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[摘要]：简要介绍了浪涌的定义、浪涌对电子产品的危害、浪涌的产生原因等。分析了压敏电阻等常用浪涌抑制器件的工作原理和使用方法。最后结合应用电路介绍了浪涌抑制器件的应用。
[关键词]：浪涌抑制 压敏电阻 TVS 接地
中图分类号：TM934.17 文献标识码：TM 文章编号：1009-914X（2012）29- 0026 -01
0 前言
浪涌是一种上升速度快、持续时间短的尖峰脉冲。众所周知，电子产品在使用中经常会遇到意外的电压瞬变和浪涌，从而导致电子产品损坏，使电子产品中的半导体器件（包括二极管、晶体管、可控硅和集成电路等）被烧毁或击穿。据估计，电子产品有75%是由于瞬变和浪涌造成的。瞬态干扰几乎无处不在、无时不有，使人感到防不胜防，电网过压、开关打火、静电、电源噪声、雷击、爆破，甚至人在地毯上行走都会产生上万伏的静电感应电压，这些都是电子产品的隐形致命杀手。因此为了提高电子产品的可靠性和人体自身的安全性，必须对电压瞬变和浪涌采取防护措施。
1 常用的浪涌防护器件
对于浪涌的防护，常用的器件主要有：金属氧化物压敏电阻、硅雪崩二极管及滤波电容器等。
1.1金属氧化物压敏电阻
金属氧化物压敏电阻是一种非线性电子元件。当金属氧化物压敏电阻遇到瞬时超过它的起动电压时，它立即由高阻抗变为低阻抗，让瞬间巨大的浪涌泄放到大地，使危险的高电压远离敏感的电子设备。
此类浪涌抑制器件的典型代表是氧化锌（ZnO）浪涌吸收器，它是一种以ZnO材料为主，添加多种过渡性金属氧化物经高温烧制处理而成的多晶半导体陶瓷元件。由于电微观结构的隧道效应，使它具有与齐纳二极管相似的非线性电压-电流曲线。另外，该元件的承受脉冲能量几乎是齐纳二极管的几十或几百倍，这种元件已广泛地应用于电源设备或其它低频电路以防雷击和吸收开关电涌。
1.2 滤波电容器
滤波电容器能消除较大的脉冲危害，并可以过滤高频噪音。当幅度达到几十伏到几百伏的高脉冲进入电源时，若没经过处理，这些脉冲会导致电子系统逻辑紊乱和元件劣变。瞬间浪涌可以经金属氧化物压敏电阻与雪崩二极管处理，但无法消除高频噪音，而滤波电容可解决此问题。
1.3热敏电阻
热敏电阻是一种具有负温度系数的電阻元件，将这种电阻串联到电路中，能有效地将开机瞬间的浪涌电流抑制在直接开机浪涌电流的十分之一以内，而不影响仪器的正常工作，并且在正常工作时其阻值很小，从而使其耗散的功率也很小。这类元器件相当于是一个自恢复保险，当有大电流冲击产生时能起到限流的效果，保护其他电子器件不受损坏，已广泛用于各类开关电源中。
1.4 瞬变电压抑制器（TVS）
瞬变电压抑制器（TVS）是一种新型高效的吸收电源进线上尖峰脉冲的器件。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时，他能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，吸收一个瞬间大电流，从而把它的两端电压钳制在一个预定的数值上，保护了后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。其工作原理与齐纳二极管相似。特性及符号与齐纳二极管相同，外形也与普通二极管无异。但与一般齐纳二极管不同的是TVS器件有大面积的PN结，具有承受瞬间大电流的能力，另外它的反向特性为典型的雪崩型，在雪崩时有低动态阻抗及低钳位电压，只要将TVS并接于要保护的电路上，当有瞬态电压发生时，TVS将快速响应（击穿），以耗散大的浪涌电流，电路被钳位于低电压，使电路得以保护。
