防雷元器件的性能及應(yīng)用技術(shù)

摘要：隨著電子元器件產(chǎn)業(yè)不斷的發(fā)展，防雷元器件也在不斷的發(fā)展。然而，在市場經(jīng)濟條件下，防雷元器件廠家競爭力不斷增大。在激烈的市場競爭條件下，防雷元器件廠家要想在市場上占有有力地位，就應(yīng)該在防雷元器件性能和應(yīng)用技術(shù)上下功夫，以促進防雷元器件廠家更好的發(fā)展。文章主要從設(shè)備被雷擊中途徑、防雷元器件性能、防雷元器件實際應(yīng)用過程中應(yīng)該注意的問題、防雷元器件設(shè)計及設(shè)計中應(yīng)該采取的措施等方面出發(fā)，對防雷元器件的性能及應(yīng)用技術(shù)進行相應(yīng)研究。

關(guān)鍵詞：防雷元器件；性能；應(yīng)用技術(shù)

中圖分類號：TM862 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006—8937（2012）23—0144—02

防雷元器件主要作用是將線路中感應(yīng)雷擊浪電流泄放到大地，使被保護設(shè)備的浪涌電壓能限制在被允許的安全電壓下。因此，防雷元器件在設(shè)計過程中就應(yīng)該根據(jù)可能遇到的雷擊電涌電流大小進行相應(yīng)設(shè)計，以便使防雷元器件性能能更好滿足實際需求。為了更好保證防雷電器安全，防雷元器件性能好壞將直接影響整個防雷系統(tǒng)的性能和可靠性。為了使防雷元器件更好的在實際應(yīng)用中發(fā)揮其應(yīng)有作用，除了對其性能進行分析外，還應(yīng)該對其應(yīng)用技術(shù)進行相應(yīng)分析。

1 設(shè)備被雷擊中途徑分析

因防雷元器件是為了保護電子設(shè)備免受雷電產(chǎn)生的電磁脈沖和過電壓影響而設(shè)計的。而要想更好對防雷元器件性能進行分析，有必要對設(shè)備被雷擊中途徑進行相應(yīng)分析。當(dāng)雷電產(chǎn)生時，雷電會直擊會地面物體，或通過空中雷云間放電感應(yīng)產(chǎn)生電磁場，并在設(shè)備或傳輸線上產(chǎn)生雷電過電壓，從而使設(shè)備或傳輸線路受損。相關(guān)統(tǒng)計顯示，因雷電直擊或空間感應(yīng)而引發(fā)的設(shè)備、線路損事故是比較少的，而雷電行波從室外的傳輸線引入室內(nèi)造成設(shè)備和線路損壞事故比較多。而室外傳輸線主要包括輸入信息的金屬線和饋電交流線路等。其中傳輸信息的線路主要有架空線路、埋地線路和鋼軌等相似傳導(dǎo)體。架空線一般為通信明線、架空電廠纜線或相似線路、埋地線則主要包括電纜和光纜。在這種情況下，就應(yīng)該在設(shè)備中裝上防雷元器件，以避免設(shè)備被雷擊中，而使設(shè)備無法正常運行。而要想使防雷元器件在設(shè)備中更好發(fā)揮其作用，還需要防雷元器件性能進行相應(yīng)分析。

2 防雷元器件性能分析

過壓保護元件實際應(yīng)用中的作用是將雷電沖擊能量盡可能的泄掉，以免過電壓進入設(shè)備內(nèi)部而造成設(shè)備損壞。在實際應(yīng)用過程中，為了保證設(shè)備安全，避免設(shè)備損壞現(xiàn)象出現(xiàn)，過電壓元器件必須具備能承受沖擊能力，盡可能保證元器件在強大雷電流沖擊下仍能保證設(shè)備正常運行。其也應(yīng)該具備瞬間應(yīng)付過電壓并保證殘壓在設(shè)備安全電壓范圍內(nèi)，以避免不必要的安全隱患。同時電壓元器件本身也應(yīng)該具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，即便多次受電壓沖擊，也能始終保持其性能。而要想使上述性能得以保證，還應(yīng)該對開關(guān)元件、限壓元件和防過熱和過流元件進行分析。

