【原創(chuàng)】關(guān)于開關(guān)電源浪涌抑制
下邊咱們先從電壓浪涌說起··
開關(guān)電源手冊第二章中講了下IEEE中對交流浪涌的測量所得出的標(biāo)準(zhǔn),這些都在IEEE587-1980標(biāo)準(zhǔn)里,里邊對低于600V的交流電歸為三個(gè)類別,A類、B類、C類,應(yīng)力依次增大。具體的可以參考下該標(biāo)準(zhǔn)。
后邊說了一下浪涌發(fā)生的概率
拿一個(gè)中等暴露的場合為例,5KV的尖峰至少是一年一次,而在這段時(shí)期1KV-2KV之間的尖峰會有好幾百次,可見浪涌防護(hù)是多么的重要。
該標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了暴露等級:
1.低暴露程度,系統(tǒng)所在位置閃電活躍度低,很少負(fù)荷開關(guān)活動;
2.中等暴露程度,系統(tǒng)所在位置閃電活躍度高,有頻繁和嚴(yán)重的開關(guān)瞬變活動;
3.高暴露程度,少見的由長的架空線路供電的實(shí)際系統(tǒng),在輸出線的終端易受到反射影像,此處設(shè)備特性在高應(yīng)力下產(chǎn)生大的過負(fù)荷火花放電···
IEEE還提到浪涌電壓的波形,調(diào)查發(fā)現(xiàn)雖然雖然浪涌電壓波形表現(xiàn)為很多形狀,但現(xiàn)場測量和理論計(jì)算都表明,大多數(shù)室內(nèi)低壓系統(tǒng)(小于600V交流電)的浪涌電壓都有一個(gè)阻尼振蕩波形,如圖所示
有一段文字描述了改現(xiàn)象
在分布系統(tǒng)的沖擊浪涌激起傳導(dǎo)系統(tǒng)的自然諧振頻率震蕩。結(jié)果,不僅有典型的振動的浪涌,而且在系統(tǒng)的不同位置將有不同的幅值和波形。這些浪涌的振蕩頻率范圍在5K到500K。對于居民區(qū)和輕工業(yè)交流電網(wǎng)來說,30Khz-100Khz頻率是典型浪涌的一個(gè)現(xiàn)實(shí)量度。
上邊大概說了下電壓浪涌的發(fā)生,那么下邊說說防治措施
現(xiàn)在電壓浪涌抑制這塊還沒有太多的器件,而且也沒有一個(gè)很理想的器件來滿足所有浪涌要求。而是利用器件之間的優(yōu)點(diǎn)來相互的抵消之間的缺點(diǎn),從而相互配合來實(shí)現(xiàn)所達(dá)到的功能···
氣體放電管(GDT),金屬氧化物壓敏電阻(MOV),電壓瞬變抑制二極管(TVS)是防治浪涌保護(hù)電路中最常用到的電子器件
先說說氣體放電管(GOT)
氣體放電管是由兩個(gè)或數(shù)個(gè)帶間隙的金屬電極,充以惰性氣體(氬氣或氖氣),通過銀銅焊料高溫封裝而成的一種金屬陶瓷結(jié)構(gòu)的氣體放電器件。
在正常情況下,放電管因其特有的高阻抗及低電容,對線路的正常工作沒有任何不利的影響。當(dāng)浪涌電壓達(dá)到氣體放電管的擊穿電壓時(shí),氣體放電管便開始放電,并由高阻變?yōu)榈妥?,幾乎成短路狀態(tài),其端電壓非常低。
氣體放電管的主要參數(shù):
1.響應(yīng)時(shí)間,指當(dāng)外加電壓超過其限制電壓直到達(dá)過沖峰值時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間。一般為us數(shù)量級