1.5 混合型
混合型是将集中浪涌抑制器件混用，以达到更可靠的应用效果，如将金属氧化物压敏电阻和滤波电容并联应用，兼容了金属氧化物压敏电阻的大过流容量特性，提高浪涌电流的导通能力，又具有硅雪崩二极管反应快并具钳位电压低的特性，可提供最低的平稳钳位电压，同时由滤波电容器消除高频噪音。或将TVS管与电阻电容并联应用，都可收到良好的浪涌抑制效果，在实际应用中须考虑浪涌的类型和特点，选择不同的抑制器件和应用方法。
2 对浪涌的防护方法
方法之一是使整机和系统接地，整机和系统的地和大地应分开，整机和系统中的每个子系统均应有独立的公共端，在子系统之间需传输数据，应以大地为参考电平，接地线必须能流过很大的电流。
第二种防护方法是在整机和系统中的关键部位采用电压瞬变和浪涌的防护器件，使电压瞬变和浪涌通过防护器件旁路到子系统和大地，从而让进入整机和系统中的瞬变电压和浪涌幅度大大降低。
第三种防护方法是对重要和昂贵的整机和系统采用几个电压瞬变和浪涌防护器件的组合形式，以构成多重防护电路。
2.1 并联型电涌保护器并联于供电线路上
在正常情况下，防雷模块内的压敏电阻处于高阻状态。电网遭受雷击或开关操作出现瞬时浪涌过电压时，防雷器在纳秒级时间内响应，压敏电阻呈低阻状态，迅速将过电压限制在一个很低的幅值内。
当线路中有较长时间的持续脉冲或持续过电压，压敏电阻器性能劣化而发热到一定程度使热脱机构脱扣，避免火灾发生，从而保护设备。
2，2 串联滤波型电涌保护器串联接入供电线路中
雷电波除了有巨大的能量外，还有极其陡峭的电压电流上升率。并联型电涌保护器只能抑制雷电波的幅值，但无法改变其急剧上升的前沿。串联滤波型电涌保护器串联于供电线路上。在过电压发生时并联型电涌保护器在纳秒级时间内做出响应，将过电压钳位；同时LC滤波器将雷电波陡峭的电压及电流上升率降低，从而保护敏感的电子设备。
2.3在电源线的相间、线间安装压敏限幅型元件，以限制浪涌过电压
以单相220V交流电源的感应雷击防护为例，常用方法是在零、地线之间并联合适的压敏型元件，以吸收限制感应雷击产生的尖峰电压。电源线路防雷效果的好坏完全取决于压敏器件参数的选择和压敏器件工作的可靠性。压敏限幅值的选择是在市电的峰值310V的基础上综合考虑电网波动影响、器件分散性误差和器件发热、受潮、元件老化等可靠性因素补偿，一般取值为470-510V。感应雷击等各种尖峰干扰电压都被限制在470V。对于470V以下的电压，压敏器件不动作。大规模集成电路组成的现代电子设备的工作电压一般为±5-±15V之间，最高耐压值一般不超过50V，所以叠加在市电上的小于470V的高频尖峰电压就会直接送入负载，通过空间耦合电容，变压器层间、极间电容不成比例地传到开关电源或集成电路芯片上，能造成故障。
3 结束语
随着电子技术的不断进步和电子线路的大量应用，电子线路的浪涌抑制作为电磁兼容的一个分支，越来越多的受到人们关注，应针对具体电路特点进行分析，采取简洁合理的抑制措施，同时，注重新型器件的应用，以取得良好的抑制效果。
参考文献：
[1]李宏 电力电子设备用器件与集成电路应用指南第1册 北京 机械工业出版社 2001.8
[2]李宏 电力电子设备用器件与集成电路应用指南第2册 北京 机械工业出版社 2001.8
作者简介：
作者姓名：路春莲
性别：女
籍贯：陕西省西安市