2.1 開關(guān)元件分析

開關(guān)元件一般包括陶瓷氣體放電管、玻璃放電管和半導(dǎo)體過壓保護器。這三種類型的最大優(yōu)勢是開關(guān)元件導(dǎo)通前，其全部處于開路狀態(tài)，電阻較大且少有漏電流，導(dǎo)通后，就會處于短路狀態(tài)，即便壓降較小，也可以通過較大的電流。而三種類型開關(guān)元件各有優(yōu)勢。開關(guān)元器件類型中除了一些半導(dǎo)體過壓保護外，其都具有雙向特性。而陶瓷氣體放電管和玻璃放電管的電容相對較小。電壓速度來說，玻璃放電管和半導(dǎo)體過壓保護器的影響速度比較快，甚至達到ns量級。玻璃放電管的擊穿電壓則是這三類開關(guān)元件最高的，雖然半導(dǎo)體過壓保護器擊穿電壓不如玻璃放電管高，但是其穿擊電壓準(zhǔn)確性是較高的。然而開關(guān)元件三種類型有優(yōu)勢的同時，也有劣勢，尤其是陶瓷體放電管。因電氣電離需要一定時間，其反應(yīng)速度相對于其他開關(guān)元件類型說，影響速度較慢。這就使得其在開通之前，就有較大漏電流。同時，玻璃放電管擊穿性能和分散性也比較大，擊穿過程中只有幾個特定值，使防雷元器件實際工作中無法滿足設(shè)備需求。

2.2 對限壓元件進行分析

限壓元件主要包括壓敏電阻和TVS管。這兩類限壓元件在實際應(yīng)用過程中，有著和二極管一樣的限壓性能。如果導(dǎo)通電壓大于外壓電壓時，其內(nèi)阻機會很大，其漏電流也相對較小。如果導(dǎo)通電壓小于外加電壓時，其內(nèi)阻就會變小，其電流也會隨之增大，甚至產(chǎn)生較大的過電流。即便電流較大，對設(shè)備兩端電壓的影響也并不是很大，只有小幅度的上升。同時這兩種限壓元件也具有低壓到高壓系列值，可以在多種電壓電路中使用。但因這兩種限壓元件電容相對較大，不能在高頻電路中使用。壓敏電阻作為硅化晶半導(dǎo)體過電壓抑制器，是較為典型的過電壓保護器。其在實際應(yīng)用過程中是隨著外加電壓進行變化的非線性元件，和放電氣管比較，其對沖擊電壓的影響速度更快。同時壓敏電阻也能承受較大的浪涌電流，最大能承受上百kA浪涌電流。然而因壓敏電阻漏電流較大，其分線性較差，即使較放電氣管影響速度快，但是其限制大電流較高，其承受沖擊能力將會隨著沖擊次數(shù)的增加而減弱，其老化程度也較快，與TVS管相比，壓敏電阻反應(yīng)速略遜一籌；而TVS管非線性性能與穩(wěn)壓管性能相似，其不僅具有動態(tài)電阻低、限制電壓低優(yōu)勢，同時也有不易老化、使用壽命長和反應(yīng)快等優(yōu)勢。然而TVB管在實際應(yīng)用過程中，同流能力卻較弱。

2.3 對防過流和防過熱元件進行分析

防過流元件中應(yīng)該有自恢復(fù)保險絲和電流保險絲、電阻，而防過熱保護和過熱檢測元件則應(yīng)該有溫度保險管和溫度保險絲。之所以要用自恢復(fù)保險絲是因為其屬于溫度系數(shù)熱敏電阻。將其應(yīng)用在防過流和防過熱元件時，其電流可能會小于保持電流，這時的電阻也會隨之變小。如果電阻超過觸發(fā)電流，防過流和防過熱元件阻值會也會隨之增大，從而阻斷雷電流入侵，當(dāng)溫度降低后設(shè)備將會自行恢復(fù)。但是也應(yīng)該考慮其熱惰性，一旦出現(xiàn)熱惰性，就可能會使反應(yīng)速度變慢。不管如何用自恢復(fù)保險絲代替電流保險絲，在一定程度上可以避免更換保險絲。當(dāng)溫度異常時，保險管開關(guān)也可以隨時斷開。

3 防雷元器件實際應(yīng)用過程中應(yīng)該注意的問題

①防雷元器件在實際應(yīng)用過程中應(yīng)該注意差模保護問題。開關(guān)元件在實際應(yīng)用過程中，應(yīng)該盡量避免與電路中的差模保護單獨連接，以避免電源短路而使防雷系統(tǒng)不能更好發(fā)揮其作用。為了更好避免上述問題，在實際應(yīng)用過程中，開關(guān)元件有必要與接限壓元件結(jié)合在一起。

②防雷元器件在實際應(yīng)用過程中應(yīng)該注意浪涌電流問題。防雷元器件在實際應(yīng)用過程中，其浪涌電流應(yīng)該控制在脈沖峰值之內(nèi)，并在選擇壓敏電阻之后，以元器件特性為依據(jù)進行選擇，以保證設(shè)備正常運行。

