浪湧電（diàn）壓保護注意事項

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

過電壓浪湧有多種原因，會導（dǎo）致不同的波形（圖 1）。浪湧的（de）可能來源多種（zhǒng）多樣，包括係統中的熱插拔模塊（kuài）；電力線路負荷變（biàn）化大；長電纜或與其他係統並行運行的電纜可能會產生感應電湧，並且；特殊的環境考慮因素，例如連接到車輛電池（chí）的（de）汽車或卡車中的設備或可能被閃電擊中（zhōng）的具有挑戰性的室外位置的（de）設備。

圖 1：浪湧波形示例和原因。

浪湧通常（cháng）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 定義了通過組合波發（fā）生器 (CWG) 施加的標準（zhǔn）化浪湧。為了（le）模擬典型係統中的布線（xiàn）和互連電阻，CWG 定義為 2Ω 輸出阻抗。

電流和（hé）電壓波形由 IEC 61000-4-5 定（dìng）義（圖 2）。電流波形定義為短路狀態，而電壓波形定義為開路狀態。電壓波形比電流波形長。開路電壓波（bō）形定義為上升時（shí）間為 1.2μs，半長為 50μs。短（duǎn）路電流波（bō）形定義為較長的 8μs 上升時間和更短的 20μs 半長（zhǎng）。要獲得 2Ω 的有效阻（zǔ）抗，電壓波形幅度必（bì）須是電流波形幅度的兩倍。

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

浪湧保（bǎo）護裝（zhuāng）置（zhì）

常見的 SPD 包括金屬氧化（huà）物變（biàn）阻（zǔ）器 (MOV)、氣體放電管（guǎn） (GDT) 和矽雪崩二極管 (SAD) 或這些設備的組合。每種技術都（dōu）提（tí）供一組（zǔ）不同的性能和權衡。

金（jīn）屬（shǔ）氧化物（wù）變阻器（qì）(MOV) 是最常見的 SPD。MOV 是（shì）使用氧化鋅製成的，氧化鋅是一種具有可變電阻的半導體材料。在正（zhèng）常操作下，MOV 呈現高（gāo）阻抗接地路徑，但當受到電壓浪湧衝擊時，MOV 的電阻急劇下降並提供低阻抗接地。MOV 的使用壽命有限，並且在暴露（lù）於許多小瞬變或（huò）一些較大（dà）瞬變時會退化。

氣體放電管(GDT) 使（shǐ）用惰性氣體代替氧化鋅。在正常操作下，氣體是呈現（xiàn）高電阻的不良導（dǎo）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湧轉移到地麵（miàn）。對於給定尺寸，GDT 可以傳導（dǎo）比其他 SPD 更大的電流。與 MOV 一樣（yàng），GDT 的預期壽命有限，可以承受一些非常大的瞬變或大量（liàng）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，但與 MOV 或 GDT 相比，它們的電流容量較低。

電（diàn）阻器、電容器（qì）和/或電感（gǎn）器可與 MOV、GDT 或 SAD 一（yī）起使用，以提供（gòng）增強級別的保護。

電湧保護器規格

鉗位電壓，也稱為（wéi）允通電壓，是導致 SPD 鉗位或短路的電壓。雖然較低的鉗位電壓可能（néng）會提（tí）供（gòng）更好的保護，但它通常會縮短 SPD 的預期壽命（mìng）。UL 1449 為 SPD 定義了幾種鉗位（wèi）電壓。用於 120 VAC 應用的標準（zhǔn）鉗位電壓為 330 V。其他常見的鉗位電壓為 400 和 500 V。

響應（yīng）時間衡量一旦達到鉗位電壓，SPD 啟動短路所需的時間（jiān）。與 MOV 相比，GDT 的響應速度較慢。然而，標準測試下（xià）的（de）響應時間不一定是比較各種 MOV 的有用衡量標準。所（suǒ）有 MOV 的響應時間都在納秒範圍內，而標準（zhǔn）測試波形浪湧持續數十微秒。GDT 速度較慢，但與 MOV 相比通常可以處理更（gèng）大的浪湧。因此（cǐ），這兩種類型的設備經常一起使用。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（dìng）值，用於定義 MOV 在單個事件中可以吸收多少能量而不會發生故障。MOV 的額定值可以超過（guò） 1,000 J 和 40,000 A。但是，由於尖峰的實際持續時（shí）間僅（jǐn）為幾十微秒，因此實際耗散功率很低。

