瞬態(tài)抑制設(shè)備可以顯著減少由于過壓尖峰和浪涌而釋放的能量。

我們希望我們使用的交流或直流電源供電我們的電路既干凈又管理良好。然而，作為微控制器項目的一部分，交流感應(yīng)負(fù)載的切換或直流繼電器觸點和直流電機的切換都會產(chǎn)生難以維持的電源質(zhì)量。

這些電感當(dāng)某些形式的電感或電抗負(fù)載（例如電動機，電磁線圈或繼電器線圈）突然關(guān)閉時，會發(fā)生開關(guān)瞬變。其磁場的快速塌陷引起瞬態(tài)電壓，該瞬態(tài)電壓疊加在穩(wěn)態(tài)電源上。這些感應(yīng)開關(guān)電壓瞬變可以達(dá)到1000伏特。

由于先前存儲的能量（電感或電容）的突然釋放，瞬態(tài)是電路中發(fā)生的非常陡的電壓階躍在高壓瞬態(tài)或浪涌中產(chǎn)生。由于某些開關(guān)動作而突然釋放回到電路中的能量以陡峭的能量脈沖的形式產(chǎn)生瞬態(tài)電壓尖峰，理論上可以是任何無限值。

這種高dv / dt瞬態(tài)開關(guān)尖峰可以存在很短的時間（毫秒或微秒），或者它們可以在短時間內(nèi)經(jīng)常發(fā)生例如，每天隨機兩到三次。

我們還必須意識到電壓瞬變并不總是從零伏特開始或在一個周期開始時，而是可以疊加到另一個電壓電平上。無論哪種方式，瞬態(tài)都很糟糕，因為它們會損壞電子設(shè)備，因此需要進(jìn)行抑制和控制。

瞬態(tài)抑制設(shè)備可以采用多種形式，從電弧觸點，濾波器到固態(tài)半導(dǎo)體器件。離散半導(dǎo)體瞬態(tài)抑制裝置，如金屬氧化物壓敏電阻或MOV，是迄今為止最常見的，因為它們具有各種能量吸收和電壓額定值，因此可以嚴(yán)格控制不需要的和潛在破壞性的瞬態(tài)或超過電壓尖峰。

瞬態(tài)抑制裝置可以與負(fù)載串聯(lián)使用，以衰減或降低瞬態(tài)的能量值，防止其通過電路傳播，或者它們可以與負(fù)載并聯(lián)使用將瞬變轉(zhuǎn)移到地，通常接地，從而限制或鉗位殘余電壓。

通常使用與負(fù)載電路串聯(lián)的低通濾波器來實現(xiàn)電壓瞬變的衰減。當(dāng)發(fā)生電壓瞬變時，它通常是快速移動的高頻尖峰，因此濾波器衰減或阻止此高頻瞬態(tài)，同時仍允許低頻功率或信號分量繼續(xù)不受干擾。瞬態(tài)衰減器的一個很好的例子是電源濾波延長線。

通常使用電壓鉗型設(shè)備或使用通常稱為撬棒型設(shè)備來實現(xiàn)瞬態(tài)轉(zhuǎn)移。這些并聯(lián)連接的器件具有非線性阻抗特性，因為流經(jīng)它們的電流與歐姆定律給出的端子間電壓不成線性關(guān)系。

電壓鉗位器件（如MOV）具有可變阻抗，具體取決于流經(jīng)器件的電流或其端子上的電壓。在正常穩(wěn)態(tài)工作條件下，器件提供高阻抗，因此對連接電路沒有影響。

然而，當(dāng)發(fā)生電壓瞬變時，器件的阻抗會改變，從而增加通過的電流。當(dāng)器件上電壓上升時。結(jié)果是瞬態(tài)電壓的明顯鉗制。鉗位器件的伏安特性通常取決于時間，因為電流的大幅增加導(dǎo)致器件耗散大量能量。

