ESD/浪涌保护器件使用方法：各类压敏电阻的特点

各类压敏电阻的特点

压敏电阻可发挥抑制器作用，保护设备及电路免受来自ESD(静电放电)或雷击浪涌等瞬态异常电压的影响。

引线式盘压敏变阻器或SMD盘压敏变阻器适合用于较大的浪涌电流(100A～25kA)保护中。而块型压敏电阻以及条型压敏电阻则适合用于更大的浪涌电流(约25kA以上)保护中。 以下所示为具体应用示例。

应用示例：开关电源输入部浪涌保护

小型、轻量、高效率的各类电源开关多作为电子设备的电源使用。在开关电源中，电源电路前段拥有EMC滤波器电路，其用于抑制通过电源线侵入的传导噪音。但仅依靠EMC滤波器无法阻挡雷击浪涌或开关浪涌，因此EMC滤波器前段设有使用盘型压敏电阻的浪涌保护电路。与浪涌放电管等的组合以及电路结构多种多样。在用于笔记本电脑等的AC适配器中也内置有同样的保护电路。带有防雷功能的电源插排以及插座中也使用有压敏电阻。

图1　开关电源的浪涌保护电路示例

应用示例：LED照明系统浪涌保护

LED照明系统除了连接有多个LED的LED阵列、驱动器(驱动电路)、控制电路、LED电源等之外，还会由通信用电源等子系统构成。为抑制接口部ESD/浪涌对策，除了使用大量的贴片压敏电阻之外，ESD阵列中也必须使用压敏电阻。LED是使用半导体的器件，若不采取对策则会因静电或浪涌而遭到破坏。为此，LED器件中压敏电阻会以并联方式搭载。

图2　保护LED照明系统中LED器件

应用示例：马达等诱导性负荷浪涌保护

马达、电磁线圈、电磁阀等使用线圈的诱导性负荷设备在关闭电源的瞬间会以反电动势形式放出此前积攒的磁能，继而产生高浪涌电压。为了保护设备免受此类浪涌电压影响，需要以并联的方式将压敏电阻与负荷进行连接。

图3　马达等诱导性负荷浪涌对策

应用示例：带电磁制动器马达的浪涌对策与开关触点保护

用于产业设备中的AC马达中拥有带电磁制动器型产品。其通过使用电磁铁、电枢(可动铁板)以及弹簧的电磁制动器，可在关闭开关的同时停止马达旋转。但电磁铁是使用线圈的诱导性负荷，在切断电流的瞬间，线圈会产生反电动势，从而发生高浪涌电压，继而会损伤开关触点。而连接压敏电阻则是为了吸收该浪涌电压，从而保护开关触点。

图4　带电磁制动器马达的开关触点保护

应用示例：SSR(固态继电器)浪涌对策与输出端子保护

大多数流过大电流的产业设备中均搭载有使用半导体器件(晶闸管等)的SSR(固态继电器)。由于其属于通过光电耦合器进行电气绝缘的继电器，因此可通过直流电源微小电流的ON/OFF信号对设备进行安全的ON/OFF控制。但由于大电流会ON/OFF，因此输出端子容易因开关浪涌而出现损伤。为了抑制这种情况发生，输出侧会以并联方式连接压敏电阻(也有内置压敏电阻的SSR)。

图5　SSR(固态继电器)输出端子保护

应用示例：甩负荷/场衰变浪涌对策

切断马达、交流发电机(发电机)等使用线圈的诱导性负荷中流过的电流时，会因为产生反电动势而发生高浪涌电压。 甩负荷是指在从交流发电机向电池供应电流的状态下，当发生电池端子断开等导致电池线被切断时产生的浪涌影响。而场衰变是指，不慎将电池极性接反时而产生的负电压浪涌影响。

这两种浪涌均会传递至ECU中从而引起错误工作，因此需要通过甩负荷试验与场衰变试验。盘型压敏电阻则主要用于抑制浪涌。

图6　甩负荷与压敏电阻浪涌对策

在从交流发电机向电池供应电流的状态下，当电池线发生断线时，将会发生高浪涌电压。压敏电阻可对该浪涌电压进行旁通，从而保护ECU等。

应用示例：太阳能发电系统连接箱/功率调节器浪涌保护电路

通过太阳能板发电的直流电力会通过连接箱输送至功率调节器，在经过DC-DC转换器进行升压，通过逆变器转换为交流后输送至商用电力系统中。为了保护电路免受感应雷击浪涌的影响，连接箱与功率调节器的输入及输出部插入有使用压敏电阻的电压保护电路。通过配合浪涌放电管使用可进一步提高可靠性。

图7　太阳能发电系统连接箱/功率调节器浪涌保护电路

应用示例：使用防雷变压器的重要设备浪涌保护

为保护数据中心服务器、电话交换机等重要设备免受雷击浪涌影响，会使用防雷变压器装置。其组合了使用压敏电阻的SPD(浪涌防护器件/避雷器)以及对初级绕组与次级绕组进行静电屏蔽处理的特殊变压器，SPD中未完全去除的浪涌会通过静电屏蔽材料旁通至地面。其对于共模感应雷击浪涌可发挥优异的效果。

图8　使用防雷变压器的雷击浪涌对策示例

应用示例：应对产业设备中高能量浪涌

块型压敏电阻与条型压敏电阻是用于产业设备及通信设备电源、发电厂及变电站配电盘、铁路信号系统等中的高能量型产品，具备极大的浪涌电流耐量。块型压敏电阻是放置于外壳内部的螺丝端子型产品，条型压敏电阻则是螺丝固定（或焊锡）用开孔接插片（平板）端子型产品。AC电力线放电管也会一同使用。

图9　产业设备中高能量浪涌对策示例

审核编辑：刘清