安全管理論文電涌保護器應(yīng)用中的幾個問題的探討

1、此資料由網(wǎng)絡(luò)收集而來，如有侵權(quán)請告知上傳者立即刪除。資料共分享，我們負責傳遞知識。安全管理論文電涌保護器應(yīng)用中的幾個問題的探討摘要：探討了電涌保護器（spd）應(yīng)用中的4個頗有爭議的問題，這就是spd的響應(yīng)時間、多級spd的動作順序、不同波形沖擊電流的等效變換以及spd的殘壓與沖擊電流峰值的關(guān)系。最后說明了spd應(yīng)用中各電壓之間的相互關(guān)系。關(guān)鍵詞：電涌保護器響應(yīng)時間沖擊電流防雷保護一、前言電涌保護器(spd)是抑制由雷電、電氣系統(tǒng)操作或靜電等所產(chǎn)生的沖擊電壓，保護電子信息技術(shù)產(chǎn)品必不可少的器件。隨著各種電子信息技術(shù)產(chǎn)品越來越多地滲入到社會和家庭生活的各個領(lǐng)域，spd的使用范圍日益擴大，市場需求量

2、日益增長?？偟膩碚f，電子信息技術(shù)產(chǎn)品的過電壓保護還是一個新的技術(shù)領(lǐng)域，兩相關(guān)于spd的國際標準iec61643-1和iec61643-21發(fā)表才幾年，有關(guān)spd應(yīng)用中的許多問題還存在著爭議，本文就其中的4個問題提出筆者個人的看法，以期引起討論。它們是：spd的響應(yīng)時間，多級spd的動作順序，不同波形沖擊電流的等效變換以及spd的殘壓與沖擊電流峰值的關(guān)系。最后對spd應(yīng)用中各個電壓之間的相互關(guān)系作了說明。二、spd的響應(yīng)時間不少人錯誤地認為，響應(yīng)時間是衡量spd保護性能的一個重要指標，制造廠也在其技術(shù)資料中列明了這一參數(shù)，但許多制造廠并不知道它的確切含義，也未進行過測量。一個流行的觀點是，在響應(yīng)

3、時間內(nèi)，spd對入侵的沖擊無抑制作用，沖擊電壓是”原樣透過”spd而作用在下級的設(shè)備上。這不符合spd的是工作情況，是錯誤的。spd中對沖擊過電壓起抑制作用的非線性元件，按其工作機理可區(qū)分為”限壓型”（如壓敏電阻器、穩(wěn)壓二極管）和”開關(guān)型”（如氣體放電管、可控硅）。氧化鋅壓敏電阻器是一種化合物半導體器件，其中的電流對于加在它上面的電壓的響應(yīng)本質(zhì)上是很快的。那么，以前的技術(shù)資料中所說的用壓敏電阻構(gòu)成的spd響應(yīng)時間r25ns是怎么回事呢？這是技術(shù)標準ieeec62.33-19822中定義的響應(yīng)時間，它是一個用來表征”過沖”特性的物理量，與通常意義上的響應(yīng)時間是完全不同的另外一個概念。為了說明這一

4、點。ieeec62.3(6.3)電壓過沖（uos）。在沖擊電流波前很陡、數(shù)值又很大時，測量帶引線壓敏電阻的限制電壓的結(jié)果表明，它大于以8/20標準波時的限制電壓。這種電壓增量uos稱作”過沖”。盡管壓敏電阻材料本身對陡沖擊的響應(yīng)時間有所不同，但差別不大。造成過沖的主要原因是在器件的載流引線周圍建立起了磁場，該此磁場在器件引線和被保護線路之間的環(huán)路中，或者在引線與模擬被保護線路的測量電路之間的環(huán)路感應(yīng)出電壓。在典型的使用情況下，一定的引線長度是不可避免的，這種附加電壓將加在壓敏電阻器后面的被保護線路上，所以在沖擊波波前很陡而數(shù)值又很大的條件下測量限制電壓時，必須認識到電壓過沖對于引線長度和環(huán)路耦

5、合的依賴關(guān)系，而不能把過沖作為器件內(nèi)在的特性來看待。近幾年來發(fā)表的國際電工委員會關(guān)于spd的技術(shù)標準iec61643-1和iec6163-21都沒有引入響應(yīng)時間這一參數(shù)：ieee技術(shù)標準c62.62-2000更明確指出，波前響應(yīng)的技術(shù)要求對spd的典型應(yīng)用而言是沒有必要的，可能引起技術(shù)要求上的誤導，因此如無特別要求，不規(guī)定該技術(shù)要求，也不進行試驗、測量、計算或其他認證。這是因為：（1）對于沖擊保護這一目的而言，在規(guī)定條件下測得的限制電壓，才是十分重要的特性。（2）spd對波前的響應(yīng)特性不僅與spd的內(nèi)部電抗以及對沖擊電壓起限制作用的非線性元件的導電機理有關(guān)，還與侵入沖擊波的上升速率和沖擊源阻抗

