中心議題：

• 電子鎮(zhèn)流器瞬時(shí)過(guò)電壓產(chǎn)生的原因和侵入途徑
• 壓敏電阻器的選型原則

解決方案：

• 選擇壓敏電壓值
• 確定壓敏電阻器通流量

隨著電子鎮(zhèn)流器，電子節(jié)能燈市場(chǎng)日益激烈，進(jìn)一步提高電子鎮(zhèn)流器的性能已成必然趨勢(shì)。國(guó)標(biāo)GB15143 - 94《管形熒光燈用交流電子鎮(zhèn)流器的性能要求》第4. 12 條規(guī)定：電子鎮(zhèn)流器不應(yīng)因電源中瞬時(shí)過(guò)電壓影響其性能或受傷害。因此，各電子鎮(zhèn)流器生產(chǎn)廠家都應(yīng)重視保護(hù)電路的設(shè)計(jì)，確保電子鎮(zhèn)流器在正常工作時(shí)能防護(hù)瞬態(tài)過(guò)電壓的侵害，提高產(chǎn)品的安全可靠性。本文主要講述了電子鎮(zhèn)流器中過(guò)電壓保護(hù)電路的設(shè)計(jì)思路，以及相應(yīng)的浪涌吸收元器件壓敏電阻器電參數(shù)的選型方法。

1 瞬時(shí)過(guò)電壓產(chǎn)生的原因和侵入途徑

一般來(lái)講，瞬時(shí)過(guò)電壓主要指雷電感應(yīng)過(guò)電壓和操作過(guò)電壓，當(dāng)感應(yīng)雷擊及雷電電磁脈沖通過(guò)電源線侵入電子系統(tǒng)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)疊加在電源線路上，就會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)高壓脈沖，在線路上重疊的瞬態(tài)脈沖電壓，通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般電子設(shè)備所能承受的耐壓水平，從而擊毀各類用電設(shè)備，使設(shè)備遭受永久性的損壞。為了保護(hù)電子設(shè)備不受過(guò)電壓的侵害。目前，預(yù)防瞬態(tài)騷擾的最有效的辦法是采用浪涌吸收器件，常用的浪涌吸收器件就有壓敏電阻，TVS 管等等。它的基本用法是將該吸收器直接與被保護(hù)的用電設(shè)備并聯(lián)。通常用一種或幾種特殊脈沖波形的峰值電流來(lái)考核這些器件的浪涌吸收能力。目前國(guó)際和國(guó)內(nèi)防護(hù)級(jí)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中經(jīng)常見(jiàn)到的是用8/ 20μs 沖擊電流脈沖波形(電流脈沖的前沿是8μs ，半峰波持續(xù)的時(shí)間是20μs ) 考核設(shè)備抗干擾性能。它是IEC801 - 5 中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)電流脈沖波。而通信系統(tǒng)中常用10/ 1000μs 的沖擊電流來(lái)考核。

2 電子鎮(zhèn)流器瞬態(tài)過(guò)電壓保護(hù)電路的工作原理

通常，供電電網(wǎng)中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)高幅值(如1 kV左右) 的瞬態(tài)脈沖電壓，但電子鎮(zhèn)流器由于受成本的限制，功率變換器件的參數(shù)余量不大，為使電子鎮(zhèn)流器可靠工作，應(yīng)對(duì)這種高幅值的瞬態(tài)干擾加以抑制。

一般應(yīng)在電子鎮(zhèn)流器的電源線路或者其他被保護(hù)的電子元器件前端設(shè)計(jì)瞬態(tài)過(guò)電壓保護(hù)電路，典型的保護(hù)電路見(jiàn)圖1。

