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浪涌電流范文第1篇

    交錯引腳法

    交錯引腳法是目前最常用到的熱插拔浪涌電流控制技術之一,有的工程師也習慣性的將其稱為“預充電引腳法”。可以說,這種方法是最基本的熱插拔浪涌電流控制 方案,從物理結構上引入一長、一短兩組交錯電源引腳,在長電源引腳上串聯(lián)了一個預充電電阻,以此起到控制作用。當板卡插入背板時,長電源引腳首先接觸到電 源,通過預充電電阻為插入板卡負載電容充電,并進行濾波和充電電流限制,板卡將要完全插入時,短電源引腳接入電源,從而旁路連接在長電源引腳的預充電電 阻,為插入板卡供電提供一個低阻通道,信號引腳在插入板卡的最后時刻接入。板卡從背板拔出時,控制過程正好相反,長電源引腳最后與背板分離,通過預充電電 阻為板卡負載電容放電。

    然而,這種最基礎的熱插拔浪涌電流控制方法,也同樣具有較大的弊端。在實際的應用過程中,交錯引腳法不能控制負載電容的充電速率,除此之外,預充電電阻的 選擇必須權衡預充電流和浪涌電流,如果電阻選擇不合理,會影響系統(tǒng)工作。交錯引腳方案需要一個特殊的連接器,這將會給選型設計帶來一定的困難。

    熱敏電阻法

浪涌電流范文第2篇

關鍵詞:DCDC轉換器;軟啟動;浪涌電流;過沖電壓

1引言

伴隨著便攜式設備的廣泛應用,DC/DC轉換器憑借其高效率、大輸出電流、低靜態(tài)電流的特點而迅速發(fā)展。傳統(tǒng)的DC/DC開關電源在上電過程中,輸出電壓從零上升到最大值。由于負反饋的作用,功率管的PWM控制信號的占空比從最大值開始變化,逐漸減小,直到電路穩(wěn)定。由于電路中輸出濾波電容的存在,對電容充電容易產(chǎn)生浪涌電流,此時通過功率管的電流可以達到很大,容易損毀電路系統(tǒng)。為了在啟動過程中防止大的浪涌電流對電路系統(tǒng)的損壞,在電路啟動過程中需要對電流進行限制,即需要在開關電源芯片中加入軟啟動電路。

軟啟動電路是用來控制電源輸入電壓上升過程中PWM脈沖波形的占空比從最小值逐漸變化到正常工作時所需要的值,從而控制輸出電壓逐步變化。由于占空比是從最小值開始逐漸變化,不會使功率管在較長時間一直導通,從而避免了浪涌電流的產(chǎn)生,保證了電路系統(tǒng)的可靠性[1]。

在目前應用的開關電源軟啟動電路中主要有以下幾種:一種是采用電容和電阻,利用電容充電時電壓指數(shù)上升的特性來控制電壓上升過程。這種軟啟動電路需要加入充電用的恒流電流和外部電容,而且需要的電容值較大,不容易集成到芯片內(nèi)部;另一種是采用微控制器來控制啟動過程的純數(shù)字控制[2]。雖然這種軟啟動電路能夠集成到芯片內(nèi)部,但是由于需要另外的微控制器控制且需要在電源電路部分上電前就已經(jīng)開始工作,對于一般用途的開關電源,此類軟啟動電路過于復雜,且成本也太高。

為了避免以上缺點,設計了一款新型的軟啟動電路,介紹了新型軟啟動電路的工作原理,給出了主體電路設計和電路的仿真波形。

2系統(tǒng)設計

后沿調(diào)制的電流反饋模式控制的PWM型的buck DC/DC轉換器的典型結構如圖1所示,它包括電阻反饋網(wǎng)絡、誤差放大器/補償網(wǎng)絡、PWM比較器、電流檢測電路、SR所存器和驅動電路。其中電阻反饋網(wǎng)絡采樣輸出電壓值,誤差放大器對采樣的電壓值與基準電壓值的差進行放大,誤差放大器的輸出與檢測到的電流值轉換成的電壓值進行比較,調(diào)節(jié)輸出脈沖的占空比,從而調(diào)節(jié)輸出電壓。從上述DC/DC工作原理可以看到,轉換器存在兩個反饋環(huán)路,分別為電壓環(huán)和電流環(huán),其中電流環(huán)反饋是在電壓環(huán)反饋的基礎上增加所得,此時電感電流不再是一個獨立的量,而且使閉環(huán)系統(tǒng)成為一個一階無條件穩(wěn)定系統(tǒng)。因此電流型反饋控制模式具有比電壓反饋控制模式大得多的帶寬。