Crowbar設(shè)備是另一種類型的瞬態(tài)抑制設(shè)備，它可以通過開關(guān)類型的開啟動作將電壓尖峰轉(zhuǎn)移離開電路。 Crowbar器件在操作上類似于齊納二極管，因為在正常穩(wěn)態(tài)條件下它們對電路沒有影響。當(dāng)檢測到瞬態(tài)時，它們會快速切換到“ON”，提供一個非常低的阻抗路徑，使瞬態(tài)偏離并聯(lián)負(fù)載。

然后，離散瞬態(tài)抑制設(shè)備可分為三個基本類別，具體取決于關(guān)于它們的連接和操作類型。

串聯(lián)（阻塞）連接的低通濾波器。

并行（分流）連接電壓鉗和電壓快門。

并聯(lián)（分流）連接的Crowbar設(shè)備。

這可以顯示為：

瞬態(tài)抑制設(shè)備

系列瞬態(tài)抑制濾波器

交流電源線上的瞬態(tài)可以從幾伏到正常電源電壓以上幾千伏。抑制或阻止這些瞬態(tài)使用濾波器電路的抑制裝置通過將100Hz濾波器與所連接的負(fù)載串聯(lián)插入來有效地消除這些電源產(chǎn)生的瞬變。

快速開關(guān)電壓瞬變的頻率分量可以高得多比AC源緩慢移動的基頻。因此，衰減和控制這些不需要的瞬態(tài)的一個明顯選擇是在源和負(fù)載之間使用低通濾波器部分。

低通濾波器，如LC濾波器，可用于衰減任何高頻瞬變，允許低頻電源或信號不受干擾地通過。最簡單形式的瞬態(tài)抑制濾波器是直接放置在電源線上的電阻器 - 電容器RC濾波器，用于衰減任何高頻瞬態(tài)。

用于交流電源應(yīng)用的濾波器通常包括電感和電容器多級LC濾波器，其衰減程度取決于濾波器中LC級的數(shù)量。典型的串聯(lián)交流電源瞬態(tài)抑制濾波器如下所示。

典型瞬態(tài)抑制濾波器

這種基本的兩級低通AC濾波器在整個頻率范圍內(nèi)提供線對線和線對地之間的高插入損耗，通過阻止任何高頻瞬態(tài)和噪聲到達(dá)，提供有效的瞬態(tài)電壓保護(hù)連接的負(fù)載設(shè)備。此外，除了降低電壓尖峰和瞬變外，這些主電源濾波器還可以幫助消除電源發(fā)出的任何射頻干擾或發(fā)射。

電壓鉗位瞬態(tài)抑制器

電壓鉗位器用于限制電路中瞬態(tài)的幅度。電壓鉗位器件在超過預(yù)設(shè)閾值電壓時開始導(dǎo)通，然后在過電壓降至其閾值電平以下時返回非導(dǎo)通模式。因此，鉗位器件會將過壓尖峰鉗位到安全水平。

電壓鉗位器件通常放置在電源兩端并與負(fù)載并聯(lián)，以防止任何不需要的高dv / dt電壓瞬變。電壓鉗可以像直流電源上的齊納二極管一樣簡單，但對于雙向AC電源，我們需要使用金屬氧化物變阻器（MOV），抑制二極管或電壓相關(guān)電阻（VDR）來實現(xiàn)過壓保護(hù)。

請注意，電壓鉗制設(shè)備會轉(zhuǎn)移浪涌電流，它們不像過濾器那樣吸收它們，因此必須注意確保用于轉(zhuǎn)移瞬變的路徑不會產(chǎn)生或產(chǎn)生電路本身的問題。 / p>

齊納二極管瞬態(tài)抑制器

齊納二極管用于保護(hù)直流電源（單向），因為它們在正向偏置方向上表現(xiàn)得像普通二極管，但在反向偏置時會發(fā)生故障并導(dǎo)通方向。因此，齊納二極管的反向擊穿電壓V Z 可用作參考電壓或鉗位電壓電平。

