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確保產(chǎn)品滿足電源線瞬變的可靠性是設(shè)計的一個關(guān)鍵方面，這在產(chǎn)品設(shè)計過程中通常不會引起適當(dāng)?shù)年P(guān)注。雖然由于高壓瞬變而導(dǎo)致的產(chǎn)品故障是外部事件，但該故障是由于設(shè)計不足以保護(hù)產(chǎn)品的內(nèi)部電路而引起的。因此，電源線浪涌保護(hù)是確保堅固耐用的交流電源設(shè)備必不可少的要素。
高壓瞬變的潛在來源是天氣條件。雷電會在電源線上引起高壓和浪涌電流。由施工錯誤或交通事故引起的電源線損壞也可能導(dǎo)致較大的瞬變。 即使沒有問題，由于高負(fù)載例如大電流負(fù)載(例如大型電動機)的掉電或斷電而引起的di / dt電流減小，也會在電源線上產(chǎn)生瞬變。瞬態(tài)峰值也可能是流過零線上高于正常阻抗的電流，或三相電力系統(tǒng)上的單相故障引起。
高壓瞬變會損壞產(chǎn)品，從而導(dǎo)致保修期內(nèi)的維修失敗和客戶的不滿意。為客戶解決問題可能是一項昂貴的服務(wù)；制造商可能會從失望的客戶那里體驗到未來業(yè)務(wù)的潛在損失。
浪涌保護(hù)是保護(hù)產(chǎn)品免受高壓瞬變損害的方法。瞬變可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸中的間歇性錯誤或產(chǎn)品永久損壞。幸運的是，有可用的元件可提供對高壓瞬變的保護(hù)。
電源線浪涌保護(hù)設(shè)計有多種選擇，設(shè)計工程師應(yīng)了解每種選擇的優(yōu)缺點。包括過電壓保護(hù)元件，例如金屬氧化物電阻(MOV)，瞬態(tài)電壓抑制(TVS)二極管，氣體放電管(GDT)以及用于交流電的保護(hù)晶閘管或硅二極管(SIDAC)。Littelfuse是一家電路保護(hù)器件制造商，生產(chǎn)這些器件中以SIDACtor?為商標(biāo)的獨一無二的一款產(chǎn)品。TVS二極管和MOV是鉗位型元件，而GDT和保護(hù)晶閘管是泄流泄流型器件。在此應(yīng)用中，鉗位定義為當(dāng)超過元件的過電壓閾值時，將元件兩端的電壓保持在基本穩(wěn)定的水平。泄流是指超過元件的過電壓閾值時將電壓限制在一個較小的值。泄流器件像數(shù)字開關(guān)一樣可有效響應(yīng)過壓而導(dǎo)通。
鉗位型器件具有更快的響應(yīng)時間，但其電流處理能力有限。這些器件還具有與傳導(dǎo)電流有關(guān)的鉗位電壓。當(dāng)兩個器件都處于過電壓保護(hù)狀態(tài)時，由于箝位電壓高于泄流保護(hù)器件的保持電壓，因此對于高壓瞬變。鉗位器件的導(dǎo)通峰值電流較低。
泄流型器件可以處理更高的浪涌電流，因為當(dāng)器件切換到導(dǎo)通狀態(tài)時，鉗位電壓非常低。接近短路的條件將瞬態(tài)能量從產(chǎn)品電路中分流出去。泄流元件提供給產(chǎn)品電路的低電壓進(jìn)一步降低了產(chǎn)品上的任何壓力。
MOV和TVS元件是鉗位型保護(hù)器件，可以處理高峰值電流。MOV可以承受高達(dá)70kA的瞬態(tài)電流峰值。它們是低成本的保護(hù)器件，但它們確實具有較高的截止漏電流的缺點。TVS元件不具有MOV的峰值電流容量，但具有較低的通態(tài)鉗位電壓。TVS器件的使用壽命比MOV器件更長，因為MOV器件會由于持續(xù)的過電壓條件而退化，從而導(dǎo)致器件中的過度散熱。與泄流型器件相比，MOV和TVS元件均具有更高的寄生電容，當(dāng)遭受高dv / dt或高di / dt瞬變時，產(chǎn)生高過沖電壓。
GDT和SIDACtor這兩個鉗位型元件有很大不同。當(dāng)達(dá)到閾值電壓時，GDT依靠氣體分解拉弧并傳導(dǎo)電流，而SIDACtor是半導(dǎo)體器件。與MOV相似，GDT的壽命有限，這取決于氣體被電離和傳導(dǎo)的次數(shù)。氣體被離子化后被吸附在電極上。GDT可以承受較大的峰值電流，但響應(yīng)時間比SIDACtor慢得多。GDT無法阻止非常窄的高壓瞬態(tài)脈沖到產(chǎn)品。
在四種浪涌保護(hù)元件中，SIDACtor具有交流電源線保護(hù)的最佳特性組合。它具有長壽命，而不受器件承受的高壓瞬變次數(shù)的影響。SIDACtor具有低導(dǎo)通狀態(tài)泄流電壓電平和快速導(dǎo)通特性。對于高dv/dt或高di/dt浪涌，它的過沖電壓最小，和低截止漏電流。表1比較了四種保護(hù)器件。
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表1：四種高壓瞬態(tài)電路器件的特性。GDT和SIDACtor可以將瞬態(tài)電壓轉(zhuǎn)換為低電壓。MOV和TVS將瞬態(tài)電壓鉗位到穩(wěn)定電壓
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圖1：SIDACtor I-V曲線。它是一種具有關(guān)閉狀態(tài)和開啟狀態(tài)的雙極型器件。VDRM是最大截止?fàn)顟B(tài)電壓。在那種狀態(tài)下，最大電流IDRM是截止?fàn)顟B(tài)漏電流。當(dāng)器件兩端的電壓達(dá)到擊穿電壓VS時，器件切換到導(dǎo)通狀態(tài)，并導(dǎo)通大電流。IH（保持電流）。SIDACtor將保持電流保持在低電壓VT（保持電壓）上。由于保持電壓VT較低，SIDACtor在滿足功率要求時可以保持較大的電流。