2.直流擊穿電壓,直流擊穿電壓當(dāng)外施電壓以100V/s的速率上升,放電管產(chǎn)生火花時(shí)的電壓為擊穿電壓。氣體放電管具有多種不同規(guī)格的直流擊穿電壓,其值取決于氣體的種類和電極間的距離等因素。
3.伏安特性
氣體放電管的主要優(yōu)點(diǎn)
1.通流能力強(qiáng),放電管工作時(shí)電極僅維持很小的電壓,能承受極大的電流。
2.搞阻抗,低電容。
氣體放電管的主要缺點(diǎn):
1.響應(yīng)時(shí)間長,達(dá)到微秒級別;
2.續(xù)流現(xiàn)象,當(dāng)瞬變結(jié)束時(shí)仍有維持導(dǎo)通的傾向。
今天開始講下金屬氧化物壓敏電阻(MOV)
壓敏電阻的基本意思是“在一定電壓范圍內(nèi)電阻值隨電壓改變而改變”。
基本工作原理是隨著加在其上邊的電壓值的不斷增大,MOV的電阻值可以從幾兆歐變化到幾豪歐。
其一般工作在三個(gè)工作狀態(tài),預(yù)擊穿區(qū),擊穿區(qū)和上升區(qū)。
當(dāng)施加于壓敏電阻兩端的電壓小于其鉗位電壓時(shí),此時(shí)壓敏電阻呈現(xiàn)很大的阻抗,漏電流很小,可視為短路,此時(shí)工作于預(yù)擊穿區(qū);
當(dāng)施加于壓敏電阻兩端的電壓升高大于其鉗位電壓后,此時(shí)壓敏電阻進(jìn)入擊穿區(qū),此時(shí)其伏安特性進(jìn)入非線性區(qū)。電流在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化時(shí),其兩端電壓變壓不大,有較好的限壓特性。
當(dāng)施加于壓敏電阻兩端的電壓繼續(xù)升高,此時(shí)壓敏電阻便進(jìn)入上升區(qū),壓敏電阻此時(shí)呈現(xiàn)一個(gè)很小的線性電阻,其伏安特性進(jìn)入線性區(qū)。壓敏電阻在該區(qū)域已經(jīng)失去抑制過電壓,吸收或釋放浪涌能量,時(shí)間一長壓敏電阻就會過熱燒毀甚至?xí)选?/p>
總上所述,壓敏電阻正常工作在預(yù)擊穿區(qū),受到浪涌沖擊時(shí)進(jìn)入擊穿區(qū),一般不會讓其工作在上升區(qū)···
壓敏電阻有氧化鋅,碳化硅,金屬氧化物,鍺,鈦酸鋇等多種材料的種類。一般常用的是氧化鋅··
白天忙著項(xiàng)目,晚上有時(shí)間更新下,大家別著急,我盡快更新完···
繼續(xù)···
壓敏電阻的主要特性:
1.壓敏電壓,用固定的1mA電流流過壓敏電阻時(shí)其兩端所產(chǎn)生的電壓值。電壓范圍一般在10V-9000V之間,可根據(jù)具體的使用情況來選取。一般選取原則為壓敏電壓=1.5*Vp~2.2*Vac之間,式中Vp是直流工作電壓,實(shí)際交流輸入時(shí)要乘以根號2,Vac為額定電源輸入。比方一個(gè)輸入110Vac的電壓,那么選取的壓敏電壓=1.5*1.414*110~2.2*110=233~242V,可以選則270的壓敏電阻。
另外不同廠家壓敏電壓的定義不同,選擇是要仔細(xì)看看廠家的說明書及產(chǎn)品命名規(guī)則,或向廠家詢問清楚。比如,EPCOS的S20K250,型號中的250指的是最大交流工作電壓有效值,那么最大直流工作電壓為320V,而對應(yīng)的壓敏電壓為為390V。這里標(biāo)的是最大交流電壓有效值,而有的會標(biāo)壓敏電壓,比方國產(chǎn)的型號MYG20G20K221,里邊的221表示其壓敏電壓為220V,(這里采用科學(xué)計(jì)數(shù)法),對應(yīng)的最大交流有效值為140V,最大直流電壓為180V。
