SPD電路中扼流圈抑制浪涌電流的研究

林翰英　梁桂蓮　李柯

摘 要：隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，各種精密的電子儀器廣泛應(yīng)用，但當前防瞬間浪涌電流的措施缺乏，對于可靠提高各種精密的電子儀器中的SPD防瞬間浪涌電流的能力，確保社會上各行各業(yè)的電子電氣線路、電子儀器設(shè)備在瞬間浪涌電流狀態(tài)發(fā)生時正常運行，顯得尤為重要，本文作了一些分析研究。

關(guān)鍵詞：SPD電路;扼流圈;抑制;浪涌電流;研究

中圖分類號：TM72 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）06-0076-02

0概述

目前，隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，各種精密的電子儀器廣泛應(yīng)用，但當前防瞬間浪涌電流的措施缺乏，對于可靠提高各種精密的電子儀器中的SPD防瞬間浪涌電流的能力，確保社會上各行各業(yè)的電子電氣線路、電子儀器設(shè)備在瞬間浪涌電流狀態(tài)發(fā)生時正常運行，研究各種電子電氣線路、電子儀器設(shè)備中的SPD電路防瞬間浪涌電流的能力非常有必要。

1 SPD的簡介

SPD又叫浪涌保護器，是一種為各種電子設(shè)備、儀器儀表、通訊線路提供安全防護的電子裝置。當電氣回路或者通信線路中因為外界的干擾突然產(chǎn)生尖峰電流或者電壓時，浪涌保護器能在極短的時間內(nèi)導通分流，從而避免浪涌對回路中其他設(shè)備的損害。

浪涌保護器，適用于交流50/60Hz，額定電壓220V/380V的供電系統(tǒng)中，對間接瞬間浪涌電流和直接瞬間浪涌電流影響或其他瞬時過壓的電涌進行保護，適用于家庭住宅、第三產(chǎn)業(yè)以及工業(yè)領(lǐng)域電涌保護的要求，如圖1所示。

浪涌保護器（Surge protection Device）是電子設(shè)備瞬間電流防護中不可缺少的一種裝置，過去常稱為“過電壓保護器”英文簡寫為SPD。浪涌保護器的作用是把竄入電力線、信號傳輸線的瞬時過電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)姶蟮乃查g電流泄流入地，保護被保護的設(shè)備或系統(tǒng)不受沖擊而損壞。浪涌保護器的類型和結(jié)構(gòu)按不同的用途有所不同，但它至少應(yīng)包含一個非線性電壓限制元件。用于浪涌保護器的基本元器件有：放電間隙、充氣放電管、壓敏電阻、抑制二極管等。

當前的SPD電路主要是采用SPD模塊作為主要元器件組合成的電路，大多容易受瞬間浪涌電流沖擊而燒毀，現(xiàn)時SPD電路大多采用兩種模式接在電子電氣設(shè)備前端，分別是SPD電路串聯(lián)接法與SPD電路并聯(lián)接法，但這兩種接法防瞬間浪涌電流的效果還不太理想，并且容易造成瞬間浪涌電流沖擊而燒毀SPD電路及后端電子儀器設(shè)備。

2扼流圈的結(jié)構(gòu)及性能特點

扼流圈又可叫鐵心電感器，在電子設(shè)備中應(yīng)用極為廣泛，品種也很繁多。通常，鐵心電感器可分為電源濾波扼流圈、交流扼流圈（包括電感線圈）和飽和扼流圈三種，而以前兩種用量最多。它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(shù)相同的線圈對稱地繞制在同一個鐵氧體環(huán)形磁芯上，形成一個四端器件，要對于高頻浪涌電流呈現(xiàn)出大電感具有較強的抑制作用，而對于低頻浪涌電流呈現(xiàn)出很小的漏電感幾乎不起作用，正因為具有這種特性，所以能較好地保護后端的電子電氣設(shè)備。

2.1電源濾波扼流圈

電源濾波扼流圈用于平滑整流后的直流成分，減小其波紋電壓，以滿足電子設(shè)備對直流電源的要求。電源濾波扼流圈的主要技術(shù)指標為：電感量、直流電壓降。電感量由所要求的波紋系數(shù)，在進行整流器和濾波器計算時確定;電源濾波扼流圈的電感量隨著直流磁化電流的增加而降低，這是由于隨著直流磁化電流的增大，鐵心越來越達到飽和狀態(tài)。在扼流圈鐵心磁路中引入非磁性間隙可以減小電感隨直流磁化電流增大而產(chǎn)生的下降量，對應(yīng)于給定的直流磁化電流，具有一個最佳的非磁性間隙，相應(yīng)于這個最佳間隙，電源濾波扼流圈可獲得最大的電感值。

2.2交流扼流圈

交流扼流圈用于交流回路中，作為平衡、鎮(zhèn)流、限流和濾波等感性元件來使用。交流扼流圈工作于交流狀態(tài)，無直流磁化，類似于單線圈變壓器。其電磁過程與變壓器的區(qū)別是：在變壓器鐵心中的磁感應(yīng)強度的確定取決于外施電壓，與實際的負載電流無關(guān);對大多數(shù)交流扼流圈來說，鐵心中磁感應(yīng)強度的確定取決于負載電流，而與電路的外施電壓無關(guān)。交流扼流圈的電感量隨交流磁場的變化而變化，而且是非線性的，只有在鐵心未達到飽和時，變化才近似線性，這時，電感隨交流磁場的增大而增大。在交流扼流圈鐵心中插入非磁性間隙將減小其電感量，但電感隨磁場的變化量也同時減小，因此變化非磁性間隙的大小可調(diào)節(jié)電感值。當鐵心中非磁性間隙增大至一定值時，在磁場變化時，電感將基本保持不變，這時的交流扼流圈將具有線性的伏安特性。大多數(shù)交流扼流圈都具有接近于線性的伏安特性。交流扼流圈的主要技術(shù)指標是，在某一交流電流（固定的或有一定變化范圍的）作用下的電感值。對某些工作于高頻的交流扼流圈，品質(zhì)因數(shù)Q也是一個重要的技術(shù)指標。