出生年月：1977.12.13
单位：西安市地下铁道有限责任公司
职称：工程师
研究方向：电气设备研制及地铁供电系统研究
邮编：710018
[关键词]：浪涌抑制 压敏电阻 TVS 接地
中图分类号：TM934.17 文献标识码：TM 文章编号：1009-914X（2012）29- 0026 -01
0 前言
浪涌是一种上升速度快、持续时间短的尖峰脉冲。众所周知，电子产品在使用中经常会遇到意外的电压瞬变和浪涌，从而导致电子产品损坏，使电子产品中的半导体器件（包括二极管、晶体管、可控硅和集成电路等）被烧毁或击穿。据估计，电子产品有75%是由于瞬变和浪涌造成的。瞬态干扰几乎无处不在、无时不有，使人感到防不胜防，电网过压、开关打火、静电、电源噪声、雷击、爆破，甚至人在地毯上行走都会产生上万伏的静电感应电压，这些都是电子产品的隐形致命杀手。因此为了提高电子产品的可靠性和人体自身的安全性，必须对电压瞬变和浪涌采取防护措施。
1 常用的浪涌防护器件
对于浪涌的防护，常用的器件主要有：金属氧化物压敏电阻、硅雪崩二极管及滤波电容器等。
1.1金属氧化物压敏电阻
金属氧化物压敏电阻是一种非线性电子元件。当金属氧化物压敏电阻遇到瞬时超过它的起动电压时，它立即由高阻抗变为低阻抗，让瞬间巨大的浪涌泄放到大地，使危险的高电压远离敏感的电子设备。
此类浪涌抑制器件的典型代表是氧化锌（ZnO）浪涌吸收器，它是一种以ZnO材料为主，添加多种过渡性金属氧化物经高温烧制处理而成的多晶半导体陶瓷元件。由于电微观结构的隧道效应，使它具有与齐纳二极管相似的非线性电压-电流曲线。另外，该元件的承受脉冲能量几乎是齐纳二极管的几十或几百倍，这种元件已广泛地应用于电源设备或其它低频电路以防雷击和吸收开关电涌。
1.2 滤波电容器
滤波电容器能消除较大的脉冲危害，并可以过滤高频噪音。当幅度达到几十伏到几百伏的高脉冲进入电源时，若没经过处理，这些脉冲会导致电子系统逻辑紊乱和元件劣变。瞬间浪涌可以经金属氧化物压敏电阻与雪崩二极管处理，但无法消除高频噪音，而滤波电容可解决此问题。
1.3热敏电阻
热敏电阻是一种具有负温度系数的電阻元件，将这种电阻串联到电路中，能有效地将开机瞬间的浪涌电流抑制在直接开机浪涌电流的十分之一以内，而不影响仪器的正常工作，并且在正常工作时其阻值很小，从而使其耗散的功率也很小。这类元器件相当于是一个自恢复保险，当有大电流冲击产生时能起到限流的效果，保护其他电子器件不受损坏，已广泛用于各类开关电源中。
1.4 瞬变电压抑制器（TVS）
瞬变电压抑制器（TVS）是一种新型高效的吸收电源进线上尖峰脉冲的器件。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时，他能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，吸收一个瞬间大电流，从而把它的两端电压钳制在一个预定的数值上，保护了后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。其工作原理与齐纳二极管相似。特性及符号与齐纳二极管相同，外形也与普通二极管无异。但与一般齐纳二极管不同的是TVS器件有大面积的PN结，具有承受瞬间大电流的能力，另外它的反向特性为典型的雪崩型，在雪崩时有低动态阻抗及低钳位电压，只要将TVS并接于要保护的电路上，当有瞬态电压发生时，TVS将快速响应（击穿），以耗散大的浪涌电流，电路被钳位于低电压，使电路得以保护。