6、有關(guān)，連接線的長短和接線方式也有重要影響。筆者認為，對于電源保護用spd，以下三項技術(shù)指標是重要的：限制電壓（保護電平）；通流能力（沖擊電流穩(wěn)定性）；3連續(xù)工作電壓壽命。三、多級spd的動作順序當單級spd不能將入侵的沖擊過電壓抑制到規(guī)定保護電平以下時，就要采用含有二級、三級或更多級非線性抑制元件的spd。非線性元件rv2和rv2都是壓敏電阻，實用中rv1也可以使氣體放電管，v2也可以是穩(wěn)壓管或浪涌抑制二極管（tvs管）。兩極之間的隔離元件zs可以是電感l(wèi)s或電阻rs，若rv1和rv2的導通電壓分別是un1和un2，所選用的元件總是un2>un1。有人認為，當入侵沖擊波加在x-e端子上時

7、，總是第一級rv1先導銅，然后才是第二級。實際上，第一級或第二級先導通都是可能的，這取決于以下因素：(1)入侵沖擊波的波形，主要是電流波前的聲速（di/dt）；(2)非線性元件rv1和rv2的導通電壓un1和un2的相對大??；(3)隔離阻抗zs的性質(zhì)是電阻還是電感，以及它們的大小。當zs為電阻rs時，多數(shù)情況是第二級先導通。第二級導通后，當沖擊電流i上升到irsun2un1是第一級才導通。第一級導通后，由于在大電流下第一級的等效阻抗比rs加第二級的等效阻抗之和小得多。因而大部分沖擊電流經(jīng)第一級泄放，而經(jīng)第二級泄放的電流則要小得多。若第一級為氣體放電管，它導通后的殘壓通常低于第二級的導通電壓un

8、2，于是第二級截止，剩余沖擊電流全部經(jīng)第一級氣體放電管泄放。若zs為電感l(wèi)s，且侵入電流一開始的上升速度相當快，條件ls(di/dt)un2>un1得到滿足,則第一級先導通。若第一級導通時的限制電壓為uc1(1),則以后隨著入侵沖擊電流升速(di/dt)的下降，當條件uc1(1)ls(di/dt)un2得到滿足時，第二級才導通。第二級導通后，將輸出端y的電壓，抑制在一個較低的電平上。四、不同波形沖擊電流的等效變換spd的沖擊電流試驗會碰到諸如8/20、10/350、10/1000或2ms等不同波形，那么從對于spd的破壞作用等效的角度看，如何進行不同波形沖擊電流的峰值換算，有人主張按電荷

9、量相等的原則進行換算。按照這一原則，只要將兩種不同波形的電流波對時間積分，求得總的電荷量，令兩個電荷量相等，就可得到兩種波的電流峰值之間的比例關(guān)系了。這種變換方法與泄放沖擊電流的元件沒有一點關(guān)系，顯然是不切合實際的。還有人主張按能量相等的原則進行換算。按照這一原則，不僅要知道兩個電流波形，還要知道當這兩個電流波流入電壓抑制元件時，該元件兩端限制電壓的波形，然后將各個時刻對應(yīng)的電流值和電壓值相乘而得出功率波，再將功率波對時間積分得出能量，令兩個能量值相等，就可得到兩個電流峰值之間的比例關(guān)系了。這種變換方法考慮到了具體的非線性元件，但沒有考慮沖擊電流的熱效應(yīng)和電流值很大時的電動力效應(yīng)。實際上就氧化

10、鋅壓敏電阻而言，它能承受的8/20沖擊電流的能量比承受2ms時的能量大。該圖表明了厚度為1.3mm的早期壓敏電阻樣品能承受的沖擊電流能量隨電極面積的變化?？梢?，能量相等的原則至少對壓敏電阻是不適用的。對氧化鋅壓敏電阻在大電流下破壞機理的研究得出了下述結(jié)果4；在大電流作用下，壓敏電阻的破壞模式有兩種，當大沖擊電流的時間寬度不大于50s時（例如4/10和8/20波），電阻體開裂；當電流值較小而時間寬度大于100s時（例如10/350、10/1000和2ms波），電阻體穿孔。兩種不同破壞模式可以這樣解釋：時間很短的大電流在電阻體內(nèi)產(chǎn)生的熱量來不及向周圍傳導，是個絕熱過程，加上電阻體的不均勻使電流的分

11、布不均勻，這樣電阻體不同部位之間的溫差很大，形成很大的熱應(yīng)力而使電阻體開裂。當沖擊電流的作用時間較長時，電阻體不均勻造成的電流集中，使電阻體材料熔化而形成穿孔。使用壓敏電阻體破壞的電流密度j(a·cm-2)與沖擊電流波的時間寬度r（s）之間的關(guān)系，在雙對數(shù)坐標中大體為一條斜率為負值的直線，因而可用下面的方程式來表達：logj=cklogr式中，c和k是與具體器件相關(guān)的兩個常數(shù)，可以根據(jù)實驗資料推算出來，于是就可以計算出這種產(chǎn)品能夠承受的不同波形沖擊電流的峰值了。綜上所述，對于以壓敏電阻作為非線性抑制元件的spd，為進行不同波形沖擊電流之間的等效變換，應(yīng)以兩種不同波形（例8/20、10/350）的沖擊電