浪湧電壓保護注意事項（xiàng）

不受管理的浪湧電壓可能會導致係統中斷或損壞，甚至對用戶和操作員造成危險。浪湧保（bǎo）護裝置 (SPD)，也稱為瞬態電壓抑製器 (TVS)，通常用於通過限製（zhì）或阻斷能量來防止電壓浪湧和尖峰。SPD 可以在配電（diàn）網絡、建築物布線和電子係（xì）統中找到。IEC 61000-4-5 定義了電氣和電子設備的浪湧電壓要求。

過（guò）電壓浪湧有多種原因，會導致（zhì）不同的波形（圖 1）。浪湧的可能來源多種多樣，包括係統中的熱插拔模塊；電力線路（lù）負荷變化大；長電纜或（huò）與其他（tā）係統並行運行（háng）的電纜可能會產生感應（yīng）電湧（yǒng），並（bìng）且；特殊的環（huán）境（jìng）考（kǎo）慮因（yīn）素，例如連接到車（chē）輛電池的汽車或卡車中的設備或可能被閃電擊中的具有挑戰性的室外位置的設備。

圖 1：浪湧波形示例和原因。

浪（làng）湧（yǒng）通常具有相似的上升時間和半長，無論其原因如何，從而簡化了浪湧建模過程。IEC 61000-4-5 定義了通過組（zǔ）合波發（fā）生器 (CWG) 施加的（de）標準化浪湧。為了模擬典型係統中的布線（xiàn）和互連電阻，CWG 定義（yì）為 2Ω 輸出阻抗。

電流和（hé）電壓波形由 IEC 61000-4-5 定義（圖 2）。電流波形（xíng）定義為短路狀態，而電壓波形定義為開（kāi）路狀態。電壓波形比（bǐ）電流波形長。開路（lù）電壓波形定義為上升時間為 1.2μs，半長為 50μs。短路電流波形定（dìng）義為較（jiào）長的 8μs 上升時間和更（gèng）短的 20μs 半長。要獲得 2Ω 的有效阻抗，電壓波形幅度必須是（shì）電流波形幅度（dù）的兩倍。

圖 2：開路電壓（左）和短路（lù）電流（右）的 IEC 61000-4-5 波形。

浪湧保護裝置

常見的 SPD 包括金屬氧化物變阻器（qì） (MOV)、氣體放電管 (GDT) 和矽雪崩二極（jí）管 (SAD) 或這些（xiē）設備的組合。每種技術都提供（gòng）一組不同的性能和（hé）權衡。

金屬氧化物變阻器(MOV) 是最常見的 SPD。MOV 是使用（yòng）氧化鋅（xīn）製成的，氧化鋅（xīn）是一種具有可變（biàn）電阻的半導體材料。在正常操作下，MOV 呈（chéng）現高阻抗接地路（lù）徑，但（dàn）當受到電（diàn）壓浪湧衝擊時，MOV 的電阻急劇（jù）下降並提供（gòng）低阻抗接地。MOV 的使用壽（shòu）命有限，並且在暴露於許多小瞬變或一些較大瞬變時（shí）會退化。

氣體（tǐ）放電管(GDT) 使用惰性氣體代替氧化鋅。在正常操作下（xià），氣體是（shì）呈現高電阻的不良導體。但是當電壓上升到足以使氣體電離時，它會呈現出一條低電阻路徑並將電（diàn）湧轉移（yí）到地麵。對於給定尺寸（cùn），GDT 可以傳導比其他 SPD 更大的電流。與 MOV 一樣，GDT 的預期壽命有限，可以（yǐ）承受（shòu）一些非常大的瞬變或大量較小的瞬變。

矽雪崩二極管(SAD) 也可用於將浪湧能量轉移至地麵（miàn），但與（yǔ） MOV 或 GDT 相比，它們的電流容量較低。

電阻器、電容器和/或電感器可與 MOV、GDT 或 SAD 一起使用，以提供增強級別的保護。

電湧保護器規格

鉗位電壓，也稱為允（yǔn）通電（diàn）壓，是導致 SPD 鉗位（wèi）或短路的電（diàn）壓。雖然較低的鉗位電壓可能會提供更好的保護，但它通（tōng）常（cháng）會縮短 SPD 的預期壽命。UL 1449 為 SPD 定義了幾種鉗位電壓。用（yòng）於 120 VAC 應用（yòng）的標準鉗位電壓為 330 V。其他常見的鉗位電壓為 400 和 500 V。

響應時間（jiān）衡量一旦達到（dào）鉗位電壓，SPD 啟動短路所需（xū）的時間。與 MOV 相比，GDT 的響應速（sù）度（dù）較慢。然而，標準測試下的響應時間不一定（dìng）是比（bǐ）較各種 MOV 的（de）有用衡量標準。所有 MOV 的響應時間都在納秒範圍內（nèi），而標準測試波形（xíng）浪湧持續數十微秒（miǎo）。GDT 速（sù）度（dù）較（jiào）慢（màn），但與 MOV 相比通常（cháng）可以處理（lǐ）更大的浪湧。因此，這兩種類型的（de）設備經常一（yī）起使（shǐ）用。混合 SPD 可將 GDT 和 MOV 技術組合到一個組件中。

