一、什么是浪涌电流？

浪涌电流是指在电源接通瞬间或在异常情况下，电路中出现的短时峰值电流。这种峰值电流通常远高于正常工作电流，可能会损坏电路中的元器件。浪涌电流的典型来源包括：

• 雷击产生的瞬态过电压。
• 电气设备启动或切换时的突发电流。
• 静电放电（ESD）引起的冲击。

二、浪涌保护器（抑制器）的基本原理

浪涌保护器通过快速响应和吸收浪涌能量，保护设备免受瞬态过电流和过电压的损害。其工作原理可以分为以下类型：

1. 开关型浪涌保护器：

   • 工作原理：平时呈高阻状态，当检测到瞬态过电压时，迅速变为低阻状态，形成短路，将过电流分流到地。
   • 典型器件：放电间隙、气体放电管（GDT）、可控硅（SCR）等。
   • 特点：适合大电流浪涌泄放，残压较高。

2. 限压型浪涌保护器：

   • 工作原理：正常情况下阻抗较高，当电压超过一定值时，其阻抗会迅速减小，将浪涌电压限制在设备安全范围内。
   • 典型器件：氧化锌（ZnO）压敏电阻（MOV）、瞬态电压抑制二极管（TVS）、雪崩二极管等。
   • 特点：响应速度快，保护精度高，适合终端设备的浪涌保护。

3. 分流型和扼流型浪涌保护器：

   • 分流型：与设备并联工作，对浪涌脉冲呈低阻抗，将浪涌能量分流。
   • 扼流型：与设备串联工作，对浪涌脉冲呈高阻抗，阻止浪涌流入设备。
   • 典型器件：扼流线圈、高通/低通滤波器等。

三、浪涌保护电路的典型结构

1. 吸收电路：

   • 组成：由电阻（R）、电容（C）、二极管（D）构成吸收电路，用于吸收尖峰脉冲。
   • 功能：抑制高频噪声和浪涌电压，保护关键元件（如开关管）。

   工作示例：
   R1、C1、D1组成的吸收电路防止开关变压器一次侧产生的反向电动势对开关管（Q1）造成击穿损坏。

2. 抗浪涌保护器件：

   • VDR（压敏电阻）：高阻抗状态下稳定运行，当电压超过阈值时阻抗迅速下降，分流浪涌电流。
   • TVS（瞬态电压抑制二极管）：在瞬态高电压下快速导通，将电压钳制到安全值。

3. 负温度系数热敏电阻（NTC）：

   • 功能：通过常温下较高的阻值限制上电瞬间的浪涌电流。上电后因温升而电阻值下降，减少功耗。
   • 局限性：受环境温度影响较大，上电时间间隔短时效果减弱。

四、浪涌保护的典型应用场景

1. 开关电源浪涌保护：

   • 在整流桥和滤波电容之间加入热敏电阻（NTC）或限流电阻，降低上电瞬间的浪涌冲击。
   • 在变压器一次侧增加尖峰吸收电路，保护开关管不受反向电动势影响。

2. 终端设备保护：

   • 使用TVS二极管或MOV压敏电阻，限制残压到设备能够承受的安全范围。

3. 通信设备与信号线路保护：

   • 安装气体放电管（GDT）和TVS二极管，防止雷电浪涌损坏信号处理电路。

五、浪涌保护设计注意事项

1. 响应时间：

   • 浪涌保护器的响应时间必须小于浪涌持续时间，通常要求在纳秒级（ns）。

2. 选择合适的通流容量：

   • 根据实际应用场景选择合适的浪涌保护器通流容量（如20kA、40kA或更高）。

3. 残压控制：

   • 对终端设备的保护应选用低残压的浪涌保护器，确保设备安全运行。

4. 设备与浪涌保护器的布置距离：

   • 一级保护器与二级保护器之间保持11.25米以上的距离，以满足响应时间差需求。

通过合理的浪涌保护设计，可以有效避免因浪涌电流和电压引起的设备损坏，提高系统的安全性与可靠性。