在電路啟動的瞬間,輸出電容徹底放電,導致輸入誤差放大器的電壓過低,誤差放大器不是處于平衡狀態(tài),而這種情況會引起電感電流超過它的平衡值,產(chǎn)生所謂的浪涌電流。由于電感電流不能突變,所以這個電流會在高于平衡值上維持一小段時間,這會導致輸出電壓迅速上升,并且超過正常值,產(chǎn)生電壓過沖的情況。浪涌電流和過沖電壓會導致電子器件的損壞。所以,在啟動過程中,為了防止大的浪涌電流和過沖電壓對器件的損壞,必須采用一個軟啟動電路,使電路從零狀態(tài)到正常使用狀態(tài)的過程中,控制輸入PWM比較器的電壓按臺階逐步增加。

圖2是本文描述的軟啟動電路示意圖,其中comp為PWM比較器,比較器的負輸入端的信號Vcs為電感電流檢測電路的輸出信號,正輸入端的信號Vea為誤差放大器的輸出信號,Vst為軟啟動電路控制信號;電流Is為檢測到的電感電流,此電流經(jīng)過電阻Rs轉換成電壓Vcs;Clamp模塊為鉗位電路;分頻器輸出為兩位控制信號,控制鉗位電路的輸出電壓值,其輸出波形如圖3所示。整個電路的工作原理為:電路上電中,由于輸出電壓此時為零,所以反饋電壓Vfb也為零,則此時誤差放大器輸出Vea為高電壓,Vea此時對PWM比較器來說不起作用,PWM比較器的正輸入端信號由軟啟動電路的輸出信號Vst控制。電感電流檢測電路檢測電感電流并流過電阻Rs轉換成電壓Vcs,此時Vcs的大小由Vst控制,即Vcs的值不能超過Vst,否則比較器翻轉,關閉開關管,進而限制了電流,達到軟啟動的效果。當輸出電壓達到穩(wěn)定值時,此時PWM比較器的正輸入端由誤差放大器的輸出決定,此時軟啟動電路的輸出Vst對PWM比較器不起作用。具體波形如圖4所示,圖中只畫出兩個臺階,可以看到PWM比較器的輸出占空比慢慢變大,實現(xiàn)了軟啟動的功能。

3電路設計

3.1 鉗位電路CLAMP 模塊

圖5為CLAMP的結構示意圖,其中I為基準電流源,VA和VB分別是分頻信號,分頻信號的變化對應的輸出電壓的關系如下所示:

當VA=1,VB=1時,Vst=I*R;

當VA=1,VB=0時,Vst=I*2R;

當VA=0,VB=1時,Vst=I*3R;

當VA=0,VB=0時,Vst=I*4R;

由上面可以看到,輸出電壓Vst按階梯上升。

當VAVB = 00時,此時Vst電壓的大小要大于誤差放大器的誤差信號Vea,以保證軟啟動工作完畢,電路進入閉環(huán)狀態(tài)。

圖6為軟啟動過程中的關鍵控制信號的波形圖。VA和VB分別是時鐘信號clk的4096分頻和2048分頻。軟啟動電路的輸出電壓Vst的階梯性升高。

3.2 數(shù)字分頻器

圖7所示為分頻計數(shù)模塊,包括分頻器、兩輸入或非門、反相器。其中分頻器由n個T觸發(fā)器構成,n由所設計的電路的輸出電壓來確定,下面以n = 12來說明其結構。

12個T觸發(fā)器的清零信號接上電復位模塊的輸出信號經(jīng)過反相之后的信號,時鐘信號clk接第一級T觸發(fā)器的時鐘端,T觸發(fā)器的Q輸出端接下一級T觸發(fā)器的時鐘端,按此接法,12個T觸發(fā)器串接成分頻器,最后兩個T觸發(fā)器的輸出端分別為VA和VB,分別是時鐘信號clk的2048分頻和4096分頻。分頻信號VA和VB的變化過程分別為11,10,01,00。當跳變?yōu)?0時,此時選通時鐘信號的選通信號變?yōu)楦唠娖?屏蔽了時鐘信號clk,分頻結束。其波形如圖7所示。

3.3 PWM 比較器

圖8為比較器的結構示意圖,軟啟動開始時,由于此時輸出電壓很低,誤差放大器的輸出誤差信號電平很高,即Vea>>Vst,流過M2管的電流很小,可以忽略[3]。隨著Vst階梯性變大,輸出電壓也階梯性升高,誤差放大器的輸出也慢慢降低。當軟啟動完畢,誤差放大器的輸出誤差信號Vea起主要作用,而軟啟動電路的輸出電壓Vst已大于軟啟動之初的誤差信號Vea,即此時流過M3的電流可以忽略。電路處于閉環(huán)狀態(tài),Vea與Vcs進行比較,產(chǎn)生一系列脈沖使電路輸出電壓穩(wěn)定在一個值。

