隨著電子科技時代的到來，各家各戶基本上都有必備的電子設備，作為防雷工程師，大家都清楚，電子設備的過壓耐受能力是有限的。如果雷電從戶外的電源線、信號線和各種金屬管線悄悄的侵入到室內，那么很容易造成屋內電子設備的損壞，從而造成一定的經濟損失。隨著這些問題的出現，那么電涌保護器就誕生了。
電涌保護器(SurgeProtectionDevice，SPD)是基于上述要求設計的電子設備雷電防護中不可缺少的一種裝置，過去也稱為"避雷器"或"過電壓保護器"。電涌保護器的作用是把竄人電力線、信號傳輸線的瞬時過電壓限制在設備或系統所能承受的電壓范圍內，或將強大的雷電流泄流人地，保護被保護的設備或系統不受沖擊而損壞。
按其工作原理可分為電壓開關型電涌保護器(voltageswitchingtypeSPD)、電壓限制型電涌保護器(voltagelimitingtypeSPD)、復合型電涌保護器(combinationSPD)。開關型電涌保護器是指在沒有電涌過電壓時具有高阻抗，有浪涌電壓時能立即轉變成低阻抗的SPD。電壓開關型電涌保護器常用的元件有放電間隙、氣體放電管和晶閘管等開關元件。這類電涌保護器有時也稱作“短路型SPD”。電壓限制型電涌保護器是指在沒有電涌電壓時具有高阻抗，但是隨著浪涌電流和電壓的上升，其阻抗將持續地減小的電涌保護器。常用的非線性元件是壓敏電阻和瞬態電壓抑制二極管。這類SPD有時也稱作"鉗位型電涌保護器"。復合型電涌保護器是由電壓開關型元件和電壓限制型元件組成，其放電特性表現有電壓開關型和電壓限制型兩者的特點。
一、氣體放電管
氣(qi)(qi)體放(fang)(fang)(fang)(fang)電(dian)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)是一(yi)種(zhong)用陶瓷或玻璃封裝(zhuang)且內部充有(you)惰性氣(qi)(qi)體的(de)短路型(xing)保護(hu)元(yuan)件(jian)，管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)體內一(yi)般裝(zhuang)有(you)兩個(ge)或三(san)(san)個(ge)(或更多(duo)個(ge))相互(hu)隔開的(de)電(dian)極(ji)(ji)。按(an)電(dian)極(ji)(ji)個(ge)數(shu)來劃分(fen)，常(chang)將(jiang)含兩個(ge)電(dian)極(ji)(ji)的(de)氣(qi)(qi)體放(fang)(fang)(fang)(fang)電(dian)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)稱(cheng)為(wei)二(er)極(ji)(ji)放(fang)(fang)(fang)(fang)電(dian)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)，將(jiang)含三(san)(san)個(ge)電(dian)極(ji)(ji)的(de)氣(qi)(qi)體放(fang)(fang)(fang)(fang)電(dian)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)稱(cheng)為(wei)三(san)(san)極(ji)(ji)放(fang)(fang)(fang)(fang)電(dian)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)。圖2-31分(fen)別為(wei)二(er)極(ji)(ji)放(fang)(fang)(fang)(fang)電(dian)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)和(he)三(san)(san)極(ji)(ji)放(fang)(fang)(fang)(fang)電(dian)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)示意，其中(zhong)圖2-31(a)為(wei)二(er)極(ji)(ji)放(fang)(fang)(fang)(fang)電(dian)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)，圖2-31(b)為(wei)三(san)(san)極(ji)(ji)放(fang)(fang)(fang)(fang)電(dian)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)，這兩種(zhong)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)子的(de)符號也示于圖中(zhong)。二(er)極(ji)(ji)和(he)三(san)(san)極(ji)(ji)放(fang)(fang)(fang)(fang)電(dian)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)實物如圖2-32所示
圖2-31 二級和三(san)級放電管的示意
圖2-32 二級和三級放電(dian)管實物
