电涌保护器工作原理及分类.docx

电涌保护器工作原理及分类电涌保护器(SurgeprotectionDevice)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Ude；冲击放电电压Up（一般情况下Up&asymp （2~3） Ude；工频而授电流In；冲击而授电 流Ip；绝缘电阻R （>109&0mega）；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 Ude 分别如下：在直流条件下使用： Ude&ge1.8U0（U0 为线路正常工作的 直流电压）在交流条件下使用： Ude&ge1.44Un（Un 为线路正常工作的交流电压有 效值）3. 压敏电阻：它是以 Zn0 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=CU&alpha中的非线性系数&alpha）,通流容量大（~2KA/em2）,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二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&ge（&radie2×1.2） /0.7]U0（U0 为工频电源额定电压）最小参考电压：Ulma&ge （1.8~2） Uac （直流条件下使用）Ulma&ge (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&leUb/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=CU&alpha,上式中&alpha为非线性系数，对于齐纳二极管&alpha=7〜 9,在雪崩二极管&alpha=5〜7.抑制二极管的技术参数主要有(1) 额定击穿电压，它是指在指定反向击穿电流(常为lma)下的击 穿电压，这于齐纳二极管额定击穿电压一般在 2.9V〜4.7V 范围内，而 雪崩二极管的额定击穿电压常在 5.6V〜200V 范围内2) 最大箝位电压：它是指管子在通过规定波形的大电流时，其两端 出现的最高电压3) 脉冲功率：它是指在规定的电流波形(如10/1000&mus )下，管 子两端的最大箝位电压与管子中电流等值之积4) 反向变位电压：它是指管子在反向泄漏区，其两端所能施加的最 大电压，在此电压下管子不应击穿此反向变位电压应明显高于被保 护电子系统的最高运行电压峰值，也即不能在系统正常运行时处于弱导通状态5）最大泄漏电流：它是指在反向变位电压作用下，管子中流过的最 大反向电流6）响应时间：10-11S5. 扼流线圈：扼流线圈是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件，它 由两个尺寸相同，匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁 芯上，形成一个四端器件，要对于共模信号呈现出大电感具有抑制作 用，而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。

扼流线圈使 用在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号（如雷电干扰），而对线路 正常传输的差模信号无影响这种扼流线圈在制作时应满足以下要求：1） 绕制圈磁芯上的导线要相互绝缘，以保证在瞬时过电压作用下 线圈的匝间不发生击穿短路2） 当线圈流过瞬时大电流时，磁芯不要出现饱和。