4仿真與測試

設計的軟啟動電路應用于一款同步Buck型的DCDC開關電源芯片中。用Hspice軟件對其進行仿真。器件的模型參數(shù)采用特許半導體0.18μm CMOS工藝。如圖9所示:在輸入電壓為3.3 V,輸出電壓為1.8 V的測試環(huán)境下,可以看出:采用軟啟動電路后,輸出電壓在1 ms內(nèi)分臺階平穩(wěn)上升,避免了浪涌電流和過沖電壓。版圖如圖10所示。

從圖中可以看到,剛啟動時刻的占空比非常小,滿足要求。第二個臺階的占空比相對增大,如圖9(b)所示。

5結論

本論文提出了一種新型的軟啟動電路,它主要用于峰值電流控制模式的降壓DCDC中,能節(jié)省芯片和電路板面積,有效地降低產(chǎn)品成本。采用三端輸入的比較器,在啟動瞬間,通過控制PWM比較器負輸入端的輸入電壓,使其按階梯狀上升,電路避免了浪涌電流和過沖電壓。該軟啟動電路已經(jīng)應用于高性能的DCDC中,仿真與測試表明該電路有非常好的效果,本論文的設計和結果對便攜式設備的設計和應用有較大的幫助。

參考文獻

[1] Yuan Bing, Lai Xinquan, Ye Qiang, Jia Xinzhang, A Novel Compact Soft-Start Circuit with Internal Circuitry for DC-DC Converters.

[2] Lai X.Q, Guo J.P, et al, A Novel Digital Soft-Start Circuit for DC-DC Switching Regulator. ASICON 2005 6th Int. Conf. on ASIV Proc, p.564 (2005).

浪涌電流范文第3篇

關鍵詞：基站；防雷；問題；防護技術

1引言

在現(xiàn)階段，通信基站的防雷通常采取防護直擊雷、供電線路防護、聯(lián)合接地、降低接地電阻值、等電位連接和分區(qū)多級雷電過電壓保護等多種綜合措施。但在實際工程中，由于條件所限，不少基站的接地工程建設存在各種各樣的問題和困難，導致無法達到預想的防雷效果。為減少通信基站設備遭受雷擊的侵害，保證通信網(wǎng)絡安全可靠運行，降低工程建設造價，保護環(huán)境，我們希望能夠找到更簡單、高效、經(jīng)濟的技術和解決方案。

2通信基站傳統(tǒng)雷電防護做法及存在的問題

雷擊主要有直擊雷、感應過電壓、雷電波侵入、地電位反擊等幾種形式。不同形式的雷擊所造成的危害程度和途徑也各不相同。所以，為防止雷擊的危害，目前通信基站的防雷與接地通常采取防護直擊雷、供電線路防護、聯(lián)合接地、降低接地電阻值、等電位連接和分區(qū)多級過電壓保護等多種綜合措施。但在實際通信基站接地工程建設中，因地質、場地、費用等條件所限，不少基站存在難設計、難施工、難測量等情況，使得通信基站的防雷接地系統(tǒng)存在以下一些問題：

（1）基站接地網(wǎng)由于條件所限，達不到規(guī)范所規(guī)定的接地電阻值或接地網(wǎng)面積的要求，所以也就難以保證防雷接地的效果。

（2）為了達到規(guī)范中所規(guī)定的接地電阻值或接地網(wǎng)面積，需要花費大量的費用。如大量使用鋼材和降阻劑，增加征地、補償和施工費用等，因此造成地網(wǎng)的施工、維護成本過高，建設時間過長。

（3）根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，通信基站電源電涌保護器的最大通流容量指標通常是依據(jù)其所處地區(qū)的雷暴日的多少來選取，而一個地區(qū)的雷暴日只能說明該地區(qū)發(fā)生雷電的概率，并不能表示雷電的強弱，因此有些少雷區(qū)、中雷區(qū)也時常發(fā)生由于配置的電涌保護器容量較小，在遭受雷時，沒能起到保護基站設備的作用。

（4）由于雷電的不確定性和現(xiàn)有防雷措施的局限性，目前所采取的綜合防雷措施只能是有效地降低雷電對通信基站的影響，并不能完全消除雷擊的侵害。對于雷電多發(fā)區(qū)，通信基站遭受雷擊的情況仍然經(jīng)常發(fā)生，不少基站中應該被保護的設備有時出乎意料地遭受到雷擊后損壞，特別是山區(qū)的基站，遭受雷擊致使設備損壞的比例還較大。

