浪涌保护电路原理与设计，图文+案例

今天来给大家分享的是：浪涌保护电路原理与设计

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浪涌保护电路被许多人称为交流电网线路中电压尖峰的保护器，不限于交流电网线路。浪涌保护器或浪涌保护装置是一种提供浪涌抑制或电压尖峰抑制以使敏感设备不会受到损坏的装置。

一般来说，浪涌是水平或者幅度从正常值突然增加。在电子电路中，通常是用来指电压瞬变、电压浪涌或者电压尖峰。电压浪涌或者尖峰瞬变，是在很短的时间内发生，如果没有应对措施，就很容易损坏设备。

电压浪涌不仅存在于电源线中，也存在于具有电感特性的电路中。然后电源线中的电压浪涌是最具有破坏性的，可以高达几KV。

下图显示了交流电源线上的电压浪涌。

交流线路瞬态电涌保护器通常安装在房屋、办公室和建筑物中，防止电气或设备损坏，安装在所有设备或者设备获取来源的部分。这样做，所有设备都将受到线路浪涌和尖峰的保护。

1、初级浪涌保护器

初级浪涌保护装置安装在住宅、办公室或者建筑物电气线路的入口处。用来保护入口点之后连接线路的所有设备或器具。一般来说初级浪涌保护器很强大，比较大也会比较重，价格也会比较高。

2、次级浪涌保护器

次级浪涌保护器不如初级浪涌保护器有效和强大。但是携带起来非常方便。在大多数情况下，这种浪涌保护器很容易插入电源插座，

下图显示了初级和次级电源保护器如何安装在建筑物中。

1、电源板

电源板很容易插入电源插座，除此之外，还配备了多个电源插座，其中可以插入多个设备和电器受到浪涌保护。最主要的特性是在出现浪涌电压时可以终止供电。

2、UPS 或不间断电源

一些复杂的 UPS 内置电涌保护器，提供与配电盘相同的安全功能。

有一种浪涌保护装置一旦出现电压浪涌就可以切断电源。这种类型的浪涌保护器比较精密，复杂，当然也比较贵。这种类型的基本元件是电压传感器、控制器和锁存/解锁电路。

电压传感器将监控线路电压，控制器将读取感测电压并决定向锁存/解锁电路发出电压终止信号。闩锁/解锁电路是一种可控的电源接触器或电源开关，可以接通或断开线路电压。

还有一种浪涌保护器不会提供电压关断，只是钳位电压瞬变并吸收能量。这种类型的浪涌保护通常用作内置浪涌保护，例如开关模式电源。这种类型的保护在高达几千伏的电压下是有效的。这种类型的浪涌保护如下图所示。

开关模式电源

交流线路 1 和 2 之间的浪涌保护器 1 称为差模浪涌抑制。差模浪涌抑制器钳制交流线路1 和 2 上的任何电压尖峰。之所以称为差模，是因为它安装在两根热线上。

而浪涌保护器2和3都称为共模浪涌抑制器。共模是用于浪涌保护器 2 和 3 的术语，因为它们都是相对于大地或接地的各个热线上的钳位电压瞬变。在浪涌要求不是那么严格的情况下，浪涌保护器1已经足够通过标准了。但是，对于更高的浪涌电压等非常严格的要求，增加了浪涌保护器 2 和 3。

电压浪涌的发生有很多因素，可能是由于闪电、电力系统切换（如电容组）、带有切换装置的谐振电路、接线错误以及突然打开和关闭开关、电动机和其他高电感电器和设备造成的。大部分地方都存在交流线路电压浪涌，因此，建议保护设备和设备免受这个的影响。

下面是浪涌或电压尖峰可以进入电器或设备的常见路径。

1、电源线

这是造成浪涌的第一大媒介，因为所有电气和电子设备都使用来自交流线路的电源。

2、射频线路

包括天线，天线同意遭受雷击。闪电会在短时间内产生非常高的电压尖峰。当闪电击中天线时，会穿透射频接收器。

3、汽车交流发电机

在汽车电子产品中，会有电压浪涌，因为交流电机在负载突降期间产生高压尖峰。

4、电感电路/负载

电感电路和负载都容易引入浪涌电压，大多数情况下，被称为感应反冲。

设计浪涌保护装置没有很难。实际上，某些电子设备的内置浪涌保护只能是单个装置，可以是MOV或金属氧化物压敏电阻或瞬态电压抑制器TVS。假设在下图中，浪涌保护 1 到 3 可以是 MOV 或 TVS。

