ESD/浪涌保護器件使用方法：各類壓敏電阻

各類壓敏電阻的特點

壓敏電阻可發揮抑制器作用，保護設備及電路免受來自ESD(靜電放電)或雷擊浪涌等瞬態異常電壓的影響。
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)保護中。以下所示為具體應用示例。

應用示例：開關電源輸入部浪涌保護

小型、輕量、高效率的各類電源開關多作為電子設備的電源使用。在開關電源中，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噪音。但僅依靠EMC濾波器無法阻擋雷擊浪涌或開關浪涌，因此EMC濾波器前段設有使用盤型壓敏電阻的浪涌保護電路。與浪涌放電管等的組合以及電路結構多種多樣。在用于筆記本電腦等的AC適配器中也內置有同樣的保護電路。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　開關電源的浪涌保護電路示例

應用示例：LED照明系統浪涌保護

LED照明系統除了連接有多個LED的LED陣列、驅動器(驅動電路)、控制電路、LED電源等之外，還會由通信用電源等子系統構成。為抑制接口部ESD/浪涌對策，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是使用半導體的器件，若不采取對策則會因靜電或浪涌而遭到破壞。為此，LED器件中壓敏電阻會以并聯方式搭載。圖2　保護LED照明系統中LED器件

應用示例：馬達等誘導性負荷浪涌保護

馬達、電磁線圈、電磁閥等使用線圈的誘導性負荷設備在關閉電源的瞬間會以反電動勢形式放出此前積攢的磁能，繼而產生高浪涌電壓。為了保護設備免受此類浪涌電壓影響，需要以并聯的方式將壓敏電阻與負荷進行連接。圖3　馬達等誘導性負荷浪涌對策

應用示例：帶電磁制動器馬達的浪涌對策與開關觸點保護

用于產業設備中的AC馬達中擁有帶電磁制動器型產品。其通過使用電磁鐵、電樞(可動鐵板)以及彈簧的電磁制動器，可在關閉開關的同時停止馬達旋轉。但電磁鐵是使用線圈的誘導性負荷，在切斷電流的瞬間，線圈會產生反電動勢，從而發生高浪涌電壓，繼而會損傷開關觸點。而連接壓敏電阻則是為了吸收該浪涌電壓，從而保護開關觸點。圖4　帶電磁制動器馬達的開關觸點保護

應用示例：SSR(固態繼電器)浪涌對策與輸出端子保護

大多數流過大電流的產業設備中均搭載有使用半導體器件(晶閘管等)的SSR(固態繼電器)。由于其屬于通過光電耦合器進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信號對設備進行安全的ON/OFF控制。但由于大電流會ON/OFF，因此輸出端子容易因開關浪涌而出現損傷。為了抑制這種情況發生，輸出側會以并聯方式連接壓敏電阻(也有內置壓敏電阻的SSR)。圖5　SSR(固態繼電器)輸出端子保護

應用示例：甩負荷/場衰變浪涌對策

切斷馬達、交流發電機(發電機)等使用線圈的誘導性負荷中流過的電流時，會因為產生反電動勢而發生高浪涌電壓。甩負荷是指在從交流發電機向電池供應電流的狀態下，當發生電池端子斷開等導致電池線被切斷時產生的浪涌影響。而場衰變是指，不慎將電池極性接反時而產生的負電壓浪涌影響。
這兩種浪涌均會傳遞至ECU中從而引起錯誤工作，因此需要通過甩負荷試驗與場衰變試驗。盤型壓敏電阻則主要用于抑制浪涌。圖6　甩負荷與壓敏電阻浪涌對策

在從交流發電機向電池供應電流的狀態下，當電池線發生斷線時，將會發生高浪涌電壓。壓敏電阻可對該浪涌電壓進行旁通，從而保護ECU等。

應用示例：太陽能發電系統連接箱/功率調節器浪涌保護電路

通過太陽能板發電的直流電力會通過連接箱輸送至功率調節器，在經過DC-DC轉換器進行升壓，通過逆變器轉換為交流后輸送至商用電力系統中。為了保護電路免受感應雷擊浪涌的影響，連接箱與功率調節器的輸入及輸出部插入有使用壓敏電阻的電壓保護電路。通過配合浪涌放電管使用可進一步提高可靠性。圖7　太陽能發電系統連接箱/功率調節器浪涌保護電路

應用示例：使用防雷變壓器的重要設備浪涌保護

為保護數據中心服務器、電話交換機等重要設備免受雷擊浪涌影響，會使用防雷變壓器裝置。其組合了使用壓敏電阻的SPD(浪涌防護器件/避雷器)以及對初級繞組與次級繞組進行靜電屏蔽處理的特殊變壓器，SPD中未完全去除的浪涌會通過靜電屏蔽材料旁通至地面。其對于共模感應雷擊浪涌可發揮優異的效果。圖8　使用防雷變壓器的雷擊浪涌對策示例

應用示例：應對產業設備中高能量浪涌

塊型壓敏電阻與條型壓敏電阻是用于產業設備及通信設備電源、發電廠及變電站配電盤、鐵路信號系統等中的高能量型產品，具備極大的浪涌電流耐量。塊型壓敏電阻是放置于外殼內部的螺絲端子型產品，條型壓敏電阻則是螺絲固定（或焊錫）用開孔接插片（平板）端子型產品。AC電力線放電管也會一同使用。圖9　產業設備中高能量浪涌對策示例