電涌保護(hù)器工作原理和結(jié)構(gòu) 簡 介： 電涌保護(hù)器 (Surge protection Device)是電子設(shè)備雷電防護(hù)中不可缺少的一種裝置。電涌保護(hù)器的作用是把竄入電力線、信號(hào)傳輸線的瞬時(shí)過電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)?qiáng)大的雷電流泄流入地，保護(hù)被保護(hù)的設(shè)備或系統(tǒng)不受沖擊而損壞。 關(guān)鍵字：電涌保護(hù)器 防雷 信號(hào)傳輸 電涌保護(hù)器 (Surge protection Device)是電子設(shè)備雷電防護(hù)中不可缺少的一種裝置，過去常稱為“避雷器”或“過電壓保護(hù)器”英文簡寫為 SPD。電 涌保護(hù)器的作用是把竄入電力線、信號(hào)傳輸線的瞬時(shí)過電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)?qiáng)大的雷電流泄流入地，保護(hù)被保護(hù)的設(shè)備或系統(tǒng)不受沖擊而損壞。 電涌保護(hù)器的類型和結(jié)構(gòu)按不同的用途有所不同，但它至少應(yīng)包含一個(gè)非線性電壓限制元件。用于電涌保護(hù)器的基本元器件有：放電間隙、充氣放電管、壓敏電阻、抑制二極管和扼流線圈等。 一、 SPD 的分類： 1按工作原理分： （ 1）開關(guān)型：其工作原理是當(dāng)沒有瞬時(shí)過電壓時(shí)呈現(xiàn)為高阻抗，但一旦響應(yīng)雷電瞬時(shí)過電壓時(shí)，其阻抗就突變?yōu)榈椭?，允許雷電流通過 。用作此類裝置時(shí)器件有：放電間隙、氣體放電管、閘流晶體管等。 （ 2）限壓型：其工作原理是當(dāng)沒有瞬時(shí)過電壓時(shí)為高阻擾，但隨電涌電流和電壓的增加其阻抗會(huì)不斷減小，其電流電壓特性為強(qiáng)烈非線性。用作此類裝置的器件有：氧化鋅、壓敏電阻、抑制二極管、雪崩二極管等。 （ 3）分流型或扼流型 分流型：與被保護(hù)的設(shè)備并聯(lián)，對雷電脈沖呈現(xiàn)為低阻抗，而對正常工作頻率呈現(xiàn)為高阻抗。 扼流型：與被保護(hù)的設(shè)備串聯(lián)，對雷電脈沖呈現(xiàn)為高阻抗，而對正常的工作頻率呈現(xiàn)為低阻抗。 用作此類裝置的器件有：扼流線圈、高通 濾波器、低通濾波器、 1/4 波長短路器等。 2按用途分： （ 1）電源保護(hù)器：交流電源保護(hù)器、直流電源保護(hù)器、開關(guān)電源保護(hù)器等。 （ 2）信號(hào)保護(hù)器：低頻信號(hào)保護(hù)器、高頻信號(hào)保護(hù)器、天饋保護(hù)器等。 二、 SPD 的基本元器件及其工作原理： 1放電間隙 (又稱保護(hù)間隙 )： 它一般由暴露在空氣中的兩根相隔一定間隙的金屬棒組成，其中一根金屬棒與所需保護(hù)設(shè)備的電源相線 L1 或零線（ N）相連，另一根金屬棒與接地線 (PE)相連接，當(dāng)瞬時(shí)過電壓襲來時(shí)，間隙被擊穿，把一部分過電壓的電 荷引入大地，避免了被保護(hù)設(shè)備上的電壓升高。這種放電間隙的兩金屬棒之間的距離可按需要調(diào)整，結(jié)構(gòu)較簡單，其缺點(diǎn)時(shí)滅弧性能差。改進(jìn)型的放電間隙為角型間隙，它的滅弧功能較前者為好，它是靠回路的電動(dòng)力 F 作用以及熱氣流的上升作用而使電弧熄滅的。 2氣體放電管： 它是由相互離開的一對冷陰板封裝在充有一定的惰性氣體 (Ar)的玻璃管或陶瓷管內(nèi)組成的。為了提高放電管的觸發(fā)概率，在放電管內(nèi)還有助觸發(fā)劑。這種充氣放電管有二極型的，也有三極型的，氣體放電管的技術(shù)參數(shù)主要有：直流放電電壓 Udc；沖擊放電電壓 Up(一般情況下Up (2 3)Udc；工頻而授電流 In；沖擊而授電流 Ip；絕緣電阻 R(109 )；極間電容 (1-5PF) 氣體放電管可在直流和交流條件下使用，其所選用的直流放電電壓 Udc 分別如下：在直流條件下使用： Udc 1.8U0（ U0 為線路正常工作的直流電壓） 在交流條件下使用： U dc 1.44Un(Un 為線路正常工作的交流電壓有效值 ) 3壓敏電阻： 它是以 ZnO 為主要成分的金屬氧化物半導(dǎo)體非線性電阻，當(dāng)作用在其兩端的電壓達(dá)到一定數(shù)值后，電阻對電壓十分敏感。它的工作原 理相當(dāng)于多個(gè)半導(dǎo)體 P-N 的串并聯(lián)。