MOV 還具有焦耳 (J) 額定值，用於定義 MOV 在單（dān）個事件中可以吸收多少能量而不會發生故障。MOV 的（de）額定值可以超過 1,000 J 和 40,000 A。但是，由於尖峰的實際持續時間僅為幾十微秒，因此實際耗散功率很（hěn）低（dī）。

通過並聯多個 MOV 可以獲得更高的 J 額（é）定值，但這種方法充滿（mǎn）挑戰。單個 MOV 是不完（）美的器件，其電壓閾值和非線性響應略有不同。組件中（zhōng）的某些 MOV 預計會比其他 MOV 更敏感，從而導致稱為電流暴漲（zhǎng）的現象，其中更敏感的 MOV 傳導更多電流並更快開啟。因此，當出現浪湧時，MOV 從最敏感的設備到最不敏感的設備依次打開。這種行為有兩個後果：最敏感的 MOV 會承受更大的壓力並（bìng）且使用壽命更短。組件的實際 J 額定值低於單個 MOV J 額定值的總和。有效 J 額定值取決於 MOV 匹配，通常需要降額 20% 或更（gèng）多。這些（xiē）組件采用精心匹配的（de） MOV 組。匹配是根據製造商的規格進行的，但還不夠完（）美。

最後，假設 MOV 承受連續過壓條件而不是短時電（diàn）壓浪湧。在這種情況下，它可能會進入熱（rè）失控狀態，導致過熱、冒煙甚至起（qǐ）火。UL 1449 要求保護（hù） MOV 免受熱失控。在大多數係統中，熱熔斷器或熱切斷 (TCO) 設（shè）備（bèi）可保護（hù） MOV 免受熱（rè）失控。

為了獲得最佳保護（hù），多（duō）個帶（dài）有串聯 TCO 器件的 MOV 並聯放置在三個導電對（LL、LG 和 NG）中的每一個上（shàng）（圖 3）。此外，線路中放置了一個標準保險絲，以保護係（xì）統免受過流情況的影響。保險絲的額定電（diàn）流通常（cháng）高（gāo）於 UL 1449 測試期間（jiān）流經電路的電流。混合器（qì）件可在單個封裝中組合 MOV 和熱熔斷器，從而減（jiǎn）少組件數量並縮小解決方案尺寸。

圖 3：顯示保險絲和 TCO 位置的典型 MOV 應用。

浪湧測試

輸入浪湧電壓測試測試方法在（zài） IEC 61000-4-5 中有詳（xiáng）細說明，終端係統要求定義了限製。該測試使（shǐ）係（xì）統（tǒng）承受指（）定輸入電壓（yā）之上的電壓尖峰。尖峰（fēng）模擬可能由從閃（shǎn）電到大型電機驅（qū）動等各種來源引起（qǐ）的幹（gàn）擾。

係統的安裝等級決定了（le）測試級別（圖 4）。大多數商用 AC/DC 電源都是 3 級安裝設備，並針對線路（lù）/中（zhōng）性線和地之間的 2kV 共模浪湧以及線路（lù）和中性線之間的 1kV 差模浪湧進行了測試。

圖 4：IEC EN 61000-4-5 浪湧測試等級。

此外，該測試基（jī）於從 A 到（dào） C 的三級等級，指（）定了係統對浪湧（yǒng）電壓所（suǒ）需的響應。性能標準 A 要求係統運行不會因測試（shì）而發（fā）生變化。為滿足標準 B，係統在浪湧事件期（qī）間會經曆一些操作或功能變化，但隨後會自動恢複。如果在浪湧事（shì）件後（hòu）需要用戶幹預來恢（huī）複係統運行，則（zé）係統滿足標準 C。如果浪湧損壞係統（tǒng），則無法通過測試。

IEC61000-4-5 中詳細說明了電壓尖峰如何發生、發生位（wèi）置、需（xū）要的電壓電平和波形、尖峰（fēng）頻（pín）率以及尖峰之間的持續時間。但該標準並未詳細說明（míng）如何確定性能標準級別是 A、B 還是（shì） C。該決定取決（jué）於設備製造商。

概（gài）括

如果不受交流線路浪湧（yǒng）和電壓尖峰的保護，係統可能會遭受損壞。各種 SPD 技術使設計人員能夠針對特定應用要求優化電湧（yǒng）保護網絡（luò）。在某些情況下，多種 SPD 技術（例如（rú） MOV、GDT 和 SAD）組合用（yòng）於混合解決方案。按照 UL 1449 的規定，MOV 通常與 TCO 器件結合使用以（yǐ）保（bǎo）護熱失控。IEC 61000-4-5 規定了通用輸入浪湧電壓測試方（fāng）法，包括多次浪湧測試和係統分類性能級別。