（5）接地電阻值由于條件、測量方法的限制，很難準確測量，而且接地電阻值會隨著氣候和季節(jié)的變化而變化。

3通信基站雷電入侵通道隔離防護技術原理

當雷擊發(fā)生時，通信基站交流電源線、天饋線、光纜加強芯及避雷針處同時會發(fā)生浪涌電流侵入，當雷電壓侵入各端口時，由于這些端口均表現(xiàn)為電感性或者高阻抗性，當端口對地（該地可能是防雷器件的接地、機殼接地，也可能是直流電源工作地）的阻抗低于其擊穿阻抗時，浪涌電流便通過該通道。端口的SPD正是用這種方法來旁路浪涌電流，保護后端設備的。但是，由于在通信系統(tǒng)中存在著機殼保護接地、直流電源系統(tǒng)工作接地，雷電浪涌電流將有可能通過各端口擊穿端口至機殼、至電源工作接地通道而導致設備損壞。這種現(xiàn)象已經(jīng)成為網(wǎng)絡和設備停機、復位、損壞的常見原因。

同樣的道理，當雷擊避雷針向大地放電使接地網(wǎng)地電位升高時，雷電浪涌電流也有可能通過地向電源線、信號線端口放電使該通道損壞。至于特定的雷擊故障會損壞哪個端口、哪個通道，則由當時的網(wǎng)絡或設備哪個對地通道的阻抗來決定。

當兩個設備空間距離較長或者雷擊浪涌電流較大時，聯(lián)合接地地電位升高，在電橋原理的作用下，兩個設備間會產(chǎn)生很高的電壓差，這是端口損壞的另一重要原因，也是通常雷電防護的薄弱環(huán)節(jié)。雷電流的入侵通道見圖1所示。

通信基站雷電入侵通道隔離防護技術分為隔離式分組接地技術和通道隔離防護技術。

3.1隔離式分組接地技術

隔離式分組接地技術就是在聯(lián)合接地的基礎上，將通信基站中的工作接地、保護接地、防雷接地按功能分組后，在工作地、保護地與聯(lián)合接地網(wǎng)之間安裝具有衰減和隔離作用的“接地系統(tǒng)高頻抑制器”，從而達到減小由于雷電使地電位升高對工作地、保護地電位的影響，因而也就降低了工作地電位、保護地電位對接地電阻值的響應靈敏度和對接地電阻值的要求。正常工作時，呈低阻抗；當有浪涌電流地電位升高時，呈高阻抗，從而將工作地、保護地與防雷接地隔離。

3.2通道隔離防護技術

通道隔離防護技術就是通過對通信基站中各種設備以及它們之間的關系進行全面分析，在安裝并聯(lián)型SPD端口防護的基礎上，增加“串聯(lián)型雷電高阻抗單元”，從而解決設備間的雷電傳導問題。

“并聯(lián)型電涌保護器”（SPD）是抑制傳導來的線路過電壓和過電流的裝置。正常時呈高阻抗，并聯(lián)在設備電路中，對設備工作無影響。當受到雷擊時，能承受強大雷電流浪涌能量而放電，呈低阻抗狀態(tài)，能迅速將外來沖擊過量能量全部或部分泄放掉，響應時間極快，瞬間又恢復到平時高阻狀態(tài)。

“串聯(lián)型雷電高阻抗單元”是抑制和隔離雷電流在設備之間傳導的裝置。對于正常工作電流，呈低阻抗，不影響設備正常運行；對于浪涌電流，呈高阻抗，從而通過分壓承受絕大部分浪涌電壓以保護后續(xù)端口。

4基站雷電入侵通道隔離防護技術的應用方案

4.1通用型基站整改方案

利用機房、天線鐵塔、建筑物等基礎鋼筋作為接地網(wǎng)，不再敷設人工接地體，不用追求接地電阻值或接地網(wǎng)面積；在接地系統(tǒng)中按照接地線的功能分類并用設備隔離和分配；在外部電源引入端口安裝隔離式保護設備。

具體做法：

在基站機房內(nèi)的交流電源引入處安裝“阻斷型交流電源保護箱”，“阻斷型交流電源保護箱”由兩級并聯(lián)型SPD和一級“交流系統(tǒng)高頻抑制器”ACZ組成。在室內(nèi)安裝“通信局站接地分配箱”，“通信局站接地分配箱”由防雷/聯(lián)合接地排、工作接地排、保護接地排和接地系統(tǒng)高頻抑制器組成，匯接室內(nèi)所有保護接地線、工作接地線、防雷接地線，并將機房基礎的鋼結構通過鍍鋅扁鋼或者線纜引接至“通信局站接地分配箱”的防雷/聯(lián)合接地排。

在室外天饋線的走線架上安裝室外接地排，匯接光纜加強芯接地、天饋線重復接地以及其他室外設備的接地，并將機房基礎的鋼結構通過鍍鋅扁鋼引接至室外接地排。

4.2一體化機房、直放站、室內(nèi)分布基站整改方案

利用原有的地下金屬物或簡易人工接地體作為接地網(wǎng)；配置“通信設備綜合保護箱”，其中含有電源保護單元和接地分配電源。電源保護單元實現(xiàn)電源兩級并聯(lián)泄流和一級雷電流高阻串聯(lián)阻斷，接地分配電源實現(xiàn)防雷接地、保護接地和工作接地隔離。

