雷击浪涌发生器防护器件有哪些

雷击是指带电云层或带电云层与地面之间的放电现象。这种放电过程会产生强大的闪电和巨大的声线，并随着大量的能量而传递。雷击对电子设施造成了灾难性的破坏。雷击浪涌冲击波可以通过室外传输线路、设备之间的连接线和电力线侵入设备，损坏连接在线路中间或终端的电子设备。雷击地球或接地导体，导致局部瞬时电位上升，影响附近的电子设备，影响设备，损害其对地面绝缘。

图1.雷电现象

一、浪涌防护装置:

由于浪涌脉冲的脉宽较宽，低通滤波器对其作用非常有限，一般采用特殊的浪涌抑制装置来抑制。浪涌抑制装置的一个共同特点是，当有浪涌电压时，阻抗不同于无浪涌电压。在正常电压下，其阻抗非常高，对电路的工作没有影响。当在其上添加高浪涌电压时，其阻抗变得非常低，从而导致浪涌能量旁路。常用的浪涌抑制装置包括压敏电阻、瞬态抑制二极管（TVS二极管）和气体放电管。这些装置具有图2所示的特性。当浪涌电压超过一定值时，通过它们的电流突然增加，这意味着它们的阻抗突然变得非常低。该装置的使用方法是并联在线路和参考地点之间。当浪涌电压出现时，它们迅速导通，从而将电压范围限制在一定值，保护后端电路，如图2所示。

图2.浪涌抑制器伏安特性虚线

1.压敏电阻:

压敏电阻是一种将导线焊接在氧化锌颗粒上，然后用绝缘材料包装的设备，如图3所示。当流过压敏电阻的浪涌电流增加时，其电阻会减小，可以将电压夹在一定值上，但由于压敏电阻的电阻降低与流过的电流不完全反比，因此上述电压会随着电流的增加而增加。

图3.压敏电阻

压敏电阻中的氧化锌颗粒形成类似于PN结的结构，具有二极管的特性。整个压敏电阻相当于大量的二极管并联和串联。由于部分PN结是正偏置，部分是反偏置，因此压敏电阻的特性是双向的，类似于两个背靠背的二极管，如图4所示。

图4.压敏电阻的结构

显然，串联PN结越多，压敏电阻的导电电压越高。因此，压敏电阻器件的厚度决定了其导电电压。并联PN结越多，压敏电阻承受电流的能力越强。因此，压敏电阻的面积决定了其承受电流的能力。

压敏电阻的一个缺点是钳位电压不是一个确定的值，而是与流过压敏电阻的电流有关。压敏电阻上的电压(一般称为钳位电压)等于流过压敏电阻的电流乘以压敏电阻的电阻值。流过压敏电阻的电流越大，压敏电阻上的电压在浪涌电流的峰值处最高，会超过交流峰值的30%。因此，压敏电阻的保护效果较差。

压敏电阻的另一个缺点是，一些颗粒在受到浪涌冲击后会损坏并短路。此时，相当于系列PN结减少，从而降低整个压敏电阻的导电电压值。当压敏电阻的导电电压低于电源的峰值电压时，电源的功率电流会流过压敏电阻，使压敏电阻过热损坏，可能发生爆炸，造成安全问题。因此，一般不建议使用压敏电阻。

2.瞬态抑制二极管:

瞬态抑制二极管(TVS)是一种广泛应用于信号线的浪涌保护装置，如图5所示。

图5.瞬态抑制二极管

TVS的优点是响应时间短，钳位电压低(相对于工作电压)。但由于所有功率都消散在二极管的PN结上，它承受的功率值小，允许流动的电流小。

一般来说，TVS的寄生电容较大。如果在高速数据线上使用，应使用特殊的低电容器件，但低电容器件的额定功率往往较小，仅适用于浪涌能量较小的场合。如果浪涌能量较大，则应与其他大功率浪涌抑制器件一起使用，TVS作为后保护。

3.气体放电管:

气体放电管是一种常用的浪涌保护装置，如图所示。气体放电管的工作原理是利用金属电极之间的放电特性。也就是说，当金属电极之间的电压超过一定值时，电极之间的间隙就会被打破，形成一个通道，电阻很低，接近短路，所以浪涌电压的能量可以从旁边掉下来。气体放电管有两个极和三极，实际上相当于两个气体管包装在一个容器中。如图7所示。

图6.气体放电管

电极之间的冲击有两种机制，一种是气体的电离现象。这种现象是，当添加到气体上的电场强度较强时，气体中的自由电子或离子会获得足够的能量，撞击其他原子或分子，产生更多的自由电子和离子，形成导电气体，称为气体电离。当电极之间的气体电离时，会有一个可以自行维持的光放电过程，只有较低的电压才能保持其电离状态。维持电压与触点之间的距离无关，在空气中约为300V。此外，为了保持连接，通常需要一个最小的电流，通常是几毫安。

还有另一种机制，即电弧放电。这种现象的机制是，金属表面的自由电子在外部场强的作用下会被拉入空间，脱离金属表面的约束，成为空间的自由电子。电子离开金属表面后，在外部电场的作用下，从阴极移动到阳极。到达阳极后，电极的局部温度非常高，这可能会升华金属，形成一座金属气体桥，即电弧放电。一旦形成金属气体桥，电弧放电过程只能通过低电压和电流维持。一般来说，电压为10~30V，电流为1A。诱发电弧放电的场强度约为5kV/cm。

气体放电管的优点是能承受较大的电流。气体放电管的通流能力与管径有关。管径越大，通流能力越大。气体放电管的质量问题主要表现为慢性漏气和长期使用的可靠性（即直流击穿电压值在多次闪电冲击后偏移），光敏效应和离散性较大。

此外，由于维护其导电所需的电压很低，当浪涌电压时，只要气体放电管上的电压高于维护电压，就会保持导电。在交流场合使用时，只有当交流电超过零点时，才会断开，因此会有一定的跟踪电流。由于跟踪电流时间长，放电管接触会迅速烧毁，缩短放电管的使用寿命。由于气体放电管的这一特点，不适用于电压值高的直流场合。此时，电弧可能无法断开，导致电源保护装置的运行。

4.比较浪涌防护装置的特性: