今天來給大家分享的是：浪涌保護電路原理與設計

浪涌保護電路被許多人稱為交流電網線路中電壓尖峰的保護器，不限于交流電網線路。浪涌保護器或浪涌保護裝置是一種提供浪涌抑制或電壓尖峰抑制以使敏感設備不會受到損壞的裝置。

一、什么是浪涌？

一般來說，浪涌是水平或者幅度從正常值突然增加。在電子電路中，通常是用來指電壓瞬變、電壓浪涌或者電壓尖峰。電壓浪涌或者尖峰瞬變，是在很短的時間內發生，如果沒有應對措施，就很容易損壞設備。

電壓浪涌不僅存在于電源線中，也存在于具有電感特性的電路中。然后電源線中的電壓浪涌是最具有破壞性的，可以高達幾KV。

下圖顯示了交流電源線上的電壓浪涌。

交流線路瞬態電涌保護器通常安裝在房屋、辦公室和建筑物中，防止電氣或設備損壞，安裝在所有設備或者設備獲取來源的部分。這樣做，所有設備都將受到線路浪涌和尖峰的保護。

二、電源線浪涌保護電路

1、初級浪涌保護器

初級浪涌保護裝置安裝在住宅、辦公室或者建筑物電氣線路的入口處。用來保護入口點之后連接線路的所有設備或器具。一般來說初級浪涌保護器很強大，比較大也會比較重，價格也會比較高。

2、次級浪涌保護器

次級浪涌保護器不如初級浪涌保護器有效和強大。但是攜帶起來非常方便。在大多數情況下，這種浪涌保護器很容易插入電源插座，

下圖顯示了初級和次級電源保護器如何安裝在建筑物中。

三、二次浪涌保護電路的常見類型

1、電源板

電源板很容易插入電源插座，除此之外，還配備了多個電源插座，其中可以插入多個設備和電器受到浪涌保護。最主要的特性是在出現浪涌電壓時可以終止供電。

2、UPS 或不間斷電源

一些復雜的 UPS 內置電涌保護器，提供與配電盤相同的安全功能。

四、浪涌保護器如何工作？

有一種浪涌保護裝置一旦出現電壓浪涌就可以切斷電源。這種類型的浪涌保護器比較精密，復雜，當然也比較貴。這種類型的基本元件是電壓傳感器、控制器和鎖存/解鎖電路。

電壓傳感器將監控線路電壓，控制器將讀取感測電壓并決定向鎖存/解鎖電路發出電壓終止信號。閂鎖/解鎖電路是一種可控的電源接觸器或電源開關，可以接通或斷開線路電壓。

還有一種浪涌保護器不會提供電壓關斷，只是鉗位電壓瞬變并吸收能量。這種類型的浪涌保護通常用作內置浪涌保護，例如開關模式電源。這種類型的保護在高達幾千伏的電壓下是有效的。這種類型的浪涌保護如下圖所示。

開關模式電源

交流線路 1 和 2 之間的浪涌保護器 1 稱為差模浪涌抑制。差模浪涌抑制器鉗制交流線路1 和 2 上的任何電壓尖峰。之所以稱為差模，是因為它安裝在兩根熱線上。

而浪涌保護器2和3都稱為共模浪涌抑制器。共模是用于浪涌保護器 2 和 3 的術語，因為它們都是相對于大地或接地的各個熱線上的鉗位電壓瞬變。在浪涌要求不是那么嚴格的情況下，浪涌保護器1已經足夠通過標準了。但是，對于更高的浪涌電壓等非常嚴格的要求，增加了浪涌保護器 2 和 3。

五、電壓浪涌的原因

電壓浪涌的發生有很多因素，可能是由于閃電、電力系統切換（如電容組）、帶有切換裝置的諧振電路、接線錯誤以及突然打開和關閉開關、電動機和其他高電感電器和設備造成的。大部分地方都存在交流線路電壓浪涌，因此，建議保護設備和設備免受這個的影響。

六、一些常見的電涌介質

下面是浪涌或電壓尖峰可以進入電器或設備的常見路徑。

1、電源線

這是造成浪涌的第一大媒介，因為所有電氣和電子設備都使用來自交流線路的電源。

2、射頻線路

包括天線，天線同意遭受雷擊。閃電會在短時間內產生非常高的電壓尖峰。當閃電擊中天線時，會穿透射頻接收器。

3、汽車交流發電機

在汽車電子產品中，會有電壓浪涌，因為交流電機在負載突降期間產生高壓尖峰。

4、電感電路/負載

電感電路和負載都容易引入浪涌電壓，大多數情況下，被稱為感應反沖。

七、如何設計浪涌保護電路

設計浪涌保護裝置沒有很難。實際上，某些電子設備的內置浪涌保護只能是單個裝置，可以是MOV或金屬氧化物壓敏電阻或瞬態電壓抑制器TVS。假設在下圖中，浪涌保護 1 到 3 可以是 MOV 或 TVS。