具體做法：

在一體化機房、直放站、室內(nèi)分布基站的合適位置固定安裝“通信設備綜合保護箱”，并將交流電源引入該設備保護后再接入通信設備的交流電源引入端子。接地網(wǎng)可利用原有的地下的金屬物，如機房鋼筋、金屬固定機架、自來水管等金屬物等；對于室外一體化機房和室外型直放站，可在安裝點地面打入2～3根1m以上的鍍鋅角鋼作為接地極，并用鍍鋅扁鋼或者線纜引接至“通信設備綜合保護箱”的聯(lián)合接地端子。

5總結

雷電入侵通道隔離防護技術具有理論基礎，可通過在機房增加防護設備從而簡化通信基站接地工程的設計和施工，降低地網(wǎng)的建設投資和維護成本，縮短工程建設周期。該技術可有效提高通信基站的雷電防護水平，減少因雷擊造成的設備損傷和影響，特別適用于雷擊較多、土壤電阻率較高地區(qū)和地網(wǎng)施工困難的通信基站。

參考文獻：

浪涌電流范文第4篇

關鍵詞:電涌;電涌保護器;保護模式;MOV構成;MOV的指標

中圖分類號:TM862文獻標識碼:A文章編號:1009-2374(2009)20-0181-02

隨著微電子技術迅速發(fā)展,半體器件集成化不斷提高,元件間距減小,半導體厚度變薄。電子設備受到瞬態(tài)過電壓破壞的可能性越來越大。外部電涌和內(nèi)部電涌過電壓成為電子設備損壞和工作中斷的主要因素。為保證精密電子設備系統(tǒng)能正常工作,要求對電涌防護設計應更合理,同時應選擇合格的電涌保護器。

一、電涌的產(chǎn)生

電涌是瞬態(tài)過電壓,在電路中出現(xiàn)的瞬時過電壓波動,在電路中通常持續(xù)時間僅有百萬分之一秒。電涌是微秒量級異常大電流脈沖,波頭時間一般在0.25～20μs,單位能量一般在2.5～10MJ/Ω。電涌的來源有兩類:外部電涌和內(nèi)部電涌。外部電涌主要來源于雷電,內(nèi)部電涌是供電網(wǎng)中開關操作在電力線路上產(chǎn)生的過電壓。

雷電是導致電涌最明顯的因素,雷電擊中輸電線路導致巨大的過電壓,一次普通閃電電壓可達到3～200百萬V,電流為2000～3000A。內(nèi)部電涌在低壓電源線上絕大部分(88%)產(chǎn)生于內(nèi)部用電設備的開啟。 電涌產(chǎn)生的高電壓遠遠超出了計算機和其它微電子設備承受的電壓水平,造成計算機等電器設備芯片損壞,部件老化,造成電子設備損壞,對生產(chǎn)生活造成極大危害。

二、電涌防護原理

(一)電涌防護最常見方式

電涌防護最常見方式是利用浪涌保護器(Surge protection Device),又稱為 “電涌保護器”、“防雷器”或“過電壓保護器”,英文簡寫為SPD。電涌保護器的作用是把串入電力線、信號傳輸線的瞬時過電壓限制在設備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi),將強大的電流泄流入地,保護設備或系統(tǒng)不受高電壓沖擊損壞。電涌保護器的類型和結構按不同的用途有所不同,但至少包含一個非線性電壓限制元件。常用電涌保護器有MOV(Metal Oxide Varistor)同氣體放電管等。

電涌包含強大的能量因此不能被阻止。基于這種原因,保護敏感電氣設備免受電涌損壞的策略是把電涌從設備分流后流入大地。

(二)浪涌保護器MOV由三部分組成

中間是一根金屬氧化物材料,由兩個半導體連接著電源和地線。當產(chǎn)生浪涌時MOV立即動作,響應時間為1～3毫微秒。MOV中的“V”是變阻器,在響應的一瞬間,MOV的電阻從最大值降到近乎零歐姆,過電流經(jīng)MOV流入大地。被保護電氣設備繼續(xù)在正常工作電壓下運行。其半導體元件具有隨電壓變化而改變電阻的性質。當電壓低于某個特定值時,半導體中的電子運動產(chǎn)生高電阻。反之,當電壓超過該特定值時,電子運動會發(fā)生變化,半導體電阻降低接近零歐姆。電壓正常,浪涌保護器MOV閑在一旁,不影響電力線路。

