【導讀】現在的電子設備無(wú)處不在且發(fā)展迅速，其越來(lái)越敏感的電路在很大程度上依賴(lài)前端保護，因為它們要接入電力基礎設施，而這些基礎設施可能有或者沒(méi)有最新的電壓浪涌和瞬態(tài)保護功能。這些瞬態(tài)事件可能是由雷擊、開(kāi)關(guān)動(dòng)作或類(lèi)似的電壓浪涌事件造成的結果，會(huì )導致過(guò)電壓和過(guò)電流事件，進(jìn)而損壞敏感電子設備或者降低其性能。
本文簡(jiǎn)要討論 GDT 和 MOV 浪涌保護器的工作原理，然后以 Bourns 的實(shí)際 IsoMOV 混合保護器為例考察其特點(diǎn)。文章最后說(shuō)明如何通過(guò)實(shí)施 IsoMOV 技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足 IEC/UL62368-1 標準。
現在的電子設備無(wú)處不在且發(fā)展迅速，其越來(lái)越敏感的電路在很大程度上依賴(lài)前端保護，因為它們要接入電力基礎設施，而這些基礎設施可能有或者沒(méi)有最新的電壓浪涌和瞬態(tài)保護功能。這些瞬態(tài)事件可能是由雷擊、開(kāi)關(guān)動(dòng)作或類(lèi)似的電壓浪涌事件造成的結果，會(huì )導致過(guò)電壓和過(guò)電流事件，進(jìn)而損壞敏感電子設備或者降低其性能。
諸如氣體放電管 (GDT) 和金屬氧化物壓敏電阻 (MOV) 等現有的低成本浪涌保護技術(shù)能夠轉移或抑制浪涌能量，以阻止浪涌能量到達被保護設備。這兩種技術(shù)各有優(yōu)勢，但它們在失效前能處理的瞬態(tài)數量都是有限制的。另外，GDT 可能不會(huì )完全切斷電流，而 MOV 在經(jīng)過(guò)若干次瞬態(tài)事件激活后，可能會(huì )因熱擊穿而失效。
為了保持 GDT 和 MOV 的優(yōu)點(diǎn)并減少其性能上的不足，已經(jīng)出現了集成混合技術(shù)組件的單器件，且在給定的浪涌保護水平下，器件的物理尺寸相對較小。雖然集成組件的互補性提高了兩者的性能，延長(cháng)了運行壽命，但要做到高效率，還需要認真匹配 GDT 和 MOV 元件。經(jīng)過(guò)正確實(shí)施，這些 IsoMOV? 混合浪涌保護器特別有助于確保符合 IEC/UL62368-1 標準，該標準是關(guān)于信息技術(shù)和音頻/視頻設備危險方面的標準。
SPD的工作原理
浪涌保護組件有兩種工作方式，一種是用作開(kāi)關(guān)，將浪涌轉移到地面（有時(shí)稱(chēng)為“撬棍”），另一種是通過(guò)吸收和耗散瞬時(shí)能量，將最大電壓箝制在較低的水平，從而限制浪涌電壓。
例如，GDT 就是一種撬棍式抑制器。這種抑制器由位于氬氣等非反應性氣體中的火花間隙組成，并橫跨電源線(xiàn)接線(xiàn)。如果電壓水平低于GDT 的擊穿電壓，該抑制器基本上處于高阻抗“關(guān)斷”狀態(tài)。如果一個(gè)瞬態(tài)使電壓水平升高并超過(guò) GDT 的擊穿電壓，GDT 就會(huì )進(jìn)入導通或“接通”狀態(tài)（圖 1）。
由于 GDT 橫跨電源輸入，所以基本上使電源形成了短路。這將觸發(fā)熔斷器、斷路器或其他串行保護裝置，從而保護 GDT 下游的電路。請注意，在關(guān)斷狀態(tài)下電壓高，電流小。在導通狀態(tài)下則正好相反，且除了狀態(tài)轉換期間外功率耗散極小。重置 GDT 狀態(tài)需要將輸入電壓降低到擊穿電壓以下。在電源線(xiàn)輸入電壓沒(méi)有下降到足夠低的情況下，GDT 可能不會(huì )復位，并繼續傳導“跟隨”電流，使其保持導通狀態(tài)。GDT 保持導通的可能性是這種浪涌保護技術(shù)的一個(gè)重大限制。
MOV 是一種鉗位裝置。與 GDT 一樣，該器件橫跨電源線(xiàn)布置。正常情況下，MOV 處于高阻抗狀態(tài)，只吸收很小的泄漏電流（圖 2）。
發(fā)生電壓浪涌時(shí)，MOV 的阻抗下降，吸收更多的電流，從而耗散功率；這會(huì )降低并限制瞬態(tài)電壓。瞬態(tài)結束時(shí)，MOV的阻抗增加并恢復到正常狀態(tài)。MOV 的額定值是基于其能夠耐受此類(lèi)瞬態(tài)事件的數量。經(jīng)過(guò)一些瞬態(tài)事件后，MOV 的漏電流可能會(huì )增加。這將增加器件的耗散功率，導致發(fā)熱。發(fā)熱會(huì )增大漏電流，并可能使 MOV 進(jìn)入熱擊穿狀態(tài)，從而造成災難性器件故障。
這兩種浪涌保護技術(shù)本身都不是很理想。然而，如果將 GDT 和 MOV 與電源線(xiàn)串聯(lián)，它們之間的特性互補就會(huì )變得很明顯。在正常工作狀態(tài)下，GDT 斷開(kāi)，MOV 中無(wú)漏電流。在電壓瞬態(tài)期間，GDT 觸發(fā)，從而將 MOV 接入電路。然后 MOV 鉗制瞬態(tài)浪涌電壓。瞬態(tài)結束后，MOV 斷開(kāi)，減少流經(jīng) GDT 的電流，也使得 GDT 關(guān)斷。
對于 GDT 和 MOV 的串聯(lián)，需要仔細匹配其特性，以便能夠精確地相互補充。分立實(shí)施方式從設計到制造、測試和包裝都會(huì )受到各種因素的影響，使得設計者很難找到良好的匹配方案。為了應對這些挑戰，Bourns 的 IsoMOV 混合保護器將一組精心匹配的 MOV 和一個(gè) GDT 元件整合到單一封裝中，該封裝比單組件體積要小得多（圖 3）。
（作者：Art Pini，來(lái)源：DigiKey得捷）
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