射频浪涌保护器如何抵抗“宙斯之力”_技术

是谁竟敢抵抗“宙斯之力” ？

避雷器和浪涌保护器 为针对电路的暂时性电压和电流突升，为电路内的电气元器件施加保护的装置。浪涌保护器通过将瞬态事件或电涌导致的额外电流转移至接地导线的方式，保护电子设备免受功率浪涌和电压陡升的影响。浪涌保护器也称瞬态电压浪涌抑制器，浪涌保护装置或浪涌抑制设备。避雷器又名雷电分流器或浪涌吸收器，为一类通过限制雷击导致的浪涌电压而防止发生设备损坏或服务中断的保护装置。

功率浪涌因何而起？

该问题的答案显然是“宙斯之力”，即雷击事件。事实上，绝大多数因随机功率浪涌而发生的对电子系统设备的损害都源自雷击。然而，雷电对电信系统或传输线的最大破坏性威胁并非闪电中蕴含的电能或直接雷击效应，而是雷击造成的强大电磁场所引发的功率浪涌。雷电电流为5kA~200kA，电压为40kV~120kV。

云对地闪电的发生过程一般如下：负电荷首先自云底以大约20万英里每小时的速度朝地面传播；当其接近地面时，将引发一股朝上传播的正电荷；正负电荷相遇时，即以肉眼可见的闪电形式放电。即使雷击发生于建筑物的数英里之外，其所导致的功率浪涌也可能会沿着架空线路或地埋线路传达至该建筑物中的敏感电子设备中。

虽然直接发生于设备和线缆上的雷击因能量过于强大而无法防范，但是通过设备和系统设计，可以实现针对上述瞬态浪涌的防护。除雷击之外，若干其他原因也可能导致此类功率浪涌，如设备波动或故障、错误的接线方式或系统设计以及环境危害。

浪涌保护器性能的技术参数

低电压交流系统中的浪涌保护器分为两个级别，其区别在于以电流形式疏导能量的能力不同：

1级（雷电防护）

以10/350ms的电流波形疏导能量，额定电流为10KA~35KA；采用高能金属氧化物压敏电阻（MOV）及气体放电管/气隙元件；

2级（浪涌抑制）

以8/20ms的电流波形疏导能量，额定电流为5KA~200KA；采用硅雪崩二极管（SAD）及金属氧化物压敏电阻。

美国Underwriters Limited（UL）公司在其UL 1449第4版中制定了针对所有交流浪涌保护器件的安全标准，该标准涵盖了用于在1000V以内为50或60Hz电源电路提供多次重复瞬态电压浪涌限制功能的浪涌保护器件。浪涌保护器件分为若干种类，以下列出对系统设计而言最为重要的浪涌保护器件性能特性：

最大连续工作电压（MCOV）

MCOV是指发生安全性危害之前，浪涌保护器件可承受的最大稳态电压。目前的安全性要求规定：当过电压为额定电压的110%时，浪涌保护器件必须保持正常功能并确保安全性；当发生达到额定电压125%的异常过电压时，浪涌保护器件须安全并永久性地失去功能。

电压保护水平（VPL）

VPL是指避雷器的剩余电压或钳位电压，该指标表示避雷器的反应时间。VPL越低，则避雷器反应时间越快。避雷器不负责检测常常因空调、电梯电机或备用发电机中的电感性负载开关而发生的瞬态浪涌或瞬态损害。

浪涌保护等级

浪涌保护等级通过上升时间为8微秒且衰减时间为20微秒的短时间高电流脉冲测量。对于特定应用而言，选择合适的浪涌保护等级是确保产品能够具有更长使用寿命的关键因素。该性能等级的内容包括：

● 钳位电压：表示金属氧化物压敏电阻开始向接地线路疏导电流的临界电压。通常情况下，钳位电压越低，保护性能越好；

● 能量吸收/耗散容量：该指标表示浪涌保护器件在失效前能够吸收的能量，单位为焦耳。该容量越高，保护性能越好；

● 响应时间：浪涌保护器件的触发时间与功率浪涌的发生时间存在微小的延迟。响应时间越长，表示设备经受浪涌冲击的时间越长。在对高电压较为敏感的情况下，每一纳秒都至关重要。

短路电流等级（SCCR）

该参数表示浪涌保护器件是否适合用于在发生短路时要求能够在指定电压下以不大于标称均方根对称电流的电流进行供电的交流电源电路。也就是说，该参数为在发生短路时，浪涌保护器件能够安全地承受并安全地与电源断开的电流。

对于射频和微波用途，射频浪涌保护器在提供浪涌防护功能的同时，还必须能够限制有用信号的退化。也就是说，此类射频浪涌保护器还需要具有对超出浪涌频率的信号进行少量串联衰减的功能。