(三)評價浪涌保護器MOV優(yōu)劣的指標

1.箝位電壓:表示將導致MOV接通地線的電壓值。箝位電壓越低,表示保護性能越好。

2.能量吸收/耗散能力:此標稱值表示浪涌保護器在燒毀前能夠吸收多少能量,單位為焦耳。其數(shù)值越高,保護性能就越好。

3.響應時間:浪涌保護器不會立刻斷開,它們對電涌做出響應會有略微的延遲。

(四)氣體放電管

另一種常見的浪涌保護裝置是氣體放電管。這些氣體放電管作用與MOV相同 ,它們將多余電流從火線移到地線,通過在兩根電線之間使用惰性氣體作為導體實現(xiàn)此功能。 當電壓處于某一特定范圍時,該氣體的組成決定了它是不良導體。如果電壓出現(xiàn)浪涌并超過這一范圍,電流的強度將足以使氣體電離,從而使氣體放電管成為非常良好的導體。它會將電流傳導至地線,直到電壓恢復正常水平,隨后又會成為不良導體。

三、浪涌保護器(SPD)保護模式

SPD可連接在L、N、PE間,這些連接方式稱為保護模式,它們與供電系統(tǒng)接地方式有關。《低壓配電設計規(guī)范》規(guī)定,供電系統(tǒng)接地分為:TN-S系統(tǒng)(三相五線)、TN-C系統(tǒng)(三相四線)TN-C-S 系統(tǒng)(由三相四線改為三相五線)、IT系統(tǒng)(三相三線)和TT系統(tǒng)(三相四線)。

目前,浪涌保護器的保護模式大部分是4模式保護(L-PE,N-PE),即三根火線分別與保護線,中性線與保護線連接。如圖1所示。還有是全模式(L-L、L-N、L-PE、N-PE),即三根火線之間,三根火線分別與保護線,三根火線分別與中性線,中性線與保護線。全模式最多有10模式,常用的3相星形接地方式中就是10模式。如圖2所示:

模式保護器是4個單片組合在一起,它沒有對浪涌電流經(jīng)過的所有可能的線路都進行保護,如火線―火線之間,火線―中性線。4模式的浪涌保護器有可能使SPD電壓保護水平失真,保護水平較差。會造成三種情況:電壓抑制水平失真;響應時間不匹配;續(xù)流問題存在安全隱患。

全模式保護三根火線通過浪涌抑制元件分別與中性線相連,三根火線通過浪涌抑制元件分別與保護線相連,中性線通過浪涌抑制元件分別與保護線相連,三根火線通過浪涌抑制元件分別相連,全模式下對浪涌電流經(jīng)過的所有線路都進行了保護。其優(yōu)點有:全模式的浪涌保護設備對浪涌電流經(jīng)過的所有可能的線路都進行了保護;有利于對電網(wǎng)與浪涌保護器本身的防護;不會出現(xiàn)電壓保護水平失真和元件響應時間不匹配的問題。

四、結語

浪涌電流范文第5篇

關鍵詞： TVS； 特性參數(shù)； TN電源系統(tǒng)； 應用保護電路

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）16?0127?04

電網(wǎng)中的工頻過電壓、諧振過電壓及瞬態(tài)過電壓，包括操作過電壓和雷電過電壓，這些危險浪涌能量無法瀉放或吸收，而侵入電氣設備內(nèi)部電路，就能影響電子設備的正常工作，甚至會燒毀電路；而集成數(shù)字電路容易受ESD/EFT（靜電放電/電快速瞬變脈沖群）等浪涌電壓干擾，可能會造成工作異常、死機，甚至損壞并引發(fā)其他的安全問題。利用TVS器件對電路進行精細保護，可有效地使電子線路中的精密元器件免受各種浪涌脈沖的損壞。本文對TVS器件的特性及應用作詳細分析與研究有重要意義。

1 TVS的結構及分類

TVS瞬態(tài)電壓抑制器是在穩(wěn)壓二極管的基礎上發(fā)展而來的，是一種二極管形式的新型高效能保護器件。TVS通常采用二極管式的軸向引線封裝結構，TVS的核心單元是芯片，芯片主要材料為半導體硅片或曬片，芯片有單極型和雙極型兩種結構，單極型TVS有一個PN結，雙極型TVS有兩個PN結。TVS芯片的PN結經(jīng)玻璃純化保護由引線引出，再經(jīng)改性環(huán)氧樹脂封裝制成。

TVS瞬態(tài)電壓抑制器有單極性與雙極性之分[1]，單極性只對一個方向的浪涌電壓沖擊起保護作用，雙極性瞬態(tài)二極管對相反的極性浪涌電壓沖擊都起保護作用，相當于兩只穩(wěn)壓管反向串聯(lián)，它優(yōu)點是結電容小，響應時間短，功率大。單向TVS多用于直流和已知方向的信號電路，雙極性TVS多用于交流和變化的信號電路，TVS陣列多用于多線保護[2]。TVS管也可以與二極管串聯(lián)，利用二極管寄生電容較小的特點來降低總寄生電容，可以實現(xiàn)對高速信號端口的保護。TVS串行接入電路可以分電壓，并行接入可以分電流，但在應用中應控制串/并數(shù)量，TVS在應用過程中必須考慮環(huán)境溫度及溫度變化情況對TVS特性的影響，因為溫度上升會使TVS反向漏電流增加，功耗下降。另外，TVS按峰值功率可分為500 W，1 000 W，1 500 W，5 000 W等多種型號。

