對(duì)于許多電路來(lái)說(shuō)，涌浪電壓會(huì)導(dǎo)致電路系統(tǒng)不穩(wěn)定，因此透過(guò)涌浪保護(hù)電路來(lái)，維持電路的耐受穩(wěn)定性。國(guó)際安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)IEC 61000訂定了對(duì)于電子產(chǎn)品的抗擾度要求，其中IEC 61000-4-5 雷擊突波耐受是針對(duì)產(chǎn)品由于瞬間開(kāi)關(guān)或閃電瞬變引起的過(guò)電壓，定義了幾個(gè)不同的測(cè)試級(jí)別以適用于不同環(huán)境。本文將討論幾種能用于抑制涌浪電壓的方式，并比較其保護(hù)效能。

1. 緒論

涌浪就是瞬間出現(xiàn)超出正常工作電壓的峰值，又稱為突波。產(chǎn)生原因大多發(fā)生在電源啟動(dòng)、大負(fù)載起斷、雷擊等等。在電源啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)大電流對(duì)電容由暫態(tài)到穩(wěn)態(tài)的電流即是涌浪電流，此電流會(huì)減少電路元件的壽命且造成電路誤動(dòng)作。

國(guó)際安規(guī)IEC針對(duì)涌浪抗擾度規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)，以下將介紹涌浪電壓相關(guān)的法規(guī)以及防止涌浪電壓傷害的保護(hù)方法。

涌浪抗擾度試驗(yàn)

電子產(chǎn)品對(duì)于涌浪抗擾度試驗(yàn)的要求都不盡相同，但試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)大多引用國(guó)際安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)IEC 61000-4-5，其規(guī)定涌浪抗擾度要求、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)等級(jí)等等。這項(xiàng)法規(guī)為評(píng)估電子設(shè)備在遭受涌浪沖擊時(shí)的抗擾度建立一個(gè)共同參考的標(biāo)準(zhǔn)，具體分級(jí)如表1所示。依照不同產(chǎn)品法規(guī)采用不同測(cè)試規(guī)格，其中X為開(kāi)放等級(jí)，通常為制造商為增強(qiáng)其產(chǎn)品的抗擾能力，或?yàn)樵谳^嚴(yán)苛的環(huán)境使用進(jìn)而加嚴(yán)測(cè)試條件。

保護(hù)方式

瞬態(tài)電壓抑制二極體是一種限壓型的過(guò)壓保護(hù)元件，與需要保護(hù)的電路并聯(lián)。它能吸收涌浪功率，并以極快的速度抑制涌浪電壓在合理范圍內(nèi)并保護(hù)后端電路，作用類似于齊納二極體。其優(yōu)點(diǎn)包括體積小、反應(yīng)速度快、工作電壓低等，但由于可容許的峰值電流較低，會(huì)再串聯(lián)限流元件，例如電阻和保險(xiǎn)絲等，如圖1所示。當(dāng)涌浪電壓擊穿瞬態(tài)電壓抑制二極體時(shí)帶來(lái)的高電流會(huì)燒毀保險(xiǎn)絲以達(dá)保護(hù)后級(jí)電路之目的。

市面上常見(jiàn)的涌浪保護(hù)元件有瞬態(tài)電壓抑制二極體、壓敏電阻、陶瓷氣體放電管等等，每種都各有適應(yīng)的場(chǎng)合，以下介紹上述的保護(hù)元件，并分析其特點(diǎn)。

2. 瞬態(tài)電壓抑制二極體

涌浪保護(hù)電路大都使用兩種方式實(shí)現(xiàn)，其中一種方式是采用光耦合方式將輸入與輸出信號(hào)隔離開(kāi)來(lái)，只要涌浪電壓不超過(guò)光耦合的限制范圍，即不會(huì)對(duì)后端設(shè)備造成損壞；另一種方式是將主要設(shè)備的地連接在一起形成單點(diǎn)接地，并使用適當(dāng)?shù)挠坷吮Ｗo(hù)元件，如瞬態(tài)電壓抑制二極體、壓敏電阻等等元件，以下將介紹單點(diǎn)接地方法中常使用的涌浪保護(hù)元件。

瞬態(tài)電壓抑制二極體

瞬態(tài)電壓抑制二極體是一種限壓型的過(guò)壓保護(hù)元件，與需要保護(hù)的電路并聯(lián)。它能吸收涌浪功率，并以極快的速度抑制涌浪電壓在合理范圍內(nèi)并保護(hù)后端電路，作用類似于齊納二極體。其優(yōu)點(diǎn)包括體積小、反應(yīng)速度快、工作電壓低等，但由于可容許的峰值電流較低，會(huì)再串聯(lián)限流元件，例如電阻和保險(xiǎn)絲等，如