有时，交流线路之间的浪涌保护装置足以通过IEC标准。在少数情况下，线路和地之间需要浪涌保护电路。这尤其是在更高的浪涌电压要求（4kV及以上）。

1、基本属性

• MOV代表金属氧化物压敏电阻，通常用于电源线浪涌保护

• MOV 有些地方很像一个二极管，具有非线性和非欧姆电流和电压特性，但是是双向的

• 在有些性能上也可以比作双向瞬态电压抑制器 TVS

• 未达到钳位电压时，为开路

下面是MOV的电压-电流曲线。在第1象限和第3象限上具有几乎恒定的电压，ZnO和SiC分别代表氧化锌和碳化硅，是两种常见的制作MOV材料。

MOV的电压-电流曲线

2、怎么选择MOV？

对于通用90-264Vac线路，通常的MOV额定电压为300Vrms。300Vrms是MOV可以承受的RMS或者连续施加电压。

例如，我们将使用保险丝TMOV14RP300ML2B7，根据数据表，它的额定交流电压为 300Vac，但在 50A 峰值电流下的钳位电压为 775V。

接下来要验证的是MOV的浪涌电流额定值是否能够处理指定的水平。根据下面所选的MOV数据表。在2000A和20usec 脉冲持续时间下，MOV能够处理超过15次但少于100次的罢工。在下表中在2000A的设备上画了虚线。

虽然数据表指定了钳位电压，但在2000A时不可能不再生效。下图显示了使用所选的MOV时。黄线的交叉点是钳位电压，已经超过1000V。确保设置中使用的所有期间都能承受这个电压水平。不然的话，就需要考虑使用另一个钳位电压较低的MOV。

3、MOV 电源线浪涌保护的理想位置

作为浪涌保护装置的 MOV 必须安装在保险丝旁边，如下图所示。使用这种接线，一旦浪涌电流太大而 MOV 无法处理，保险丝将断开并打开电路，避免可能发生的灾难性故障。

MOV 电源线浪涌保护的理想位置

浪涌不仅会发生在交流电源线上，在汽车系统中，电压浪涌也是会经常发生的，汽车系统使用铅酸电池，6节电池与2.15V串联时的典型满充电电压为12.9V每个电池。在计算中，通常使用14V的最大电池电压，这个水平不会破坏电池，额定电压为30V的设备生命周期也会很长。

但是这种看法仅在稳定状态下是正确的，在不稳定下是不正确的。

在稳定状态下不是所谓的”负载突降“。负载突降是用于描述电池在交流发电机充电时突然断开连接。对于12V系统，负载突降可能导致高达120V尖峰。

为了抵消这种负载突降情况，通常使用变阻器等浪涌保护电路。

在汽车中，负载突降波形由 ISO 7637 定义，如下图所示。峰值电压最大为 125V。与 IEC 61000-4-5 定义的标准相比，上升和脉冲宽度持续时间（T1 和 T）更长。

ISO 7637的负载突降波形

具体的如下图所示。

汽车浪涌抑制器的理想位置

1、设计要求

• 输入：24V直流

• 浪涌电流波形为8/20μs；电压为1.2/50μs

• 峰值浪涌电流：800A

• 应该能承受 40 次浪涌

• 保护敏感设备的额定电压最大值为 250V

2、定义变阻器直流电压

对于24V系统，也不要选择额定电压为24V的压敏电阻。至少要有20%的安全余量。

但是，也不需要留太多，因为对用于体积较大的压敏电阻和更高的钳位电压。，

压敏电压=24V x 1.2=28.8V

3、选择满足浪涌电流和脉冲数的器件

上面具有31V DC额定值的都是候选。但是满足标准的没有那么多，下面就需要考虑峰值浪涌电流和脉冲数，并且可以满足的器件。

下面是上表中列出的14mm零件的脉冲持续时间与峰值浪涌电流能力的关系。根据图表，14mm的无法满足所需要的脉冲数。

14mm零件的脉冲持续时间与峰值浪涌电流能力的关系

下图为20mm的脉冲额定曲线图，在800A峰值浪涌电流下，器件可以保证40个以上的脉冲要求。因此，选择20mm尺寸的零件。

20mm的脉冲额定曲线图

从上表中，有两个20mm尺寸的零件，首先考虑V20E25P。

4、检查钳位电压

最后一步是检查钳位电压。如果最大钳位电压超出要求，那上面做的都是无用功了。下面是 20mm 零件的最大钳位电压，从图中可以看出，V20E25P 是浪涌的完美器件保护电路。

20mm 零件的最大钳位电压