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壓敏電阻和陶瓷氣體放電管抗雷擊浪涌電路分析

技術中心

Technology

壓敏電阻和陶瓷氣體放電管抗雷擊浪涌電路分析

分類:
電源技術
作者:
廣州市愛浦電子科技有限公司
來源:
原創
發布時間:
2021/04/14
瀏覽量

       電的入侵首先表現為過電壓,當存在泄放通道時,產生電流。過電壓有共模過電壓和差模過電壓兩種類型。由于寄生電容的存在,雷電過電壓擊穿空氣或在常壓下絕緣的器件,形成強大的雷電流,造成設備損壞。為了抑制雷電的影響,應在雷電能量進入設備前將能量泄放至大地。對于共模過電壓,應在輸入線與地之間安裝防雷器件;對于差模過電壓,應在輸入火線和零線之間安裝防雷器件。開關電源中常用的防雷器件是壓敏電阻和氣體放電管。

1,壓敏電阻

       壓敏電阻為限壓型器件,當兩端施加工作電壓時阻值很高,漏電流為μA級。隨著端電壓升高,壓敏電阻阻值降低,端電壓超過鉗位電壓后阻值急劇降低,漏電流可高達20~40KA,形成雷電泄放通道。當電壓降低至工作電壓后,壓敏電阻的漏電流迅速減小,恢復原來狀態。

       隨著工作時間的增加,尤其是多次泄放電流,壓敏電阻漏電流逐漸增大。如果施加的電壓為標稱電壓的90%時漏電流就達到1mA,就認為壓敏電阻性能達不到要求,需要更換。基于此,可以比較容易地檢測壓敏電阻性能。

       一般要求壓敏電阻能耐受In電流正反各沖擊5次,耐受Imax電流正負各沖擊一次,10%In電流沖擊100次。

2、氣體放電管

       氣體放電管為開關型器件。當氣體放電管兩端施加的電壓小于觸發電壓時,氣體放電管為斷路狀態,基本無漏電流。當電壓高于觸發電壓時,氣隙被擊穿,可認為短路。當兩端的電壓下降至工作電壓以內時,氣隙不能滅弧,繼續有電流通過,這就是氣體放電管的續流問題。氣體放電管的滅弧電壓很低,一般為20~50V,因此不能安裝在火線與零線、火線與地線之間。

       目前業界比較通常的標準是單個驅動器的防雷等級在差模4KV,共模6KV,帶外置防雷器可以達到差模10KV,共模10KV的防護等級。

       本文所設計的是一種基于壓敏電阻和陶瓷氣體放電管抗雷擊浪涌電路。共模、差摸全保護。壓敏電阻VDR1,VDR2分別與電源L、N并聯,主要來鉗位L、N線間電壓,壓敏電阻VDR3,VDR4與陶瓷氣體放電管GT1串聯后接地,主要是泄放共模雷擊浪涌,VDR6與GT6串聯主要是泄放差模雷擊浪涌。

       實際在使用過程中,發現因為雷擊損壞的情況并不多,更多的反而是疑似電網波動導致,從損壞驅動器的拆解可以看出,內部防雷電路的損壞有2種狀態:第一種狀態,用于實現電壓鉗位的壓敏電阻是點擊穿,能量明顯從器件上某點爆裂而開;第二種狀態,用于實現電壓鉗位的壓敏電阻則是燃燒式毀壞。針對第一種情況,在實驗室用浪涌發生器測試,通過加大模擬的浪涌電壓,可以清楚重現這種單點式爆裂,第二種情況,在實驗室也可以進行模擬,將驅動器的輸入電壓調高,在達到壓敏電阻產生漏電流的時候會慢慢發熱并燒毀。

       一般電源廠商為了防止壓敏電阻因為漏電流導致的發熱燒毀,都會把壓敏電阻的電壓調整的較高,通常會用到621或者681等級的壓敏電阻,這種等級的VDR,在輸入電壓達到390VAC或者420VAC時才會出現漏電流,但是這種設計的問題在于,因為PFC級的輸出電容的電壓往往選擇450VDC/500VDC,如果輸入電壓真的長時間達到380VAC(530VDC),那PFC的輸出電解電容也會出現鼓包,漏液,這種設計本身并不能保證電源在輸入電壓達到380VAC以上時的安全性。而且因為VDR等級的提高,對雷擊電壓的吸收效果會減弱。綜合考慮,VDR1,VDR2最好的選擇是561,這樣與電解電容的耐壓匹配,又更有效的吸收了雷擊的能量。同時在實際的工程實施中,在每段路的配電箱中應該加入過壓保護裝置,有效的保證輸入電壓不會因為電網波動,或者3相電的不均衡,而沖高到380VAC以上,從而損壞電源。
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