2 TVS的主要參數(shù)及選用

2.1 最小擊穿電壓VBR

最小擊穿電壓VBR等于1 mA的測試電流通過TVS時，TVS兩極的電壓值。VBR根據(jù)其與標準值的離散程度分為兩種：VBR（5%）與VBR（10%）。

2.2 額定反向工作電壓VWM

TVS反向工作時，在規(guī)定的IR條件下，TVS兩極的電壓值稱為額定反向工作電壓VWM。一般情況，VWM=（0.8～0.9）VBR，離散度[3]為5%的TVS，VWM=0.85VBR（5%）；離散度為10%的TVS，VWM=0.81VBR（10%）。VWM值的選擇要適中，VWM值既要大于等于US（最大持續(xù)工作電壓），又要與US值相接近，選擇太大或太小都不能安全可靠保護電路。

2.3 最大反向脈沖峰值電流IPP

TVS反向工作時，在規(guī)定的脈沖條件下，TVS允許通過的最大峰值脈沖電流稱為最大反向脈沖峰值電流，峰值脈沖電流IPP應大于電路瞬態(tài)浪涌電流。

2.4 最大鉗位電壓VC

當脈沖峰值電流IPP流過TVS時，其兩極的最大峰值電壓為最大鉗位電壓。VC為TVS的電壓保護水平，是選用TVS十分關鍵的參數(shù)，應小于被保護電路耐壓水平UW，否則TVS將失去保護作用。TVS鉗位系數(shù)等于[VCVBR]，鉗位系數(shù)取值一般在1.2～1.4范圍內(nèi)[3]。

2.5 峰值脈沖功率Ppp

峰值脈沖功率等于TVS允許通過的最大峰值脈沖電流IPP與最大箝位電壓VC的乘積。Ppp值與脈沖波形、脈沖時間及環(huán)境溫度有關。在應用中要根據(jù)電路的特性和工作環(huán)境確定電路預期瞬態(tài)浪涌電流及可能出現(xiàn)的瞬態(tài)浪涌脈沖功率，峰值脈沖功率Ppp應考慮20%的安全裕量，據(jù)此確定TVS額定脈沖功率Pppm。額定脈沖功率應大于被保護器件或線路可能出現(xiàn)的峰值脈沖功率。同時，電路設計必須認真考慮重復施加脈沖能量的累積，其能量不應超過TVS器件的脈沖能量額定值。

2.6 電容C

TVS的電容量由其芯片的面積和偏置電壓來確定，其偏置電壓與電容值C成反比。在應用中要根據(jù)電路持性選擇合適的電容范圍，電容大會使信號損失，對信號起調(diào)制作用，引起干擾。

2.7 反向漏電流ID

當額定反向工作電壓VWM加于TVS兩極時，TVS處于反向關斷狀態(tài)，流過TVS的電流稱為反向漏電流，ID值應小于或等于其最大反向漏電流。

2.8 鉗位響應時間TC

鉗位響應時間是指TVS兩極電壓從零升至最小擊穿電壓VBR的時間，TVS[2]的TC小于1×10-12 s，僅為1 ps。

3 TVS的特性分析

3.1 TVS的伏安特性

TVS能保護晶體管電路，是靠伏安特性起箝位作用，見圖1[2]。當TVS管電壓為反偏，且位于0～VBR時，TVS管呈高電阻狀態(tài)；當反偏電壓超過VBR時，流經(jīng)TVS管電流迅速增加，進入低電阻導通狀態(tài)，從高電阻狀態(tài)到低電阻狀態(tài)延時只有ps數(shù)量級。TVS管兩端電壓被箝制在VC以下，經(jīng)過電壓脈沖過后，TVS管又恢復高阻狀態(tài)。

3.2 TVS的鉗位特性

TVS屬限壓型浪涌保護器件，能對過電壓起鉗位作用，將浪涌電壓限制在安全耐壓范圍內(nèi)，從而保護后面的負載電路。根據(jù)電路的基本理論，按照環(huán)路電壓分析法，從圖2可以看出，電路的輸出電壓Voutput可由式（1）得到：

[Voutput=VBR+RSVgRg ] （1）

若設浪涌電壓Vg為8 kV，Rg為330 Ω，RS為0.14 Ω，TVS的VBR為6 V，則i≈24 A，那么由式（1）得Voutput=10 V。利用TVS的鉗位特性，將8 kV危險浪涌電壓削減到10 V的安全電壓。需要注意的是，以上電路應滿足Rg>RS+RLoad>RS這一條件[10]。