圖1顯示了SIDACtor的特性曲線。在低于最大截止?fàn)顟B(tài)電壓VDRM時，SIDACtor具有低漏電流IDRM。漏電流約為幾微安。當(dāng)電壓達(dá)到器件的峰值擊穿電壓VS時，器件打開并切換到低保持電壓VT。由于元件上的電壓被短路在低電壓下，SIDACtor可以支持大的瞬態(tài)電流，一個能夠處理5000A峰值浪涌電流的SIDACtor被封裝在一個標(biāo)準(zhǔn)的TO-218封裝中，便于印刷電路板的布局。
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圖2. 保護(hù)網(wǎng)絡(luò)使用一個用于高壓瞬變保護(hù)的SIDACtor、一個用于保護(hù)SIDACtor免受持續(xù)過電壓狀態(tài)影響的保險絲和一個用于保護(hù)電源電路免受過電流狀態(tài)影響的保險絲。
幸運的是，器件被完全保護(hù)而不受高壓瞬變的影響僅需幾個元件。圖2顯示了用于保護(hù)產(chǎn)品電源電路的3元件解決方案。SIDACtor與電源電路并聯(lián)，以提供針對交流電源線上瞬變的保護(hù)。由于SIDACtor與電源電路并聯(lián)，因此當(dāng)交流線上沒有高壓瞬變時，SIDACtor對產(chǎn)品的性能沒有影響。SIDACtor具有低漏電流，在額定交流電源線電壓下僅消耗毫瓦的功率。與SIDACtor串聯(lián)的保險絲保護(hù)元件免受一個或多個完整交流周期的電流浪涌。串聯(lián)保險絲為電源電路提供傳統(tǒng)的過電流保護(hù)。串聯(lián)保險絲放置在SIDACtor電路之后，以保護(hù)保險絲免受高壓瞬變的影響。這個三元件網(wǎng)絡(luò)為電源電路提供了過壓和過流保護(hù)。
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圖3：SIDACtor對高壓瞬變引起的電流浪涌（綠色軌跡）的響應(yīng)（藍(lán)色軌跡）
圖3顯示了SIDACtor對交流線路瞬變的快速響應(yīng)。綠色曲線是電壓瞬變產(chǎn)生的高電流波形。藍(lán)線表示SIDACtor如何快速響應(yīng)短路導(dǎo)通，使電源達(dá)到安全的低電壓。
SIDACtor也可以與MOV結(jié)合使用，為可能被高鉗位電壓損壞的電路提供低電壓鉗位保護(hù)。見圖4。MOV的阻抗將瞬變后的最大電流降低至少五分之一，這會降低SIDACtor吸收的總瞬時能量，并確保SIDACtor得到保護(hù)。該組合的第二個重要優(yōu)點是漏電流低于MOV自身的漏電流。對于必須滿足低功耗標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，在設(shè)備處于關(guān)閉狀態(tài)或待機狀態(tài)時，將其產(chǎn)生的漏電流降至最低對于最大化電源效率至關(guān)重要。
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圖4A：保護(hù)網(wǎng)絡(luò)采用SIDACtor與MOV串聯(lián)。保險絲提供過電流保護(hù)。
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圖4B：SIDACtor-MOV系列組合將3kA浪涌的瞬變限制為僅43.2A（橙色軌跡）。藍(lán)色軌跡顯示了MOV鉗位的瞬態(tài)電壓。
逆變器（圖5）是可以將SIDACtor-MOV組合用于交流電源線浪涌保護(hù)的應(yīng)用。SIDACtor-MOV組合可保護(hù)逆變器驅(qū)動電路免受差分高壓瞬變的影響。當(dāng)交流電源對零線具有相對較高的阻抗時，并聯(lián)MOV可防止零線到地線連接中的浪涌。對于由三相交流線路供電的逆變器，建議對三相交流線路的每相使用SIDACtor-MOV組合。這種保護(hù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也推薦用于電動汽車、混合動力汽車以及光伏逆變器。
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圖5：電源逆變器電路的推薦保護(hù)網(wǎng)絡(luò)包括用于線對線保護(hù)的串聯(lián)MOV和SIDACtor以及用于線對地保護(hù)的MOV對。
有許多不同的元件可提供針對高壓瞬變的保護(hù)級別。對于交流電源線保護(hù)，SIDACtor是市場上最具成本效益的元件。它具有低導(dǎo)通泄流電壓，對瞬態(tài)事件的快速響應(yīng)，壽命長以及可承受高浪涌電流的特點。SIDACtor或SIDACtor-MOV的串聯(lián)組合與保險絲結(jié)合使用以提供過流保護(hù)，可為產(chǎn)品的電源電路提供出色且簡單的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)。