圖1 所示。當(dāng)涌浪電壓擊穿瞬態(tài)電壓抑制二極體時(shí)帶來(lái)的高電流會(huì)燒毀保險(xiǎn)絲以達(dá)保護(hù)后級(jí)電路之目的。

壓敏電阻

壓敏電阻，又稱突波吸收器，是一種具非歐姆導(dǎo)體性質(zhì)的電子元件，其電阻值隨著不同外在電壓而改變。使用上會(huì)與需要保護(hù)的的電路并聯(lián)。當(dāng)未有瞬間突波電壓時(shí)，壓敏電阻兩端具有極高的電阻值，故不影響原本電路的特性，但當(dāng)瞬間突波電壓出現(xiàn)，壓敏電阻的電阻會(huì)降至極低，壓敏電阻兩端短路而將分流突波電流，達(dá)到保護(hù)電路的作用。壓敏電阻的預(yù)期壽命較短，在承受多次沖擊后會(huì)破壞結(jié)構(gòu)使閥值電壓降低、漏電流上升，最終導(dǎo)致發(fā)熱并失效，因此在使用上會(huì)串聯(lián)保險(xiǎn)絲，如圖2所示。

陶瓷氣體放電管

防突波電壓設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的一種保護(hù)元件，其原理是當(dāng)陶瓷氣體放電管兩端電壓過(guò)高而達(dá)到使惰性氣體放電管內(nèi)的氣體擊穿時(shí)，惰性氣體放電管開(kāi)始放電，使陶瓷氣體放電管兩端阻抗變極小，使涌浪電壓迅速短路至地，而保護(hù)后端電路，其缺點(diǎn)是觸發(fā)時(shí)間較長(zhǎng)和導(dǎo)通后存在續(xù)流問(wèn)題，因此需結(jié)合額外的輔助電路來(lái)抑制后續(xù)電流，如圖3就是透過(guò)保險(xiǎn)絲來(lái)防止后續(xù)電流過(guò)大造成線路短路。

LC濾波器

LC濾波電路常使用在EMS的抑制上，透過(guò)電容與電感頻率特性，但它有濾波指定頻率的效果和避免高頻瞬變電壓上升與下降的問(wèn)題。若結(jié)合其他保護(hù)元件更有涌浪沖擊保護(hù)的效果。圖4是結(jié)合LC濾波器的電路圖。濾波器的單一電容容值越大，漏電流也越大，必要時(shí)能采取多個(gè)電容并聯(lián)來(lái)達(dá)到一樣的效果。

將上述的各種涌浪保護(hù)元件整理并比較，如表2.

3. 復(fù)合應(yīng)用

若只使用單一種保護(hù)元件將無(wú)法達(dá)到良好的防護(hù)效果，因此在使用上常常會(huì)結(jié)合多種不同的保護(hù)元件以符合不同程度的突波測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，以下將介紹幾種常見(jiàn)的組合方式。

陶瓷氣體放電管與瞬態(tài)電壓抑制二極體

由于陶瓷氣體放電管的反應(yīng)時(shí)間較慢，瞬態(tài)突波發(fā)生時(shí)可能會(huì)來(lái)不及反應(yīng)，這時(shí)突波就可能傷害到后級(jí)電路，因此使用去耦電感作為緩沖元件才能保證陶瓷氣體放電管先動(dòng)作，殘余能量再由第二級(jí)防護(hù)的瞬態(tài)電壓抑制二極體抑制，以避免元件損壞，如圖5所示。

由于陶瓷氣體放電管的導(dǎo)通電壓極低，而且有續(xù)流問(wèn)題，不能直接使用在交流電源防護(hù)口，使用上應(yīng)串聯(lián)如壓敏電阻等元件，如

圖6 所示。

壓敏電阻與瞬態(tài)電壓抑制二極體

使用壓敏電阻的方式，較適合使用在低瞬態(tài)電壓的條件，如圖7所示。

另外并聯(lián)電容來(lái)提升電路吸收涌浪電壓的能力，如

圖8 所示。

瞬態(tài)電壓抑制二極體與LC濾波器

當(dāng)電路承受的涌浪沖擊較低時(shí)，可以采用瞬態(tài)抑制二極體配合LC濾波器，不僅可更有效緩和輸出兩端電壓變動(dòng)，還能抑制低頻雜訊。使具體電路如圖9所示。

結(jié)論

本文討論了幾種常見(jiàn)的涌浪保護(hù)元件，并簡(jiǎn)單介紹其運(yùn)作原理。單一的保護(hù)元件并不能完全防護(hù)涌浪電壓帶來(lái)的損壞，依照不同元件的特性，組合出更加完善的保護(hù)電路，方能通過(guò)不同電壓雷擊耐受測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

表2 涌浪保護(hù)元件特性表