在反向和低于齊納擊穿電壓的情況下，V Z 齊納二極管對電源具有高阻抗，并且傳導(dǎo)非常小的漏電流。然而，當(dāng)齊納二極管上的電壓大于其齊納電壓時，隨著其導(dǎo)通電壓逐漸增加，它開始擊穿，隨著其兩端的電壓增加，表現(xiàn)出一條到過壓瞬態(tài)的極低阻抗路徑。

齊納瞬態(tài)抑制

當(dāng)連接電源或受保護(hù)的元件時，齊納二極管實際上是“不可見的”，直到瞬態(tài)電壓出現(xiàn)為它具有低于其反向擊穿電壓的高阻抗和高于其反向擊穿電壓的低阻抗。

當(dāng)齊納二極管處于擊穿工作模式時，即在抑制瞬態(tài)時，二極管將其鉗位當(dāng)瞬態(tài)電壓低于齊納電壓V Z 時，電壓立即將尖峰限制在安全水平，然后恢復(fù)正常。那么鉗位電壓V C 因此等于齊納二極管的反向擊穿電壓。由于這些鉗位特性，齊納二極管用于抑制瞬態(tài)，因為它可以將潛在的破壞性電流鉗制在遠(yuǎn)離受保護(hù)負(fù)載的位置。

齊納二極管的浪涌電流和功率容量與其結(jié)區(qū)大致成正比。大多數(shù)齊納二極管設(shè)計用于低功率和低電壓工作。齊納二極管設(shè)計用于在更高的電壓水平下工作并吸收更高的浪涌電流而不會損壞，稱為<雪崩二極管。

我們之前說過，單個齊納二極管只能用于瞬態(tài)由于它們的正向偏置二極管特性，抑制了穩(wěn)態(tài)DC電源。但是通過“背靠背”連接兩個齊納二極管，我們可以在雙向交流電源上使用它們的鉗位特性。

齊納瞬態(tài)抑制

通過背靠背連接兩個齊納二極管，我們現(xiàn)在可以保護(hù)正半周期免受一個齊納二極管的過壓瞬變和負(fù)半周期的影響。

如果兩個齊納二極管具有相同的反向擊穿電壓，然后任一極性的瞬態(tài)電壓將被鉗位在相同的齊納電壓電平，因為一個齊納二極管將有效地處于其反向偏置模式，而另一個將處于其正向偏置模式。

雖然兩個背靠背齊納二極管可用于瞬態(tài)抑制交流電源，但瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）器件可用于內(nèi)置于單個器件中的相對結(jié)點，使其成為交流電的理想選擇電力應(yīng)用。雙向雪崩二極管具有各種電壓和功率水平。

MOV瞬態(tài)抑制器

齊納二極管和快速恢復(fù)雪崩二極管在鉗位過電壓時具有快速作用和有效性，常見的過壓抑制鉗位技術(shù)是使用金屬氧化物壓敏電阻或MOV。除了高額定電壓外，金屬氧化物壓敏電阻還能夠以較慢的速率處理更大的浪涌電流，并且可以用于直流和交流電源線，以防止電壓過高，例如過壓瞬變。

MOV是一個半導(dǎo)體電壓相關(guān)的可變電阻，與負(fù)載或要保護(hù)的元件并聯(lián)（并聯(lián)）。 MOV具有低電壓時的高電阻和高電壓時的低電阻，其非線性電壓 - 電流特性使其可用于防止電源線浪涌和過壓瞬變。

MOV與背靠背齊納二極管的行為類似，因為它們可用于雙向電壓鉗位，瞬態(tài)傳導(dǎo)隨著其兩端電壓的增加而增加。這些小型盤狀金屬氧化物型壓敏電阻在兩個方向上都提供高擊穿電壓，并且可以吸收更多的能量，它們通常以焦耳而不是瓦特來評定。