1.5 混合型
混合型是将集中浪涌抑制器件混用，以达到更可靠的应用效果，如将金属氧化物压敏电阻和滤波电容并联应用，兼容了金属氧化物压敏电阻的大过流容量特性，提高浪涌电流的导通能力，又具有硅雪崩二极管反应快并具钳位电压低的特性，可提供最低的平稳钳位电压，同时由滤波电容器消除高频噪音。或将TVS管与电阻电容并联应用，都可收到良好的浪涌抑制效果，在实际应用中须考虑浪涌的类型和特点，选择不同的抑制器件和应用方法。
2 对浪涌的防护方法
方法之一是使整机和系统接地，整机和系统的地和大地应分开，整机和系统中的每个子系统均应有独立的公共端，在子系统之间需传输数据，应以大地为参考电平，接地线必须能流过很大的电流。
第二种防护方法是在整机和系统中的关键部位采用电压瞬变和浪涌的防护器件，使电压瞬变和浪涌通过防护器件旁路到子系统和大地，从而让进入整机和系统中的瞬变电压和浪涌幅度大大降低。
第三种防护方法是对重要和昂贵的整机和系统采用几个电压瞬变和浪涌防护器件的组合形式，以构成多重防护电路。
2.1 并联型电涌保护器并联于供电线路上
在正常情况下，防雷模块内的压敏电阻处于高阻状态。电网遭受雷击或开关操作出现瞬时浪涌过电压时，防雷器在纳秒级时间内响应，压敏电阻呈低阻状态，迅速将过电压限制在一个很低的幅值内。
当线路中有较长时间的持续脉冲或持续过电压，压敏电阻器性能劣化而发热到一定程度使热脱机构脱扣，避免火灾发生，从而保护设备。
2，2 串联滤波型电涌保护器串联接入供电线路中
雷电波除了有巨大的能量外，还有极其陡峭的电压电流上升率。并联型电涌保护器只能抑制雷电波的幅值，但无法改变其急剧上升的前沿。串联滤波型电涌保护器串联于供电线路上。在过电压发生时并联型电涌保护器在纳秒级时间内做出响应，将过电压钳位；同时LC滤波器将雷电波陡峭的电压及电流上升率降低，从而保护敏感的电子设备。
2.3在电源线的相间、线间安装压敏限幅型元件，以限制浪涌过电压
以单相220V交流电源的感应雷击防护为例，常用方法是在零、地线之间并联合适的压敏型元件，以吸收限制感应雷击产生的尖峰电压。电源线路防雷效果的好坏完全取决于压敏器件参数的选择和压敏器件工作的可靠性。压敏限幅值的选择是在市电的峰值310V的基础上综合考虑电网波动影响、器件分散性误差和器件发热、受潮、元件老化等可靠性因素补偿，一般取值为470-510V。感应雷击等各种尖峰干扰电压都被限制在470V。对于470V以下的电压，压敏器件不动作。大规模集成电路组成的现代电子设备的工作电压一般为±5-±15V之间，最高耐压值一般不超过50V，所以叠加在市电上的小于470V的高频尖峰电压就会直接送入负载，通过空间耦合电容，变压器层间、极间电容不成比例地传到开关电源或集成电路芯片上，能造成故障。
3 结束语
随着电子技术的不断进步和电子线路的大量应用，电子线路的浪涌抑制作为电磁兼容的一个分支，越来越多的受到人们关注，应针对具体电路特点进行分析，采取简洁合理的抑制措施，同时，注重新型器件的应用，以取得良好的抑制效果。
参考文献：
[1]李宏 电力电子设备用器件与集成电路应用指南第1册 北京 机械工业出版社 2001.8
[2]李宏 电力电子设备用器件与集成电路应用指南第2册 北京 机械工业出版社 2001.8
作者简介：
作者姓名：路春莲
性别：女
籍贯：陕西省西安市
出生年月：1977.12.13
单位：西安市地下铁道有限责任公司
职称：工程师
研究方向：电气设备研制及地铁供电系统研究
邮编：710018