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[龙腾原创]开关电源中的浪涌抑制器件

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化二为一
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  • 2014-6-12 14:47:32
浪涌抑制器件最基本的使用方法就是直接与被保护的设备并联,以便对超过预定电压的情况进行限幅或能量转移。目前常用的器件有气体放电管、金属氧化物压敏电阻、硅瞬变电压吸收二极管和固体放电管几种,以及它们的组合。

化二为一
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  • 2014-6-12 14:50:17
 
气体放电管是由金属电极和陶瓷管壳组成的密封气体放电器件。有二极和三极两种,可分别用在电源的线间和线-地之间作设备的过电压保护。
化二为一
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  • 2014-6-12 14:57:23
 


化二手头常用的气体放电管与压敏电阻如下:
化二为一
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  • 2014-6-12 15:01:23
 
气体放电管放电过程:
化二为一
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  • 2014-6-12 15:02:23
 
GDT主要特性参数
气体放电管的主要特性参数有以下几个:
① 直流击穿电压。此值由施加一个低上升速率(dv/dt=100V/s)的电压波来确定。
② 冲击(或浪涌)击穿电压。它代表了放电管的动态特性,常用上升速率为dv/dt=1kV/μs(也有采用5kV/μs)的电压波来确定。
③ 标称冲击放电电流。指8/20μs波形的额定放电电流,通常规定放电10次。
④ 标准交流放电电流。指通过50Hz交流电流的额定有效值,规定每次放电的时间为1s,放电10次。
化二为一
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  • 2014-6-12 15:03:02
 
⑤ 最大单次冲击放电电流。指对8/20μs电流波的单次最大放电电流值。
⑥ 耐工频电流值。对50Hz交流电,能经受连续9个周波的最大通过电流的有效值。
⑦ 绝缘电阻:指放电管未着火时,放电管的绝缘电阻值。对90和150V的放电管测试电压用50VDC;对其余规格的放电管测试电压用100VDC。要求放电管的绝缘电阻为1~10GΩ。
⑧ 电容。指放电管电极间的电容,一般在2~10pF。是所有瞬变干扰吸收器件中最小的。
化二为一
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  • 2014-6-12 15:05:10
 
气体放电管特性参数例(爱普科斯电子(孝感)有限公司)
化二为一
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  • 2014-6-12 15:05:51
  • 倒数10
 
参数分析
从 表格的数据可以看出,气体放电管具有很强的浪涌电流吸收能力。同时,气体放电管还有很高的绝缘电阻(在起弧之前)和很小的寄生电容,因此它对设备的正常工作不会产生有害影响。
但从冲击击穿电压一栏的数据来看,与直流击穿电压一栏有着明显的差异,以90V的R098XA为例,直流击穿电压为90V,而冲击击穿电压要达到700V。这表明它对高速的浪涌干扰的响应速度较低(而且浪涌波的上升速率越高,气体放电管的响应能力越低。查阅国外同类90V气体放电管,对5kV/μs波的响应电压要达到1000V)。故在选择气体放电管作为敏感设备的保护器件时必须充分注意这一事实。
基于气体放电管有吸收能力强和响应速度低的特点,比较适合于在多级保护电路中作第一级的粗保护使用。
化二为一
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  • 2014-6-12 15:06:22
  • 倒数9
 
此外,气体放电管在浪涌过电压过去之后,不能马上熄弧。特别是当被保护线路由低阻抗的电源供电时(例如由50Hz的交流电网供电),熄弧就不能马上实现。这是因为电路的低阻抗和起弧后放电管的低电阻(当大电流通过10~35V的电弧压降时,使放电管的等效电阻只有几Ω,或更低)所造成的。放电管的实际通过电流可能超过最大允许续流电流的许多倍(在表中,对工频耐流规定,1s为5A;9周波为20A),只要续流的时间足够长,就有可能使放电管因过载而产生爆裂。这是系统保护中必须要考虑的。
化二为一
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  • 2014-6-12 15:07:07
  • 倒数8
 
对通信系统的系统防护来说,一般使用直流电,但在浪涌电压过去后,放电管通常都能自动熄弧。这是因为通信线路一般具有高阻抗的特点,故用在通信线路中的气体放电管能轻易完成熄弧。但当系统中存在高直流电压或低阻抗时,必须要对放电管的熄弧性能进行确认。
下列情况会造成气体放电管的特殊熄弧:当直流电压低于弧光放电电压(如低于10~35V)或低于辉光放电电压(如低于75~150V)。对后一种情况还应确保浪涌过后,线路中流过的电流低于弧光放电的维持电流(10~100mA)
化二为一
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  • 2014-6-12 15:07:57
  • 倒数7
 