有時，交流線路之間的浪涌保護裝置足以通過IEC標準。在少數情況下，線路和地之間需要浪涌保護電路。這尤其是在更高的浪涌電壓要求（4kV及以上）。

八、使用MOV作為浪涌保護器件

1、基本屬性

• MOV代表金屬氧化物壓敏電阻，通常用于電源線浪涌保護

• MOV 有些地方很像一個二極管，具有非線性和非歐姆電流和電壓特性，但是是雙向的

• 在有些性能上也可以比作雙向瞬態電壓抑制器 TVS

• 未達到鉗位電壓時，為開路

下面是MOV的電壓-電流曲線。在第1象限和第3象限上具有幾乎恒定的電壓，ZnO和SiC分別代表氧化鋅和碳化硅，是兩種常見的制作MOV材料。

MOV的電壓-電流曲線

2、怎么選擇MOV？

對于通用90-264Vac線路，通常的MOV額定電壓為300Vrms。300Vrms是MOV可以承受的RMS或者連續施加電壓。

例如，我們將使用保險絲TMOV14RP300ML2B7，根據數據表，它的額定交流電壓為 300Vac，但在 50A 峰值電流下的鉗位電壓為 775V。

接下來要驗證的是MOV的浪涌電流額定值是否能夠處理指定的水平。根據下面所選的MOV數據表。在2000A和20usec 脈沖持續時間下，MOV能夠處理超過15次但少于100次的罷工。在下表中在2000A的設備上畫了虛線。

雖然數據表指定了鉗位電壓，但在2000A時不可能不再生效。下圖顯示了使用所選的MOV時。黃線的交叉點是鉗位電壓，已經超過1000V。確保設置中使用的所有期間都能承受這個電壓水平。不然的話，就需要考慮使用另一個鉗位電壓較低的MOV。

3、MOV 電源線浪涌保護的理想位置

作為浪涌保護裝置的 MOV 必須安裝在保險絲旁邊，如下圖所示。使用這種接線，一旦浪涌電流太大而 MOV 無法處理，保險絲將斷開并打開電路，避免可能發生的災難性故障。

MOV 電源線浪涌保護的理想位置

九、汽車浪涌抑制

浪涌不僅會發生在交流電源線上，在汽車系統中，電壓浪涌也是會經常發生的，汽車系統使用鉛酸電池，6節電池與2.15V串聯時的典型滿充電電壓為12.9V每個電池。在計算中，通常使用14V的最大電池電壓，這個水平不會破壞電池，額定電壓為30V的設備生命周期也會很長。

但是這種看法僅在穩定狀態下是正確的，在不穩定下是不正確的。

在穩定狀態下不是所謂的”負載突降“。負載突降是用于描述電池在交流發電機充電時突然斷開連接。對于12V系統，負載突降可能導致高達120V尖峰。

為了抵消這種負載突降情況，通常使用變阻器等浪涌保護電路。

在汽車中，負載突降波形由 ISO 7637 定義，如下圖所示。峰值電壓最大為 125V。與 IEC 61000-4-5 定義的標準相比，上升和脈沖寬度持續時間（T1 和 T）更長。

ISO 7637的負載突降波形

十、汽車浪涌抑制器的理想位置

具體的如下圖所示。

汽車浪涌抑制器的理想位置

十一、為汽車系統等低壓直流選擇壓敏電阻

1、設計要求

• 輸入：24V直流

• 浪涌電流波形為8/20μs；電壓為1.2/50μs

• 峰值浪涌電流：800A

• 應該能承受 40 次浪涌

• 保護敏感設備的額定電壓最大值為 250V

2、定義變阻器直流電壓

對于24V系統，也不要選擇額定電壓為24V的壓敏電阻。至少要有20%的安全余量。

但是，也不需要留太多，因為對用于體積較大的壓敏電阻和更高的鉗位電壓。，

壓敏電壓=24V x 1.2=28.8V

3、選擇滿足浪涌電流和脈沖數的器件

上面具有31V DC額定值的都是候選。但是滿足標準的沒有那么多，下面就需要考慮峰值浪涌電流和脈沖數，并且可以滿足的器件。

下面是上表中列出的14mm零件的脈沖持續時間與峰值浪涌電流能力的關系。根據圖表，14mm的無法滿足所需要的脈沖數。

14mm零件的脈沖持續時間與峰值浪涌電流能力的關系

下圖為20mm的脈沖額定曲線圖，在800A峰值浪涌電流下，器件可以保證40個以上的脈沖要求。因此，選擇20mm尺寸的零件。

20mm的脈沖額定曲線圖

從上表中，有兩個20mm尺寸的零件，首先考慮V20E25P。

4、檢查鉗位電壓

最后一步是檢查鉗位電壓。如果最大鉗位電壓超出要求，那上面做的都是無用功了。下面是 20mm 零件的最大鉗位電壓，從圖中可以看出，V20E25P 是浪涌的完美器件保護電路。

20mm 零件的最大鉗位電壓