浪涌保护器(SPD)工作原理和结构浪涌保护器(SPD)工作原理和结构.pdfVIP

浪涌保护器（SPD ）工作原理和结构 电涌保护器(Surge protection Device)是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装 置，过去常称为“避雷器”或“过电压保护器”英文简写为 SPD。电涌保护器的作用 是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范 围内，或将强大的雷电流泄流入地，保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏。 电涌保护器的类型和结构按不同的用途有所不同，但它至少应包含一个非线性电 压限制元件。用于电涌保护器的基本元器件有：放电间隙、充气放电管、压敏电 阻、抑制二极管和扼流线圈等。 一、SPD 的分类： 1、按工作原理分： 1．开关型：其工作原理是当没有瞬时过电压时呈现为高阻抗，但一旦响应雷电 瞬时过电压时，其阻抗就突变为低值，允许雷电流通过。用作此类装置时器件有： 放电间隙、气体放电管、闸流晶体管等。 2．限压型：其工作原理是当没有瞬时过电压时为高阻扰，但随电涌电流和电压 的增加其阻抗会不断减小，其电流电压特性为强烈非线性。用作此类装置的器件 有：氧化锌、压敏电阻、抑制二极管、雪崩二极管等。 3．分流型或扼流型 分流型：与被保护的设备并联，对雷电脉冲呈现为低阻抗，而对正常工作频率呈 现为高阻抗。 扼流型：与被保护的设备串联，对雷电脉冲呈现为高阻抗，而对正常的工作频率 呈现为低阻抗。 用作此类装置的器件有：扼流线圈、高通滤波器、低通滤波器、1/4 波长短路器 等。 按用途分：(1) 电源保护器：交流电源保护器、直流电源保护器、开关电源保护 器等。 (2)信号保护器：低频信号保护器、高频信号保护器、天馈保护器等。 二、SPD 的基本元器件及其工作原理： 1．放电间隙(又称保护间隙)： 它一般由暴露在空气中的两根相隔一定间隙的金属棒组成，其中一根金属棒与所 需保护设备的电源相线 L1 或零线（N）相连，另一根金属棒与接地线(PE)相连接， 当瞬时过电压袭来时，间隙被击穿，把一部分过电压的电荷引入大地，避免了被 保护设备上的电压升高。这种放电间隙的两金属棒之间的距离可按需要调整，结 构较简单，其缺点时灭弧性能差。改进型的放电间隙为角型间隙，它的灭弧功能 较前者为好，它是靠回路的电动力 F 作用以及热气流的上升作用而使电弧熄灭 的。 2．气体放电管： 它是由相互离开的一对冷阴板封装在充有一定的惰性气体(Ar)的玻璃管或陶瓷 管内组成的。为了提高放电管的触发概率，在放电管内还有助触发剂。这种充气 放电管有二极型的，也有三极型的， 气体放电管的技术参数主要有：直流放电电压 Udc;冲击放电电压 Up(一般情况 下 Up≈(2～3)Udc;工频而授电流 In;冲击而授电流 Ip；绝缘电阻 R(109Ω)；极 间电容(1-5PF) 气体放电管可在直流和交流条件下使用，其所选用的直流放电电压 Udc 分别如 下：在直流条件下使用：Udc≥1.8U0 （U0 为线路正常工作的直流电压） 在交流条件下使用：U dc≥1.44Un(Un 为线路正常工作的交流电压有效值) 3．压敏电阻： 它是以 ZnO 为主要成分的金属氧化物半导体非线性电阻，当作用在其两端的电 压达到一定数值后，电阻对电压十分敏感。它的工作原理相当于多个半导体 P-N 的串并联。压敏电阻的特点是非线性特性好（I=CUα 中的非线性系数 α），通流 容量大（～2KA/cm2），常态泄漏电流小（10-7～10-6A），残压低（取决于压敏 电阻的工作电压和通流容量），对瞬时过电压响应时间快（～10-8s），无续流。 压敏电阻的技术参数主要有：压敏电压（即开关电压）UN，参考电压 Ulma；残 压 Ures；残压比 K(K=Ures/UN)；最大通流容量 Imax；泄漏电流；响应时间。 压敏电阻的使用条件有：压敏电压：UN≥[ （√2×1.2）/0.7]U0 （U0 为工频电源 额定电压） 最小参考电压：Ulma≥ （1.8～2）Uac (直流条件下使用) Ulma≥ （2.2～2.5）Uac （在交流条件下使用，Uac 为交流工作电压） 压敏电阻的最大参考电压应由被保护电子设备的耐受电压来确定，应使压敏电阻 的残压低于被保护电子设备的而损电压水平，即(Ulma)max≤Ub/K，上式中 K 为 残压比，Ub 为被保护设备的而损电压。 4 ．抑制二极管： 抑制二极管具有箝位限压功能，它是工作在反向击穿区，由于它具有箝位电压低 和动作响应快的优点，特别适合用作多级保护电路中的最末几级保护元件。抑制 二极管在击穿区内的伏安特性可用下式表示：I=CUα，上式中 α为非线