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防雷电路设计之二

浪涌的防护原理

一般采用“多级防护、逐级削减” 的模式进行系统级的浪涌防护,如下图所示:

第一级保护:

一般为最容易引入雷电的端口,如建筑物进线口、 AC电源输入端口等,一般根据应用场合选取不同类型大通流保护器件。

电源端口的第一级防护一般选用钳位型大通流保护器件。信号端口的第一级防护一般采用气体放电管,如GDT、 SPG、 TSS、信号 类防雷模块(SPD)等。

第二级保护:

一般选用反应速度快钳位电压低的TVS、 ESD等。

退耦元件:

由于第一级防护器件与第二级防护器件采用的过电压保护器件种类不同,击穿电压大小不同,响应时间不同,所以要在两级过电压保护器件之间加退耦元件才能保证两级过电压保护器件协同工作。退耦元件要求有一定的阻抗才能起到退耦的作用。

遵循原则:多级防护,并联关系;逐级削减,前多后少;

实际电源系统工程中:

性能对比:

MOV、GDT和SPG具有较大的通流量,SPG最大达3kA,MOV可达80kA,GDT可达100kA,一般用于一级防护。

TSS、 TVS和ESD为硅基材料器件,半导体工艺制成,具有较精准的击穿电压,快速响应速度等优点,一般用于二级防护电路。

Hyper-fix为超大功率TVS,具有MOV和TVS的优点,如精准的击穿电压,超大浪涌冲击电流,快速响应速度等,可替代MOV应用于AC电源输入端作为一级防护。

常用器件的性能介绍:

MOV

优点:钳位型:动作后不会短路电网; •通流量大:可吸收较多能量;

缺点:

反应慢:钳位滞后,残压大于标称电压;

精度一般:±10%,向下>Vin_max, 向上影响残压;

电容较大:几百pF~几千pF,漏电流大,易发热起火,影响寿命或安规;

GDT

优点:通流量大:可吸收较多能量; •电容特小:小于1.5pF,可与MOV串联,解决MOV的漏电流问题;

缺点:

开关型------动作后电压很低,且不能自动灭弧,易造成电网短路而爆炸;

反应最慢:因需要累积能量击穿气体,延时较大,残压较高;

精度最差:±20%,向下>Vin_max,向上影响残压;

TVS/TSS/ESD:

精准,快速,但是通流量偏小,一般用于二级防护电路;

器件特性和防雷电路设计息息相关,下章节为大家分享常用的防雷电路。

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