通過並聯多個（gè） MOV 可以獲得更（gèng）高的 J 額定值，但這種方法充滿挑戰。單個 MOV 是不完（）美的器件，其電壓（yā）閾值和非線性響應略有不同。組件中的某些 MOV 預計會（huì）比其他 MOV 更敏感（gǎn），從而導致稱（chēng）為電流暴漲的現象，其中更敏感的 MOV 傳導更多（duō）電流並更快開（kāi）啟。因此，當出現浪湧時，MOV 從最敏感的設備（bèi）到最不敏感的設備依次打（dǎ）開。這種行為有兩個後果：最敏感的 MOV 會承受更大的壓力並且使用壽命更短。組件的實際 J 額定值低於單個（gè） MOV J 額定值的總和（hé）。有效 J 額定值取決於 MOV 匹配，通常需（xū）要降額 20% 或更多。這些組件采用精心匹配的 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（duǎn）時電壓浪湧。在這種情況下，它可能會進入熱失控狀態，導致過熱、冒煙甚至起（qǐ）火（huǒ）。UL 1449 要求保護 MOV 免受（shòu）熱失控。在大多數係統中，熱（rè）熔斷器（qì）或熱切斷 (TCO) 設備可保護 MOV 免受（shòu）熱失控。

為了獲得最佳保護，多個帶有串聯 TCO 器件的 MOV 並聯放置在三個導電對（LL、LG 和 NG）中的每（měi）一個上（圖 3）。此（cǐ）外，線路中（zhōng）放置了一個（gè）標準保險絲，以保護係統（tǒng）免受過流（liú）情況的影響。保險絲的額定電流（liú）通常高於 UL 1449 測試期間流經電路的電流。混合器件可在單個封裝中組合 MOV 和熱熔斷器，從而減少組件數量並縮小（xiǎo）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（cè）試方法在 IEC 61000-4-5 中有詳細說明，終（zhōng）端係（xì）統（tǒng）要求定義了限製。該測試使（shǐ）係統承受指（）定輸入電壓之上的電壓尖峰。尖峰（fēng）模（mó）擬可能（néng）由從閃（shǎn）電到大型電機驅動等各種來源引起的幹擾。

係統（tǒng）的安裝等級決定了測試級別（圖 4）。大多數商用 AC/DC 電源都（dōu）是 3 級安裝設備，並針對線路/中性線和地之間的 2kV 共模浪湧以及線路和中性線之間的 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，該測試基於從 A 到（dào） C 的（de）三級等級，指（）定了係統對浪湧電壓所需的（de）響應。性能標（biāo）準 A 要求係統運行不會因測試而發生變化。為（wéi）滿足標準 B，係統在浪湧（yǒng）事（shì）件（jiàn）期間會經曆一些操作或功能變化，但（dàn）隨後（hòu）會自動恢複（fù）。如果在浪湧事件後需要用戶幹預來恢複係統運行，則係統滿足標準 C。如果浪湧損壞係統，則無法通過測試。

IEC61000-4-5 中詳細說明了電壓尖峰如何（hé）發生、發生位置、需（xū）要的電壓電平和（hé）波形（xíng）、尖峰頻率以及尖峰之間的持續（xù）時（shí）間。但該標準並未詳細說明如何確定性能標準級別是（shì） A、B 還是（shì） C。該決定取決於設（shè）備製造商。

概括

如果不受交（jiāo）流線路（lù）浪湧和電壓尖峰的保護，係統可能（néng）會遭受損壞（huài）。各種 SPD 技術使設計人員能夠（gòu）針對（duì）特定應用要求優化電湧保護網絡。在某些情況下（xià），多種 SPD 技術（shù）（例如 MOV、GDT 和 SAD）組合用於混合解決方（fāng）案。按照（zhào） UL 1449 的規（guī）定，MOV 通常與 TCO 器件結合使用以保護（hù）熱（rè）失控。IEC 61000-4-5 規定了（le）通用輸入浪湧電壓測試方法（fǎ），包括多次浪湧測試和係統分類性能級（jí）別（bié）。