壓敏電阻的特點(diǎn)是非線性特性好（ I=CU中的非線性系數(shù)），通流容量大（ 2KA/cm2），常態(tài)泄漏電流小（ 10-7 10-6A），殘壓低（取決于壓敏電阻的工作電壓和通流容量），對瞬時(shí)過電壓響應(yīng)時(shí)間快（ 10-8s），無續(xù)流。 壓敏電阻的技術(shù)參數(shù)主要有：壓敏電壓（即開關(guān)電壓） UN，參考電壓 Ulma；殘壓 Ures；殘壓比 K(K=Ures/UN)；最大通流容量 Imax；泄漏電流；響應(yīng)時(shí)間。 壓敏電阻的使用條件有：壓敏電壓： UN （ 2 1.2） /0.7U0（ U0 為工頻電源額定電壓） 最小參考電壓： Ulma（ 1.8 2） Uac (直流條件下使用 )Ulma（ 2.2 2.5） Uac（在交流條件下使用， Uac 為交流工作電壓） 壓敏電阻的最大參考電壓應(yīng)由被保護(hù)電子設(shè)備的耐受電壓來確定，應(yīng)使壓敏電阻的殘壓低于被保護(hù)電子設(shè)備的而損電壓水平，即 (Ulma)max Ub/K，上式中 K 為殘壓比， Ub 為被保護(hù)設(shè)備的而損電壓。 4抑制二極管： 抑制二極管具有箝位限壓功能，它是工作在反向擊穿區(qū)，由于它具有箝位電壓低和動(dòng)作響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)，特別適合用作多級保護(hù)電路中的 最末幾級保護(hù)元件。抑制二極管在擊穿區(qū)內(nèi)的伏安特性可用下式表示： I=CU，上式中為非線性系數(shù)，對于齊納二極管 =7 9，在雪崩二極管 =5 7。 抑制二極管的技術(shù)參數(shù)主要有 （ 1）額定擊穿電壓，它是指在指定反向擊穿電流（常為 lma）下的擊穿電壓，這于齊納二極管額定擊穿電壓一般在 2.9V 4.7V 范圍內(nèi)，而雪崩二極管的額定擊穿電壓常在 5.6V200V 范圍內(nèi)。 （ 2）最大箝位電壓：它是指管子在通過規(guī)定波形的大電流時(shí)，其兩端出現(xiàn)的最高電壓。 （ 3）脈沖功率：它是指在規(guī)定的電流波形（如 10/1000 s）下，管子兩端的最大箝位電壓與管子中電流等值之積。 （ 4）反向變位電壓：它是指管子在反向泄漏區(qū)，其兩端所能施加的最大電壓，在此電壓下管子不應(yīng)擊穿。此反向變位電壓應(yīng)明顯高于被保護(hù)電子系統(tǒng)的最高運(yùn)行電壓峰值，也即不能在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)處于弱導(dǎo)通狀態(tài)。 （ 5）最大泄漏電流：它是指在反向變位電壓作用下，管子中流過的最大反向電流。 （ 6）響應(yīng)時(shí)間： 10 11s 5扼流線圈：扼流線圈是一個(gè)以鐵氧體為磁芯的共模干擾抑制器件，它由兩個(gè)尺寸相同，匝數(shù)相同的線圈對稱地繞制在同一個(gè)鐵氧體環(huán)形磁芯 上，形成一個(gè)四端器件，要對于共模信號(hào)呈現(xiàn)出大電感具有抑制作用，而對于差模信號(hào)呈現(xiàn)出很小的漏電感幾乎不起作用。扼流線圈使用在平衡線路中能有效地抑制共模干擾信號(hào)（如雷電干擾），而對線路正常傳輸?shù)牟钅Ｐ盘?hào)無影響。 這種扼流線圈在制作時(shí)應(yīng)滿足以下要求： （ 1）繞制在線圈磁芯上的導(dǎo)線要相互絕緣，以保證在瞬時(shí)過電壓作用下線圈的匝間不發(fā)生擊穿短路。 （ 2）當(dāng)線圈流過瞬時(shí)大電流時(shí)，磁芯不要出現(xiàn)飽和。 （ 3）線圈中的磁芯應(yīng)與線圈絕緣，以防止在瞬時(shí)過電壓作用下兩者之間發(fā)生擊穿。 （ 4）線圈應(yīng)盡可能繞制單層，這 樣做可減小線圈的寄生電容，增強(qiáng)線圈對瞬時(shí)過電壓的而授能力。 6 1/4 波長短路器 1/4 波長短路器是根據(jù)雷電波的頻譜分析和天饋線的駐波理論所制作的微波信號(hào)電涌保護(hù)器，這種保護(hù)器中的金屬短路棒長度是根據(jù)工作信號(hào)頻率（如 900MHZ 或 1800MHZ）的 1/4波長的大小來確定的。此并聯(lián)的短路棒長度對于該工作信號(hào)頻率來說，其阻抗無窮大，相當(dāng)于開路，不影響該信號(hào)的傳輸，但對于雷電波來說，由于雷電能量主要分布在 n+KHZ 以下，此短路棒對于雷電波阻抗很小，相當(dāng)于短路，雷電能量級被泄放入地。 由于 1/4 波長短路棒的直徑一般為幾毫米，因此耐沖擊電流性能好，可達(dá)到 30KA（ 8/20 s）以上，而且殘壓很小，此殘壓主要是由短路棒的自身電感所引起的，其不足之處是工頻帶較窄，帶寬約為 2 20左右，另一個(gè)缺點(diǎn)是不能對天饋設(shè)施加直流偏置，使