摘要：隨著(zhù)微電子技術(shù)快速發(fā)展，半導體器件集成化不斷提高，元件間距在減小，半導體厚度在變薄。電子設備受到瞬態(tài)過(guò)電壓破壞的可能性越來(lái)越大。外部電涌和內部電涌過(guò)電壓成為電子設備損壞和工作中斷的主要因素。文章論述了電涌的產(chǎn)生及電涌保護。

　　關(guān)鍵詞：電涌；電涌保護器；保護模式；MOV構成；MOV的指標

　　隨著(zhù)微電子技術(shù)迅速發(fā)展，半體器件集成化不斷提高，元件間距減小，半導體厚度變薄。電子設備受到瞬態(tài)過(guò)電壓破壞的可能性越來(lái)越大。外部電涌和內部電涌過(guò)電壓成為電子設備損壞和工作中斷的主要因素。為保證精密電子設備系統能正常工作，要求對電涌防護設計應更合理，同時(shí)應選擇合格的電涌保護器。

　　一、電涌的產(chǎn)生

　　電涌是瞬態(tài)過(guò)電壓，在電路中出現的瞬時(shí)過(guò)電壓波動(dòng)，在電路中通常持續時(shí)間僅有百萬(wàn)分之一秒。電涌是微秒量級異常大電流脈沖，波頭時(shí)間一般在0.25～20μs，單位能量一般在2.5～10MJ/Ω。電涌的來(lái)源有兩類(lèi)：外部電涌和內部電涌。外部電涌主要來(lái)源于雷電，內部電涌是供電網(wǎng)中開(kāi)關(guān)操作在電力線(xiàn)路上產(chǎn)生的過(guò)電壓。

　　雷電是導致電涌最明顯的因素，雷電擊中輸電線(xiàn)路導致巨大的過(guò)電壓，一次普通閃電電壓可達到3～200百萬(wàn)V，電流為2000～3000A。內部電涌在低壓電源線(xiàn)上絕大部分（88%）產(chǎn)生于內部用電設備的開(kāi)啟。 電涌產(chǎn)生的高電壓遠遠超出了計算機和其它微電子設備承受的電壓水平，造成計算機等電器設備芯片損壞，部件老化，造成電子設備損壞，對生產(chǎn)生活造成極大危害。

　　二、電涌防護原理

　�。ㄒ唬╇娪糠雷o最常見(jiàn)方式

　　電涌防護最常見(jiàn)方式是利用浪涌保護器（Surge protection Device），又稱(chēng)為 “電涌保護器”、“防雷器”或“過(guò)電壓保護器”，英文簡(jiǎn)寫(xiě)為SPD。電涌保護器的作用是把串入電力線(xiàn)、信號傳輸線(xiàn)的瞬時(shí)過(guò)電壓限制在設備或系統所能承受的電壓范圍內，將強大的電流泄流入地，保護設備或系統不受高電壓沖擊損壞。電涌保護器的類(lèi)型和結構按不同的用途有所不同，但至少包含一個(gè)非線(xiàn)性電壓限制元件。常用電涌保護器有MOV（Metal Oxide Varistor）同氣體放電管等。

　　電涌包含強大的能量因此不能被阻止�；�于這種原因，保護敏感電氣設備免受電涌損壞的策略是把電涌從設備分流后流入大地。

　�。ǘ�）浪涌保護器MOV由三部分組成

　　中間是一根金屬氧化物材料，由兩個(gè)半導體連接著(zhù)電源和地線(xiàn)。當產(chǎn)生浪涌時(shí)MOV立即動(dòng)作，響應時(shí)間為1～3毫微秒。MOV中的“V”是變阻器，在響應的一瞬間，MOV的電阻從最大值降到近乎零歐姆，過(guò)電流經(jīng)MOV流入大地。被保護電氣設備繼續在正常工作電壓下運行。其半導體元件具有隨電壓變化而改變電阻的性質(zhì)。當電壓低于某個(gè)特定值時(shí)，半導體中的電子運動(dòng)產(chǎn)生高電阻。反之，當電壓超過(guò)該特定值時(shí)，電子運動(dòng)會(huì )發(fā)生變化，半導體電阻降低接近零歐姆。電壓正常，浪涌保護器MOV閑在一旁，不影響電力線(xiàn)路。