4 TVS的應用

4.1 TVS在TN電源系統(tǒng)的應用

雷電過電壓波、負載開關等人為操作錯誤引起的過電壓容易通過供電線路侵入電氣電子設備內(nèi)部，造成電氣電子設備失效、誤動作，甚至造成設備的永久性損壞，造成嚴重經(jīng)濟損失。通過在電源線路上安裝浪涌吸收裝置MOV和TVS，實施兩級保護，并對L、N線進行共模、差模保護。具體做法是在線路的前端安裝MOV作為第一級SPD保護，泄放大部分雷電流，在線路的末端（設備前端）安裝大功率TVS作為第二級SPD保護，進一步削弱過電壓波幅值，將電網(wǎng)電壓降至E/I安全耐壓范圍之內(nèi)，如圖3所示。要注意的是，MOV與TVS應達到電壓和能量的協(xié)調(diào)與配合，AB之間的線路長度不應小于5 m，否則應增加線路長度或安裝退耦器件。

4.2 TVS在網(wǎng)絡信號線路的應用

TVS不僅可以用于電源系統(tǒng)的浪涌防護，還可以用于信號線路的浪涌保護，采用氣體放電管GDT與TVS管組合成信號浪涌保護器，其特點是反應快，漏流小，幾乎對信號無損耗，可以對高速網(wǎng)絡線路提供安全、可靠的保護，如圖4所示。

4.3 TVS在直流電源系統(tǒng)的應用

圖5為一臺普通PC電腦的供電電源電路，市電AC 220 V經(jīng)過變壓器降壓至AC 20 V，再經(jīng)調(diào)制整流電路，輸出DC 10 V直流電源，接入負載。通過在變壓器輸出端安裝雙向瞬態(tài)電壓抑制器TVS1，吸收L及N線的瞬時沖擊脈沖電流，將電路電壓箝制在安全電壓水平，TVS1可以保護變壓器后端整流器及其他電路元器件。在整流器后的直流電源輸出端安裝單向瞬態(tài)電壓抑制器TVS2，用于保護直流負載免受過電壓電電流沖擊。

4.4 TVS在晶體管電路的應用

晶體三極管作為電流控制型器件，是電子集成電路中的重要組成部分，可分為NPN管和PNP管[5]兩類，應用于開關電路、放大電路和穩(wěn)壓電路。為了使晶體管電路免受ESD/EFT（靜電放電/電快速瞬變脈沖群）等浪涌電壓的干擾，在電路的輸入端和輸出端分別加入TVS1、TVS2進行保護，其保護電路如圖6所示。

4.5 采用TVS保護TTL邏輯電路

TTL電路是晶體管?晶體管邏輯電路的簡稱，是目前使用最廣泛的一種門電路，通過輸入高低電平[5]，實現(xiàn)邏輯功能。它由三部分組成，即輸入級（發(fā)射極晶體管V1和基極電阻R1）、倒相級（V2管和電阻R2，R3）、輸出級（V3，V4，V5和電阻R4，R5）。對于TTL邏輯電路的浪涌防護，主要通過在輸入級A，B端分別加入TVS1和TVS2進行保護，在電路的輸出端“L”加入TVS4進行保護，在直流電源UCC端加入TVS3進行保護，可以有效抑制各種瞬變過電壓對晶體管的EB結或CE結擊穿而損壞。圖7為TTL“與非”門的典型保護電路。

4.6 采用TVS保護MOS集成電路

MOS集成電路的基本原件是MOS晶體管，MOS管有源極S、漏極D、柵極G三個電極，是電壓控制元件，用變化的柵漏電壓來控制漏源電流，MOS管分為P型MOS管和N型MOS管兩種[5]。由NMOS管和PMOS管組成的互補型MOS電路稱為CMOS電路，它能對輸出端的電容提供一個快速充放電回路，功耗小，工作速度較高，具有較強的負載能力及抗干擾能力，在數(shù)安集成電路中得到越來越廣泛的應用。圖8為COMS反相器保護電路圖，在電路的輸入端Ui、輸出端Uo及電源電壓UDD分別加入TVS3，TVS2，TVS1，從而保護晶體管電路及后面的負載元件。

5 結 語

（1）TVS具有響應快、功率大、極間電容和體積小、無漏流、應用領域廣等優(yōu)點，可有效地保護TN電源系統(tǒng)、直流電源、信號線路及晶體管集成電路等，可抑制共模/差模浪涌沖擊和ESD/EFT等瞬態(tài)浪涌電壓的干擾。

（2）電路設計應考慮被保護電路的特性、工作環(huán)境及TVS的VC，IPP，VWM，VBR，Ppp等相關參數(shù)選擇適配的TVS保護器件，TVS接入電路應不影響電路的正常運行，能安全泄放預期瞬態(tài)浪涌電流，將危險電壓鉗位于電路安全耐壓值以內(nèi)。

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