一文讀懂：各類壓敏電阻在ESD和浪涌抑制中的應(yīng)用
各類壓敏電阻的特點(diǎn)
壓敏電阻可發(fā)揮抑制器作用，保護(hù)設(shè)備及電路免受來自ESD(靜電放電)或雷擊浪涌等瞬態(tài)異常電壓的影響。
引線式盤壓敏變阻器或SMD盤壓敏變阻器適合用于較大的浪涌電流(100A～25kA)保護(hù)中。而塊型壓敏電阻以及條型壓敏電阻則適合用于更大的浪涌電流(約25kA以上)保護(hù)中。
應(yīng)用示例：開關(guān)電源輸入部浪涌保護(hù)
小型、輕量、高效率的各類電源開關(guān)多作為電子設(shè)備的電源使用。在開關(guān)電源中，電源電路前段擁有EMC濾波器電路，其用于抑制通過電源線侵入的傳導(dǎo)噪音。但僅依靠EMC濾波器無法阻擋雷擊浪涌或開關(guān)浪涌，因此EMC濾波器前段設(shè)有使用盤型壓敏電阻的浪涌保護(hù)電路。與浪涌放電管等的組合以及電路結(jié)構(gòu)多種多樣。在用于筆記本電腦等的AC適配器中也內(nèi)置有同樣的保護(hù)電路。帶有防雷功能的電源插排以及插座中也使用有壓敏電阻。
圖1 開關(guān)電源的浪涌保護(hù)電路示例
應(yīng)用示例：LED照明系統(tǒng)浪涌保護(hù)
LED照明系統(tǒng)除了連接有多個(gè)LED的LED陣列、驅(qū)動(dòng)器(驅(qū)動(dòng)電路)、控制電路、LED電源等之外，還會(huì)由通信用電源等子系統(tǒng)構(gòu)成。為抑制接口部ESD/浪涌對(duì)策，除了使用大量的貼片壓敏電阻之外，ESD陣列中也必須使用壓敏電阻。LED是使用半導(dǎo)體的器件，若不采取對(duì)策則會(huì)因靜電或浪涌而遭到破壞。為此，LED器件中壓敏電阻會(huì)以并聯(lián)方式搭載。
圖2 保護(hù)LED照明系統(tǒng)中LED器件
應(yīng)用示例：馬達(dá)等誘導(dǎo)性負(fù)荷浪涌保護(hù)
馬達(dá)、電磁線圈、電磁閥等使用線圈的誘導(dǎo)性負(fù)荷設(shè)備在關(guān)閉電源的瞬間會(huì)以反電動(dòng)勢(shì)形式放出此前積攢的磁能，繼而產(chǎn)生高浪涌電壓。為了保護(hù)設(shè)備免受此類浪涌電壓影響，需要以并聯(lián)的方式將壓敏電阻與負(fù)荷進(jìn)行連接。
圖3 馬達(dá)等誘導(dǎo)性負(fù)荷浪涌對(duì)策
應(yīng)用示例：帶電磁制動(dòng)器馬達(dá)的浪涌對(duì)策與開關(guān)觸點(diǎn)保護(hù)
用于產(chǎn)業(yè)設(shè)備中的AC馬達(dá)中擁有帶電磁制動(dòng)器型產(chǎn)品。其通過使用電磁鐵、電樞(可動(dòng)鐵板)以及彈簧的電磁制動(dòng)器，可在關(guān)閉開關(guān)的同時(shí)停止馬達(dá)旋轉(zhuǎn)。但電磁鐵是使用線圈的誘導(dǎo)性負(fù)荷，在切斷電流的瞬間，線圈會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，從而發(fā)生高浪涌電壓，繼而會(huì)損傷開關(guān)觸點(diǎn)。而連接壓敏電阻則是為了吸收該浪涌電壓，從而保護(hù)開關(guān)觸點(diǎn)。
圖4 帶電磁制動(dòng)器馬達(dá)的開關(guān)觸點(diǎn)保護(hù)
應(yīng)用示例：SSR(固態(tài)繼電器)浪涌對(duì)策與輸出端子保護(hù)
大多數(shù)流過大電流的產(chǎn)業(yè)設(shè)備中均搭載有使用半導(dǎo)體器件(晶閘管等)的SSR(固態(tài)繼電器)。由于其屬于通過光電耦合器進(jìn)行電氣絕緣的繼電器，因此可通過直流電源微小電流的ON/OFF信號(hào)對(duì)設(shè)備進(jìn)行安全的ON/OFF控制。但由于大電流會(huì)ON/OFF，因此輸出端子容易因開關(guān)浪涌而出現(xiàn)損傷。為了抑制這種情況發(fā)生，輸出側(cè)會(huì)以并聯(lián)方式連接壓敏電阻(也有內(nèi)置壓敏電阻的SSR)。