　�。ㄈ�）評價(jià)浪涌保護器MOV優(yōu)劣的指標

　　1．箝位電壓：表示將導致MOV接通地線(xiàn)的電壓值。箝位電壓越低，表示保護性能越好。

　　2．能量吸收/耗散能力：此標稱(chēng)值表示浪涌保護器在燒毀前能夠吸收多少能量，單位為焦耳。其數值越高，保護性能就越好。

　　3．響應時(shí)間：浪涌保護器不會(huì )立刻斷開(kāi)，它們對電涌做出響應會(huì )有略微的延遲。

　�。ㄋ模�氣體放電管

　　另一種常見(jiàn)的浪涌保護裝置是氣體放電管。這些氣體放電管作用與MOV相同 ，它們將多余電流從火線(xiàn)移到地線(xiàn)，通過(guò)在兩根電線(xiàn)之間使用惰性氣體作為導體實(shí)現此功能。 當電壓處于某一特定范圍時(shí)，該氣體的組成決定了它是不良導體。如果電壓出現浪涌并超過(guò)這一范圍，電流的強度將足以使氣體電離，從而使氣體放電管成為非常良好的導體。它會(huì )將電流傳導至地線(xiàn)，直到電壓恢復正常水平，隨后又會(huì )成為不良導體。

　　三、浪涌保護器（SPD）保護模式

　　SPD可連接在L、N、PE間，這些連接方式稱(chēng)為保護模式，它們與供電系統接地方式有關(guān)�！兜蛪号潆娫O計規范》規定，供電系統接地分為：TN-S系統（三相五線(xiàn)）、TN-C系統（三相四線(xiàn)）TN-C-S 系統（由三相四線(xiàn)改為三相五線(xiàn)）、IT系統（三相三線(xiàn)）和TT系統（三相四線(xiàn)）。

　　模式保護器是4個(gè)單片組合在一起，它沒(méi)有對浪涌電流經(jīng)過(guò)的所有可能的線(xiàn)路都進(jìn)行保護，如火線(xiàn)—火線(xiàn)之間，火線(xiàn)—中性線(xiàn)。4模式的浪涌保護器有可能使SPD電壓保護水平失真，保護水平較差。會(huì )造成三種情況：電壓抑制水平失真；響應時(shí)間不匹配；續流問(wèn)題存在安全隱患。

　　全模式保護三根火線(xiàn)通過(guò)浪涌抑制元件分別與中性線(xiàn)相連，三根火線(xiàn)通過(guò)浪涌抑制元件分別與保護線(xiàn)相連，中性線(xiàn)通過(guò)浪涌抑制元件分別與保護線(xiàn)相連，三根火線(xiàn)通過(guò)浪涌抑制元件分別相連，全模式下對浪涌電流經(jīng)過(guò)的所有線(xiàn)路都進(jìn)行了保護。其優(yōu)點(diǎn)有：全模式的浪涌保護設備對浪涌電流經(jīng)過(guò)的所有可能的線(xiàn)路都進(jìn)行了保護；有利于對電網(wǎng)與浪涌保護器本身的防護；不會(huì )出現電壓保護水平失真和元件響應時(shí)間不匹配的問(wèn)題。

　　四、結語(yǔ)

　　通過(guò)對電涌產(chǎn)生，電涌保護器的作用及電涌保護器接線(xiàn)，使我們在日常工作學(xué)習中免受電涌的危害，提高用電設備使用壽命。

　　作者簡(jiǎn)介：萬(wàn)軍令（1976－），男，山東萊州人，山東黃金集團三山島金礦電氣工程師，研究方向：電氣自動(dòng)化與機械一體化。