用放电管完成线路的共模和差模保护问题气体放电管的二极管和三极管两种形式,决定了它们各自
的应用范围:二极管主要用于线间保护(差模保护);三极管主要用于线-地保护(共模保护)。当然利用两个二极管同样也可以完成线-地保护,但不如用一只三极管来得更好。

化二为一
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  • 2014-6-12 15:09:22
  • 倒数6
 
图a中采用三极管来作保护的好处是可以缩小保护线路的体积,同时还能改善保护效果。下面就来分析后一论断:对图b,我们不能保证图中的两个二极管的特性完全一致,因此在共模过电压发生时,两个二极管的动作有先后,结果使A、B两点之间瞬间会有差模过电压出现,严重时会危及被保护系统的安全。
对图a则不然,这里只用了一个三极管作保护。即使三极管两部份的特性不完全一致,但只要其中一部分先放电后,由于管子内部气体电离所产生的自由电子也会迅速扩散到另一部份,引起后者迅速放电。这样就大大减少了两只二极管放电管的离散性,改善了保护的效果。
图a还可以用在差模保护中,但要求输入过电压要超过两个二极管的冲击击穿电压之和后,才能进入保护。对一些脆弱的电子设备,可能是难于承受的,因此有必要在A、B之间再接一个二极管,专门用于抑制差模过电压。对这种情况,图b也没有根本改善,也需要加一个二极管用于抑制差模过电压。
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  • 2014-6-12 15:10:21
  • 倒数5
 
Ⅱ. 放电管电极引线对干扰抑制的影响
气体放电管的电极长度对限压有很大影响,这是因为放电管导电瞬间有很大的电流通过,线路中的di/dt值很大,作电极的引线,除了有电阻外,还存在寄生电感,因此在瞬态电流通过时,在引线上会产生瞬间高压,对被保护设备不利。基于这一现象,接地线应该采用长度短而截面积尽可能大的导线。尤其是截面积大的多股导线。
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  • 2014-6-12 15:10:42
  • 倒数4
 
Ⅲ. 放电管的后续电流的切断问题
气体放电管的后续电流问题在前面己经有过叙述,作为放电管的用户,特别是用在交流电源作保护的用户,是不得不考虑的问题
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  • 2014-6-12 14:59:24
 
气体放电管的结构见图示:


从图中可见,气体放电管主要由电极、导电带、电子粉和稀有气体等组成。采用金属化陶瓷绝缘管壳和电极焊接技术,确保了放电管的气密性。优化选择放电管内部的气体种类(主要是氖、氩两种气体)和压力、电极涂敷材料成分及电极的间距,可以改变气体放电管的直流击穿电压(或称直流着火电压)、冲击击穿电压(冲击着火电压)、工频耐流能力和寿命等电气性能。
化二为一
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  • 2014-6-12 15:00:02
 
GDT工作原理
以二极放电管作设备的差模保护为例。使用时,放电管与被保护设备并联地连接于电源线上。此时放电管可看成是一个低电容的对称开关,只要放电管两端的电压低于击穿电压,放电管将没有电流通过,因此放电管不会影响设备的正常工作
化二为一
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  • 2014-6-12 15:00:52
 
一旦加在气体放电管(及被保护设备)两端的电压(由于浪涌干扰所致)超过击穿电压时,放电管内部气体被电离,放电管开始放电。放电管两端的压降迅速下降至辉光放电电压(约70~150V,与管子本身特性有关),管内电流开始升高。随着放电电流的进一步增大,放电管便进入弧光放电状态。在这种状态下的管子两端电压(弧光放电电压)跌得很低(只有10~35V,与管子本身特性有关),且在相当宽的电流变动范围内保持稳定。因此外界的高电压浪涌干扰,由于气体放电管的放电作用,被化解成了低电压和大电流的受保护情况,而且这个电流经由气体放电管本身返回到干扰源里,免除了干扰对设备可能带来的危害。
随着浪涌过电压的消退,流过气体放电管的电流降到维持弧光放电状态所需的最小值以下(约为10~100mA,与管子本身特性有关),弧光放电便停止,并再次通过辉光放电状态后,结束整个放电状态(熄弧)。
wszdxp2004
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  • 2014-6-25 20:25:09
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gaon
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  • 2014-8-6 14:05:07
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好全面,不过整成一楼就好了,看着有些费劲。
tingting2013
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  • 2014-8-31 11:29:34
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我想请问,,,那么浪涌电流跟电压,楼主是怎么抑制?
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