MOV瞬態(tài)抑制

作為電壓鉗位器件，當(dāng)其端子上的電壓低于其預(yù)定的擊穿值（更像電壓）時，金屬氧化物壓敏電阻提供非常高的電阻從屬電阻（VDR）。當(dāng)暴露于任一極性的高瞬態(tài)電壓時，器件的電氣特性發(fā)生變化，其電阻變得非常小，將電壓鉗位到安全水平。

然后，金屬氧化物壓敏電阻的主要用途是瞬態(tài)抑制裝置用于將出現(xiàn)在其上的電壓鉗位到安全水平，如在大多數(shù)應(yīng)用中一樣，該裝置與要保護(hù)的電路或裝置并聯(lián)放置。

Crowbar瞬態(tài)抑制器

另一種并聯(lián)（并聯(lián)）連接的瞬態(tài)抑制裝置稱為撬棍保護(hù)電子撬棒裝置在超過預(yù)設(shè)閾值電壓時通過觸發(fā)導(dǎo)通導(dǎo)通狀態(tài)導(dǎo)致電壓下降只有幾伏特，因此名稱為撬棍。

撬棍裝置和電路在達(dá)到觸發(fā)電壓時有效地產(chǎn)生短路，并且常見于設(shè)計用于產(chǎn)生固定輸出的穩(wěn)定電源中放電壓，例如恒定的12伏或5伏，但也可用于保護(hù)電路或負(fù)載免受瞬態(tài)過電壓的影響。

基于半導(dǎo)體的有源撬棒電路并聯(lián)放置（分流）負(fù)載并能夠衰減非常大的浪涌電流。晶閘管通常用于撬棍電路，因為它們具有低“導(dǎo)通狀態(tài)”電壓并且可以將電壓水平保持在遠(yuǎn)低于破壞性水平。一旦發(fā)射，它們就可以通過自身將大量的瞬態(tài)能量轉(zhuǎn)移到地面，因為它們可以作為非常低阻抗的開關(guān)。

這里的缺點是這種短路可能導(dǎo)致電路保險絲或斷路器運行，如果一旦切換為“ON”，特別是在DC系統(tǒng)中，沒有提供額外的換向電路來關(guān)閉撬棍夾具，因為撬棒裝置使電源短路，因此輸出電壓將為零。考慮下面的簡單撬棍夾緊電路。

基本撬棍夾緊電路

這里有一個晶閘管或可控硅放置在電源和負(fù)載兩端，分壓器電路由電阻器R 1 設(shè)置，R 2 設(shè)置為將晶閘管柵極偏置到足夠低的電平因為它在正常操作期間不會被觸發(fā)。然后SCR被截止且不導(dǎo)通。

然而，當(dāng)發(fā)生過電壓瞬變并且上升到預(yù)定水平以上時，電阻器R 2 上的電壓降也增加。變得足以觸發(fā)SCR的柵極導(dǎo)通，從而鉗位保護(hù)負(fù)載的瞬態(tài)電壓。這里的問題是，雖然負(fù)載受到過壓保護(hù)，但它不能保護(hù)電源，從而熔斷電源的熔斷器。然后，通過短路電源產(chǎn)生的瞬態(tài)保護(hù)負(fù)載可能比觸發(fā)它的事件更大。

除了使用晶閘管，交流電源的過壓保護(hù)，三端雙向可控硅可以用作撬棍裝置并以類似的方式觸發(fā)傳導(dǎo)。使用晶閘管或三端雙向可控硅開關(guān)來保護(hù)交流電源的優(yōu)勢在于它們會在每個半周期自動關(guān)閉。