圖5 SSR(固態(tài)繼電器)輸出端子保護(hù)
應(yīng)用示例：甩負(fù)荷/場(chǎng)衰變浪涌對(duì)策
切斷馬達(dá)、交流發(fā)電機(jī)(發(fā)電機(jī))等使用線圈的誘導(dǎo)性負(fù)荷中流過的電流時(shí)，會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)而發(fā)生高浪涌電壓。
甩負(fù)荷是指在從交流發(fā)電機(jī)向電池供應(yīng)電流的狀態(tài)下，當(dāng)發(fā)生電池端子斷開等導(dǎo)致電池線被切斷時(shí)產(chǎn)生的浪涌影響。而場(chǎng)衰變是指，不慎將電池極性接反時(shí)而產(chǎn)生的負(fù)電壓浪涌影響。
這兩種浪涌均會(huì)傳遞至ECU中從而引起錯(cuò)誤工作，因此需要通過甩負(fù)荷試驗(yàn)與場(chǎng)衰變?cè)囼?yàn)。盤型壓敏電阻則主要用于抑制浪涌。
圖6 甩負(fù)荷與壓敏電阻浪涌對(duì)策
ECU的抗擾度試驗(yàn)與電磁干擾試驗(yàn)(ISO10605)
ECU的EMC評(píng)估試驗(yàn)包括確認(rèn)ECU有無錯(cuò)誤工作的抗擾度試驗(yàn)，對(duì)ECU設(shè)計(jì)是否會(huì)產(chǎn)生超過限度值的噪音進(jìn)行評(píng)估的電磁干擾試驗(yàn)。
應(yīng)用示例：太陽能發(fā)電系統(tǒng)連接箱/功率調(diào)節(jié)器浪涌保護(hù)電路
通過太陽能板發(fā)電的直流電力會(huì)通過連接箱輸送至功率調(diào)節(jié)器，在經(jīng)過DC-DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行升壓，通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流后輸送至商用電力系統(tǒng)中。為了保護(hù)電路免受感應(yīng)雷擊浪涌的影響，連接箱與功率調(diào)節(jié)器的輸入及輸出部插入有使用壓敏電阻的電壓保護(hù)電路。通過配合浪涌放電管使用可進(jìn)一步提高可靠性。
圖7 太陽能發(fā)電系統(tǒng)連接箱/功率調(diào)節(jié)器浪涌保護(hù)電路
應(yīng)用示例：使用防雷變壓器的重要設(shè)備浪涌保護(hù)
為保護(hù)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、電話交換機(jī)等重要設(shè)備免受雷擊浪涌影響，會(huì)使用防雷變壓器裝置。其組合了使用壓敏電阻的SPD(浪涌防護(hù)器件/避雷器)以及對(duì)初級(jí)繞組與次級(jí)繞組進(jìn)行靜電屏蔽處理的特殊變壓器，SPD中未完全去除的浪涌會(huì)通過靜電屏蔽材料旁通至地面。其對(duì)于共模感應(yīng)雷擊浪涌可發(fā)揮優(yōu)異的效果。
圖8 使用防雷變壓器的雷擊浪涌對(duì)策示例
應(yīng)用示例：應(yīng)對(duì)產(chǎn)業(yè)設(shè)備中高能量浪涌
塊型壓敏電阻與條型壓敏電阻是用于產(chǎn)業(yè)設(shè)備及通信設(shè)備電源、發(fā)電廠及變電站配電盤、鐵路信號(hào)系統(tǒng)等中的高能量型產(chǎn)品，具備極大的浪涌電流耐量。塊型壓敏電阻是放置于外殼內(nèi)部的螺絲端子型產(chǎn)品，條型壓敏電阻則是螺絲固定（或焊錫）用開孔接插片（平板）端子型產(chǎn)品。AC電力線放電管也會(huì)一同使用。
圖9 產(chǎn)業(yè)設(shè)備中高能量浪涌對(duì)策示例