放(fang)(fang)電(dian)(dian)管(guan)的(de)保護(hu)機理與保護(hu)間(jian)隙類似，都(dou)是利用(yong)(yong)氣體放(fang)(fang)電(dian)(dian)來限制(zhi)過(guo)(guo)電(dian)(dian)壓(ya)。當(dang)兩電(dian)(dian)極之(zhi)(zhi)間(jian)施加的(de)電(dian)(dian)壓(ya)超過(guo)(guo)氣體的(de)絕緣強度時，間(jian)隙將放(fang)(fang)電(dian)(dian)擊穿，呈現出(chu)短路(lu)導通狀態(tai)，從而抑(yi)制(zhi)了兩電(dian)(dian)極之(zhi)(zhi)間(jian)的(de)過(guo)(guo)電(dian)(dian)壓(ya)，使得與放(fang)(fang)電(dian)(dian)管(guan)并(bing)聯的(de)電(dian)(dian)子設備或(huo)電(dian)(dian)子元器件得到保護(hu)。圖2-33給出(chu)了一(yi)平(ping)衡線(xian)(xian)路(lu)上采用(yong)(yong)三極放(fang)(fang)電(dian)(dian)管(guan)的(de)保護(hu)電(dian)(dian)路(lu)，當(dang)雷電(dian)(dian)侵(qin)(qin)入波(bo)過(guo)(guo)電(dian)(dian)壓(ya)以差模(出(chu)現在(zai)信號線(xian)(xian)1和2之(zhi)(zhi)間(jian))形(xing)式(shi)或(huo)以共(gong)模(分別出(chu)現信號線(xian)(xian)1對(dui)地和信號線(xian)(xian)2對(dui)地)形(xing)式(shi)侵(qin)(qin)人平(ping)衡線(xian)(xian)路(lu)終端電(dian)(dian)子設備時，三極放(fang)(fang)電(dian)(dian)管(guan)通過(guo)(guo)A-G、B-G極間(jian)放(fang)(fang)電(dian)(dian)即可(ke)對(dui)過(guo)(guo)電(dian)(dian)壓(ya)進行抑(yi)制(zhi)。
圖2-33 平衡線路的三級放電(dian)管保護(hu)電(dian)路
氣體放電管的優點如下。
①通流容量大，從幾安到上千安。
②極間電容小，不會使工常傳輸信號畸變，特別適合于高頻電子電路的保護。
③開斷后的極間阻抗大，約為109Ω，在正常電壓作用下放電管中的漏電流很小。
氣體放電管的缺點如下。
①動作響應速度慢(響應時間約為10-6s級)。
②放電后開斷比較難，存在續流問題。
③使用中存在老化現象，工作壽命比較短。
二、壓敏電阻
信息系統防雷保護中的常用壓敏電阻是一種以ZnO為主要成分的非線性電阻。在一定溫度下，壓敏電阻的導電性能隨著其兩端電壓的增大而急劇增強。壓敏電阻器的原理結構、符號如圖2-34所示。壓敏電阻器的材料和伏安特性與ZnO避雷器的閥片相同，工作原理和ZnO避雷器也相同，只是壓敏電阻器的體積較小，適用的場合有所不同。
圖2-34壓敏電阻
壓敏電阻的技術參數主要有:壓敏電壓(即開關電壓)UN，參考電壓Ulma，殘壓Ures，殘壓比K(K=Ures/UN)，最大通流容量Imax，泄漏電流，響應時間。
壓敏電阻的使用條件有:壓敏電壓，UN≥[(×l.2)/0.7]U0(U0為工頻電源額定電壓);最小參考電壓，Ulma≥(1.8～2)Uac(直流條件下使用)，Ulma≥(2.2～2.5)Uac(在交流條件下使用，Uac為交流工作電壓)。
壓敏電阻器的主要優點是:通流能力大;動作響應速度快(響應時間約為10-9s級);在工頻電壓及直流電路中無續流;產品價格低廉;產品電壓和電流的可調范圍大。
壓敏電阻器的主要缺點是:寄生電容較大，尤其是高頻情況下，因此壓敏電阻不適于高頻和超高頻電子電路的過電壓保護。
在信息系統中，壓敏電阻器通常應用于電子設備電源的初級和次級的保護，也可應用于頻率不高的信號回路的過電壓保護。
三、抑制二極管
抑制二極管具有鉗位限壓功能，它是工作在反向擊穿區，抑制二極管的伏安特性如圖2-35所示。由于它具有鉗位電壓低和動作響應快的優點，特別適合用作多級保護電路中的最末幾級保護元件。抑制二極管在擊穿區內的伏安特性可用式I二C此表示。式中"為非線性系數，對于齊納二極管，a=7～9;雪崩二極管，a=5～7。
圖2-35抑(yi)制(zhi)二極(ji)管(guan)的外(wai)形及伏安特性
抑制二極管的技術參數主要如下。
①額定擊穿電壓它是指在指定反向擊穿電流下的擊穿電壓。齊納二極管額定擊穿電壓一般在2.9～4.7V范圍內，而雪崩二極管的額定擊穿電壓常在5.6～200V范圍內。
②最大鉗位電壓它是指管子在通過規定波形的大電流時，其兩端出現的最高電壓。
③脈沖功率它是指在規定的電流波形(如10/1000P5)下，管子兩端的最大鉗位電壓與管子中電流等值之積。
④反向變位電壓它是指管子在反向泄漏區，其兩端所能施加的最大電壓，在此電壓下管子不應擊穿。此反向變位電壓應明顯高于被保護電子系統的最高運行電壓峰值，也即不能在系統正常運行時處于弱導通狀態。
⑤最大泄漏電流它是指在反向變位電壓作用下，管子中流過的最大反向電流。
⑥響應時間10～11ps。
抑制二極管的主要優點是:鉗位電壓低;動作響應速度快(響應時間約為10-9s級);使用中不存在老化現象;承受多次沖擊的能力強;器件產品電壓的可選范圍大。
抑制二極管的主要缺點是:通流容量小;管子極間寄生電容隨管子上作用的電壓變化而變化，電壓低時寄生電容較大。
在信息系統中，抑制二極管非常適用于半導體器件和電子電路的過電壓保護。
四、扼流線圈
扼流線圈是一個以鐵氧體為磁芯的共模干擾抑制器件，它由兩個尺寸相同、匝數相同的線圈對稱地繞制在同一個鐵氧體環形磁芯上，形成一個四端器件，實物如圖2-36所示。扼流線圈對于共模信號呈現出大電感，具有抑制作用，而對于差模信號呈現出很小的漏電感，幾乎不起作用。扼流線圈使用在平衡線路中能有效地抑制共模干擾信號(如雷電干擾，，而對線路正常傳輸的差模信號無影響。
圖2-36扼流線(xian)圈(quan)實物(wu)
這種扼流線圈在制作時應滿足以下要求。
①繞制在線圈磁芯上的導線要相互絕緣，以保證在瞬時過電壓作用下線圈的匝間不發生擊穿短路。
②當線圈流過瞬時大電流時，磁芯不要出現飽和。
③線圈中的磁芯應與線圈絕緣，以防止在瞬時過電壓作用下兩者之間發生擊穿。
④線圈應盡可能繞制單層，這樣做可減小線圈的寄生電容，增強線圈對瞬時過電壓的耐受能力。
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