因此，如果短時間瞬態(tài)瞬間觸發(fā)撬棒在該裝置中，分流動作僅使與其連接的AC電力線短路至少一個半周期，這對于熔斷器熔斷來說可能太快。

齊納Crowbar瞬態(tài)抑制器

我們可以通過使用齊納二極管來檢測過壓條件，從而改善上述基本消弧電路的瞬態(tài)檢測和性能。這里的電阻分壓電路已被齊納二極管取代，如圖所示。

齊納撬棒鉗位電路

直流電源電壓V S 由齊納二極管監(jiān)控，齊納二極管的作用類似于瞬態(tài)檢測元件，其齊納電壓V Z 額定值確定SCR開啟時的電壓電平。當(dāng)直流電源電壓低于齊納二極管的反向偏置額定值時，齊納二極管不導(dǎo)通，因此沒有電壓或電流施加到SCR的柵極，因此保持“截止”，不導(dǎo)通。

如果電源電壓超過齊納額定電壓，如過電壓瞬態(tài)，則齊納二極管開始導(dǎo)通，允許柵極電流流入SCR，使其“導(dǎo)通”并使負(fù)載電源電壓短路，吹保險絲。然后保護(hù)負(fù)載免受高于齊納電壓V Z 的瞬態(tài)電壓的影響，因為齊納二極管僅承載SCR的柵極電流以“導(dǎo)通”，因為SCR本身將承載大部分分流器雖然這種齊納撬棒電路是對基本分壓器網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)，但它會受到軟啟動的影響，因為齊納擊穿電壓下的拐點是彎曲的而不是急劇上升。基本的消弧電路可以通過以單個放大器電路或運算放大器電路的形式向檢測和觸發(fā)電路增加一些電壓增益來進(jìn)一步修改和改進(jìn)。

為此，晶閘管具有內(nèi)置的過壓觸發(fā)器設(shè)計用于消除單向或雙向瞬態(tài)和電壓浪涌。例如用于保護(hù)15伏電源的RCA SK9345系列IC撬棍，保護(hù)112伏特的SK9346和用于保護(hù)115伏電壓的SK9347。

所有使用集成電路內(nèi)置齊納二極管，晶體管和SCR。 MC3423過壓撬棒感應(yīng)電路是一個單獨的IC，設(shè)計用于外部撬棒SCR。

瞬態(tài)抑制設(shè)備摘要

由于我們在日常生活中使用更多電子設(shè)備，我們越來越依賴過電壓保護(hù)裝置，因為它們可以保護(hù)我們的設(shè)備免受電壓峰值和浪涌的影響。瞬態(tài)過電壓通常由電感或電容開關(guān)電路引起，這些開關(guān)電路會釋放突然的高壓尖峰。

這些電壓尖峰和浪涌可能在短時間內(nèi)由高能量組成，或在短時間內(nèi)間歇性地組成時間并且疊加在諸如交流電源波形的穩(wěn)態(tài)值之上。

過電壓保護(hù)電路可以采用多種形式的串聯(lián)濾波器，其設(shè)計用于通過電源線頻率電壓和電流，同時抑制不需要的高頻諧波和噪聲，并聯(lián)連接鉗位和消弧電路，將過電壓消耗到地。

最簡單類型的交流電源線濾波器是放置在電壓源兩端的電容器。電容器的阻抗變化導(dǎo)致高頻瞬變的衰減。在大多數(shù)應(yīng)用中，瞬態(tài)抑制裝置與受保護(hù)負(fù)載并聯(lián)，或與要保護(hù)的某個元件并聯(lián)。

電壓抑制電路的主要目的是將電壓鉗位到安全水平。最常見的電壓鉗位器件是金屬氧化物壓敏電阻，MOV和齊納二極管。 MOV最適合雙向交流電源保護(hù)，而齊納二極管最適合較小的低能耗直流電源。

使用SCR或三端雙向可控硅開關(guān)作為“撬棍”的固態(tài)撬棒電路會快速切斷電源兩端的電壓瞬變，從而燒斷保險絲以實現(xiàn)過壓保護(hù)。混合瞬態(tài)/電涌保護(hù)器將撬棍與夾具或帶有濾波器的夾鉗/撬棍組合在一個模塊中，并且可以有許多不同的組合。