2最大通流能力,即最大脈沖電流的峰值是環(huán)境溫度為25℃情況下,對于規(guī)定的沖擊電流波形和規(guī)定的沖擊電流次數(shù)而言,壓敏電壓的變化不超過± 10%時(shí)的最大脈沖電流值。一般選擇的壓敏電阻要小于手冊中給出的最大通流能力。
其實(shí)好多時(shí)候直徑就可以大概的知道該壓敏電阻的最大通流能力,上邊EPCOS的S20K250中的S20指的是該壓敏電阻的直徑為20mm,其標(biāo)稱通流能力為2000A,那么標(biāo)稱S10K250是不是就是標(biāo)稱1000A?結(jié)果是否定的,一般其同一些列的產(chǎn)品,通流能力和壓敏電阻的面積成正比,那么S10K250的通流能力只有S20K250的四分之一,為500A,S14對應(yīng)的是1000A的產(chǎn)品,S07是250A,S05只有100A···
3.結(jié)電容,指壓敏電阻兩電極間呈現(xiàn)的電容,在幾pF~幾百nF的范圍內(nèi)。體積越小,壓敏電壓越高,電容越小??梢娖浣Y(jié)電容是不小的,高頻應(yīng)用的時(shí)候要注意了···
繼續(xù),上邊說了下壓敏電阻的主要特點(diǎn),及選用方法。今天講下壓敏電阻的缺點(diǎn),主要缺點(diǎn)是在反復(fù)的過壓下會逐漸老化并具有相當(dāng)大的動態(tài)電阻。
壓敏電阻在反復(fù)的過壓情況下,器件會迅速老化,減弱了其有效鉗位作用。并且老化以后不宜測量出來。另外,壓敏電阻相當(dāng)高的動態(tài)電阻,一位著它對大電流瞬變情況的鉗位作用很小的。
壓敏電阻的實(shí)效模式通常是短路,為了防止壓敏電阻的失效造成電源短路而起火,可以在每個(gè)壓敏電阻上串聯(lián)一個(gè)保險(xiǎn)管。當(dāng)壓敏電阻失效時(shí),它所產(chǎn)生的熱量把保險(xiǎn)管熔斷,從而使失效的壓敏電阻與電路分離,確保設(shè)備的安全。也可以把壓敏電阻和上邊說的氣體放電管串聯(lián)使用,氣體放電管一般實(shí)效后通常是斷路。
以上就是壓敏電阻的主要特性及參考選擇方法。下邊有時(shí)間談?wù)勲妷核沧円种贫O管(TVS)
電壓瞬變抑制二極管又叫鉗位型二極管,外形與普通二極管相同。但能吸收高達(dá)數(shù)千瓦的功率浪涌。它的主要特點(diǎn)是承受瞬間高能量脈沖時(shí),能在極短的時(shí)間內(nèi)(通常為10ms左右)由高阻狀態(tài)轉(zhuǎn)為低阻,把浪涌電壓鉗制到特定的水平,從而保護(hù)用電設(shè)備及元器件不被損壞。
瞬變抑制二極管允許的正向浪涌電流最大可達(dá)50-200A
瞬變抑制二極管有雙向和單向之分,雙向正反兩個(gè)方向吸收瞬間大功率脈沖,適合于交流電路。單向的只是單方向吸收瞬間大功率脈沖,適合于直流電路。
請問在浪涌抑制里會使用發(fā)光二極管嗎?
在曾經(jīng)的設(shè)計(jì)中,對于浪涌在端口除了添加X電容和Y電容(沒有大電解電容情況下),使用瞬態(tài)抑制二極管應(yīng)該就夠用了吧
梁版,請問下“當(dāng)施加于壓敏電阻兩端的電壓小于其鉗位電壓時(shí),此時(shí)壓敏電阻呈現(xiàn)很大的阻抗,漏電流很小,可視為短路,此時(shí)工作于預(yù)擊穿區(qū)”;
我之前在其他地方看到:當(dāng)施加于壓敏電阻兩端的電壓小于其鉗位電壓時(shí),此時(shí)壓敏電阻呈現(xiàn)很大的阻抗,漏電流很小,應(yīng)該為‘開’路吧?