浪涌冲击容量。由于有跟随电流（续流），气体放电管一般不可使用在直流电路中，除非直流工作电压低于气体放电管的击穿维持电压。

4、其它浪涌吸收器件

固体放电管

固体放电管是一种新的瞬变电压吸收器件，与气体放电管一样同属能量转移型保护器件，但性能更理想。如通态压降仅3V左右，接近短路；纳秒级的响应速度；动作电压稳定；使用寿命长；能双方向吸收正／负极性的瞬变电压。

固体放电管有一定的结电容；在脉冲状态下触发电压较直流击穿电压稍有提高（如200V的管子其脉冲触发电压为350V），比气体放电管要好得多。固体放电管的失效模式是短路．其意义在于不会使故障扩大。也便于值班人员及时发现故障和处理故障。

晶闸管型防护器件

晶闸管型防护器件有两种：

a）控制栅极型双向三端器件，如SCR、TRLAO等。因为大多数电源电路的输出端都有电压过载保护，用一个电平触发SCR的控制栅极将输出短路而中断供电。响应时间约100IXs，这对电压敏感的器件有可能造成损坏，它的优点是耐电流量大。缺点是点火电压易变化，响应时间慢。

b）控制维持电流型双向两端器件。由PNPNP五层组成，其结构是在单芯片上逆向并联组成的复合器件。该器件还具有响应速率快、不需多级防护电路、耐电流量大、静电容量小、可靠性高等优点，特别适用于防护雷电浪涌。

5、气体放电管和压敏电阻组合应用

气体放电管和压敏电阻都不适合单独在交流电源线上使用。一个实用的方案是将气体放电管与压敏电阻串联起来使用。如果同时在压敏电阻上并联一个电容，浪涌电压到来时，可以更快地将电压加到气体放电管上。缩短导通时间。这种气体放电管与压敏电阻的组合除了可以避免上述缺点以外．还有一个好处就是可以降低限幅电压值。可以使用导通电压较低的压敏电阻，从而可以降低限幅电压值。该连接方式对浪涌电压的抑制作用如图2所示。采用组合式保护方案能发挥不同保护器件的各自特点，从而取得最好的保护效果