③防雷元器件在實際應(yīng)用過程中應(yīng)該注意穿擊電壓問題。防雷元器件在實際應(yīng)用過程中，應(yīng)該對差模防雷元器件擊穿電壓進行限制，其最小電壓不應(yīng)該超過最高電路電壓，而起限制電壓則不能超過最高安全電壓，以免使元器件受損，而使設(shè)備無法正常運行。

4 防雷元器件設(shè)計及設(shè)計中應(yīng)該采取的措施

4.1 防雷元器件設(shè)計

信號防雷器作為防雷元器件重要組成部分，其能更好的傳輸相應(yīng)信息。因防雷元器件是為了將雷擊浪涌引入地下，使設(shè)備免于過電壓而進行相應(yīng)設(shè)計的。而信號防雷器一般是由雙線傳輸線和普通多莘芯電纜和同類電纜等組成。因此，在設(shè)計過程中，應(yīng)該以雷擊浪涌電流為依據(jù)，采用兩級或單級信號防雷器進行相應(yīng)設(shè)備保護。同時也要對單元電路中的過壓和過流進行相應(yīng)保護；為了使設(shè)計更好的發(fā)揮其作用，應(yīng)該采取相應(yīng)保護措施，以強化防雷元器件保護。

4.2 防雷元器件設(shè)計中應(yīng)該采取的措施

在設(shè)計過程中，首先應(yīng)將設(shè)備電路接好，并以增大流負(fù)反饋形式來對晶體管過流進行限制。設(shè)計中也應(yīng)該在上面裝上濾波器等分割部件，這樣不僅不影響設(shè)備工作，同時也能通過提高高通濾波器的截頻降低低通濾波器的載頻，以保證阻帶衰耗；在不影響正常工作的情況下，也可以在電路中串入限流電阻和并聯(lián)電容器，以便更好的對過流及旁路過電流進行限制；為了保證設(shè)計質(zhì)量，也應(yīng)該盡量縮小元件引線，并將防雷元器件直接安裝在需要保護的設(shè)備上；而在易受浪涌沖擊的電路中，應(yīng)該選用碳膜電阻，而不用耐力較差的金屬膜電阻；也應(yīng)該對高頻電路中使用的穩(wěn)壓管進行相應(yīng)保護。在設(shè)計中應(yīng)該對電容值對工作狀態(tài)的影響進行相應(yīng)分析，如果相應(yīng)結(jié)電容量的隨端電壓改變而變化，其反偏電壓就越大，其結(jié)電容量就越小，而令偏壓時則最高。在這種情況下，就應(yīng)該以實際電路對電容要求為依據(jù)，將穩(wěn)壓管一端偏執(zhí)電壓，以保護電容，從而保證防雷元器件順利運行。

5 結(jié) 語

微電子技術(shù)的發(fā)展，使得大規(guī)模集成電路相繼出現(xiàn)并廣泛應(yīng)用在通信、測量、計算機等領(lǐng)域。雖然這類大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)為電子設(shè)備帶來了方便，但是在實際應(yīng)用過程中，其抗壓能力和抗干擾能力卻較低，易受雷電產(chǎn)生的電磁脈沖或是相應(yīng)過電壓的影響，而影響大規(guī)模集成電路性能的發(fā)揮，甚至使設(shè)備損壞。在這種情況下，就應(yīng)采取相應(yīng)措施，以避免上述問題出現(xiàn)。防雷元器件的出現(xiàn)，在一定程度上解決了上述問題，而要想使防雷元器件更好的發(fā)揮作用，還需要進一步提高防雷元器件性能。

參考文獻：

[1] 楊大晟，張小青，王曉輝.一種控制系統(tǒng)用電源防雷保護器設(shè)計[J].高電壓技術(shù)，2009，（11）.

[2] 楊高渠.電子設(shè)備的防雷及防雷元器件[J].計算機與網(wǎng)絡(luò)，2006，（24）.

[3] 孫旭光，魏晴昀，余明友.朱忠尼大型多雷達陣地直擊雷防護方案研究[J].空軍雷達學(xué)院報，2008，（4）.

[4] 王鋒吉，林眉，許丹，等.公璐地震臺站的防雷技術(shù)探討[J].地震地磁觀測與研究，2008，（4）.

[5] 童敏，童迎世，童瓊.防雷技術(shù)在湖南地震臺站的應(yīng)用[J].防災(zāi)科技學(xué)院學(xué)報，2010，（3）.

[6] 張棟.低壓配電系統(tǒng)中SPD保護和配合的研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2007.

[7] 榮寶輝，王曉燕，安振峰，等.大功率半導(dǎo)體激光器加速壽命測試方法[J].半導(dǎo)體技術(shù)，2008，（4）.