2.3電感線圈

電感線圈多數(shù)用于高頻電路中，如濾波器用電感線圈，振蕩回路電感線圈，陷波器線圈，高頻扼流圈，匹配線圈，噪聲濾波線圈等。多數(shù)電感線圈工作于交流狀態(tài)，因此，它 屬于交流扼流圈范疇，是交流扼流圈的一個分支。電感線圈的鐵心以鐵氧體磁芯使用最多，也有采用鉬坡莫粉末磁芯，鐵粉芯，鋁硅鐵粉芯，非晶或超微晶粉末磁芯及精密軟磁合金等。電感線圈的主要技術(shù)指標為電感量和品質(zhì)因數(shù)。在某些場合，對電感的溫度穩(wěn)定性也有一定的要求。

2.4飽和扼流圈

飽和扼流圈用于穩(wěn)定和調(diào)壓線路中，通過調(diào)節(jié)電路中的感抗來達到穩(wěn)定或調(diào)節(jié)電壓的目的。飽和扼流圈至少有兩個繞組，一個繞組（工作繞組）接入調(diào)節(jié)交流電路，另一個繞 組（控制繞組）接入直流電路。和電源濾波扼流圈及交流扼流圈不同，飽和扼流圈鐵心應(yīng)是無氣隙的。飽和扼流圈鐵心中存在著交直流兩種磁化狀態(tài)，而且交流成分很大，由于鐵心磁化曲線的非線性，工作繞組中電流波形是失真的，這在接近鐵心飽和時特別明顯。飽和扼流圈的主要技術(shù)指標是： 電感量調(diào)節(jié)范圍或輸出電壓調(diào)節(jié)范圍，負載功率的最大值與最小值，控制電流（功率）的最大值與最小值，功率因數(shù)最小值等。

扼流線圈在制作時應(yīng)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(fā)生擊穿短路。

（2）當線圈流過瞬時大電流時，磁芯不要出現(xiàn)飽和。

（3）線圈中的磁芯應(yīng)與線圈絕緣，以防止在瞬時過電壓作用下兩者之間發(fā)生擊穿。

（4）線圈應(yīng)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而授能力。

3 SPD電路與扼流圈元器件組成復合電路

為可靠地提高各種精密的電子電氣設(shè)備中電源的抗浪涌電流能力，確保社會上各行各業(yè)的電子電氣線路、電子儀器設(shè)備在雷擊發(fā)生時正常運行，我們可以在SPD電路中采用扼流圈隔離法，在電源線和信號傳輸線上（SPD電路的前端）增設(shè)扼流圈元器件[1]，可以對瞬間浪涌電流起到很有效的抑制作用，見圖2。

當頻率變化較大的瞬間浪涌電流通過扼流圈時，由于瞬間浪涌電流激發(fā)的感抗比正常信號高很多倍，使得激勵的磁感應(yīng)強度遠遠大于磁芯允許通過的最大磁感應(yīng)強度Bm，因而扼流圈磁芯飽和，扼流圈的磁-電變換暫時失效，瞬間浪涌電流不能通過到令一側(cè)，從而保護了電子儀器設(shè)備。所以，凡是裝了扼流圈的電子儀器設(shè)備比未裝扼流圈器件的電子儀器設(shè)備被瞬間浪涌電流損毀的概率小得多。

4 需要注意的技術(shù)難點

（1）增設(shè)了扼流圈的SPD電路不能對電路中的后端設(shè)備造成干擾。

（2）選配的扼流圈當線圈流過瞬時大電流時，磁芯不要出現(xiàn)飽和。

（3）選配的扼流圈線圈中的磁芯應(yīng)與線圈絕緣，以防止在瞬時過電壓作用下兩者之間發(fā)生擊穿。

（4）選購的扼流圈線圈應(yīng)盡可能是單層繞制，這樣做可減小線圈的寄生電容，增強線圈對瞬時過電壓的承受能力。

（5）選購的扼流圈線圈中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(fā)生擊穿短路。

5 結(jié)語

扼流圈元器件在電子電氣線路、電子儀器設(shè)備前端SPD電路中的應(yīng)用，加強了目前防瞬間浪涌電流技術(shù)的薄弱手段，在電子電氣線路、電子儀器設(shè)備中的SPD電路增設(shè)應(yīng)用扼流圈這種元器件，能安全可靠并大大地提高各種電子電氣線路、電子儀器設(shè)備的防瞬間浪涌電流能力，確保社會上各行各業(yè)的電子電氣線路、電子儀器設(shè)備在瞬間浪涌電流發(fā)生時正常運行[2]。

參考文獻

[1] 上海鐵道學院《電工原理》編寫組.電工原理[M].北京：人民鐵道出版社，1979.

[2] 羅守信.電工學[M].北京：高等教育出版社，1993.