3.综合浪涌保护系统组合
3.1.三级保护
对于自动化控制系统的所需的浪涌保护应在系统设计中进行综合考虑，针对电子设备的特性，应用于该系统的浪涌保护器基本上可以分为三级，对于为电子设备的供电设备来说，需要装设雷击电流放电器、过压放电器以及终端设备保护器。数据通信和测控技术的接口电路，比各终端的供电系统电路显然要灵敏得多，所以必须对数据接口电路进行细保护。
为电子设备的供电设备的第一级保护采用的是雷击电流放电器，它们不是安装在建筑物的进口处，就是在总配电箱里。为保证后续设备不承受的剩余残压太高，所以必须根据对保护范围的性质，安装第二级保护。在下级配电设施中安装过电压放电器，作为二级保护措施，作为第三级保护是为了保护仪器设备，采取的方法是，把过电压放电器直接安装在仪器的前端。电子设备的三级保护布置如图2所示；在不同等级的放电器之间，必须遵守导线的最小长度规定。供电系统中雷击电流放电器与过压放电器之间的距离不得小于10米，过压放电器同仪器设备保护装置之间的导线距离则不应低于5米。
3.2.三级保护器件
3.2.1.充有惰性气体的过电压放电器，是电子设备应用较广泛的一级浪涌保护器件。充有惰性气体过电压放电器，一般构造的这类放电器可以排放20千安（8/20）微秒或者2.5千安（10/350）微秒以内的瞬变电流。气体放电器的响应时间处于毫微秒范围，其被广泛的应用于远程通信范畴。该器件的一个缺点是它的触发特性与时间相关，其上升时间的瞬变量同触发特性曲线在几乎与时间轴平行的范围里相交。因此保护电平将同气体放电器额定电压相近。而特别快的瞬变量将同触发曲线在十倍于气体放电器额定电压的工作点相交，也就是说，如果某个气体放电器的最小额定电压90伏，那么线路中剩余的残压可高达900伏。它的另一个缺点是可能会产生后续电流。在气体放电器被触发的情况下，尤其是在阻抗低、电压超过24伏的电路中会出现下列情况：即原来希望维持几个毫秒的短路状态，会因为该气体放电器继续保持下去，由此引起的后果可能是该放电器在几分之一秒的时间内爆碎。所以在应用气体放电器的过电压保护电路中应该串联一个熔断器，使得这种电路中的电流很快地被中断。
3.2.2. 氧化锌压敏电阻是以氧化锌为主体材料制成的氧化锌压敏电阻，其电压非线性系数高，容量大、残压低、漏电流小、无续流、伏安特性对称、电压范围宽、响应速度快、电压温度系数小，且具有工艺简单、成本低廉等优点，是目前广泛使用的浪涌电压保护器件。其适用于交流电源电压的浪涌吸收、各种线圈、接点间浪涌电压吸收及灭弧，三极管、晶闸管等电力电子器件的浪涌电压保护。
氧化锌压敏电阻被广泛作为系统中的二级保护器件，因压敏电阻在毫微秒时间范围内具有更快的响应时间，不会产生后续电流的问题。在测控设备的保护电路中，压敏电阻可以用于放电电流为2.5KA—5KA（8/20）微秒的中级保护装置。压敏电阻的缺点是老化和较高的电容问题，老化是指压敏电阻中二极管的P-N部分，在通常过载情况下，P-N结会造成短路，其漏电流将因此而增大，其值的大小取决于承载的频繁程度。其应用于灵敏的测量电路中将造成测量失真，并且器件易发热。压敏电阻大电容问题使它在许多场合不能应用于高频信息传输线路，这些电容将同导线的电感一起形成低通环节，从而对信号产生严重的阻尼作用。不过，在30千赫兹以下的频率范围内，这一阻尼作用是可以忽略。
3.2.3. 瞬态电压抑制器TVS（Transient voltage suppressor），瞬态电压抑制器TVS一般用于高灵敏的电子回路，其响应时间可达微微秒级，而器件的限压值可达额定电压的1.8倍。其主要缺点是电流负荷能力很弱、电容相对较高，器件自身的电容随着器件额定电压变化，即器件额定电压越低，电容则越大，这个电容也会同相连的导线中的电感构成低通环节，而对数据传输产生阻尼作用，阻尼程度与电路中的信号频率相关。
当TVS两极受到反向高能量冲击时，它能以10-12s级的速度，将其两极间的阻抗由高变低，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极的电位箝位于预定值，有效地保护自动化设备中的元器件免受浪涌脉冲的损害。TVS具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压容易控制、体积小等优点，目前被广泛应用于电子设备等领域。
TVS的特性：其正向特性与普通二极管相同，反向特性为典型的PN结雪崩器件。图3是TVS的电流—时间和电压—时间曲线。在浪涌电压的作用下，TVS两极间的电压由额定反向关断电压VWM上升到击穿电压Vbr而被击穿。随着击穿电流的出现，流过TVS的电流将达到峰值脉冲电流Ipp，同时在其两端的电压被箝位到预定的最大箝位电压Vc以下。其后，随着脉冲电流按指数衰减，TVS两极间的电压也不断下降，最后恢复到初态，这就是TVS抑制可能出现的浪涌脉冲功率，保护电子元器件的过程。
3.2.4 R、C、D组合浪涌吸收器：R、C、D组合浪涌吸收器比较适用于直流电路，可根据电路的特性对器件进行不同的组合，如图4（a）适用于高电平直流控制系统，而图4（b）中采用齐钠稳压管或双向二极管，适用于正反向需要保护的电路。
联系客服