當(dāng)電路中出現(xiàn)雷電感應(yīng)過(guò)電壓或瞬態(tài)操作過(guò)電壓Vs 時(shí)， 保護(hù)電路和被保護(hù)的設(shè)備(或者線路中的元器件) 同時(shí)承受了過(guò)電壓Vs ，由于壓敏電阻(保護(hù)電路的核心元件) 的響應(yīng)速度快，他以納秒級(jí)的時(shí)間迅速呈現(xiàn)優(yōu)良的非線性導(dǎo)電特性(圖2 中的擊穿區(qū)) ，使壓敏電阻其兩端的電壓迅速下降，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Vs 值，有效地將過(guò)電壓限制在被保護(hù)設(shè)備或被保護(hù)元器件的絕緣耐壓值等級(jí)下，從而使電子鎮(zhèn)流器免受過(guò)電壓的傷害。保證了電子鎮(zhèn)流器不因電源中瞬時(shí)過(guò)電壓而影響其性能或受傷害。

[page]
普通壓敏電阻器的伏安特性見(jiàn)圖3 ，它并聯(lián)在電子鎮(zhèn)流器的電源輸入端，熔斷保險(xiǎn)絲的后端(圖1) ，線路的保護(hù)方式主要有相線與零線的防護(hù)，相線與地的防護(hù)，零線與地的防護(hù)。其外形結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

線路正常工作時(shí)，壓敏電阻器只相當(dāng)于一個(gè)小容量的電容器，對(duì)電源線路具有一定的濾波作用，并不影響線路的正常工作。當(dāng)電路的輸入端，出現(xiàn)瞬態(tài)過(guò)電壓且過(guò)電壓超過(guò)壓敏電阻的壓敏值時(shí)，壓敏電阻的內(nèi)阻急劇下降，呈導(dǎo)通狀態(tài)，從而使輸入電壓通過(guò)壓敏電阻泄放短路，此時(shí)，其工作電流迅速增加，使串聯(lián)在電源輸入端的保險(xiǎn)絲瞬間熔斷，從而保護(hù)了電子鎮(zhèn)流器中各元器件不會(huì)被過(guò)高的瞬態(tài)過(guò)電壓所燒毀。

特別注意，壓敏電阻器的最大特點(diǎn)就是能夠吸收極大的瞬態(tài)浪涌能量，但它不能承受毫安級(jí)以上的持續(xù)電流，在過(guò)電壓保護(hù)電路中，它不能長(zhǎng)期工作在過(guò)電壓狀態(tài)下。因此，在電子鎮(zhèn)流器中應(yīng)用壓敏電阻時(shí)應(yīng)在電源輸入端配置合適的保險(xiǎn)熔絲或保險(xiǎn)管。

3 　壓敏電阻器的選擇原則

3. 1 　壓敏電壓值的選擇
首先是標(biāo)稱電壓的選擇，壓敏電壓值選得過(guò)高，意味著增大了保護(hù)電路的動(dòng)作電壓，同時(shí)壓敏電壓值越高，相對(duì)的殘壓會(huì)增高，則壓敏電阻對(duì)電子鎮(zhèn)流器可能起不到保護(hù)作用。如果壓敏電壓值選的太低，頻繁的過(guò)電壓沖擊，會(huì)使壓敏電阻器的性能有所下降，漏電流增大，當(dāng)壓敏電壓低于電源電壓的峰值時(shí)，造成壓敏電阻器的劣化失效，不僅會(huì)影響電子鎮(zhèn)流器的正常工作，甚至可能燒毀壓敏電阻器本身。

一般情況下，為了保證線路的正常工作，同時(shí)又為了保證壓敏電阻器在保護(hù)線路的同時(shí)，自己不受損害，壓敏電壓值的選擇應(yīng)確定在一定的范圍內(nèi)。通常情況下，在保護(hù)電路中，壓敏電壓的最小值確定應(yīng)滿足公式(1) 的要求。另外，壓敏電壓的最大值還應(yīng)根據(jù)保護(hù)線路的耐壓水平滿足公式(2) 的要求：
V1 ≈2. 2Vac
或 V1≈2. 0Vdc (1)
式中：V1表示1mA 直流電流下的壓敏電壓值；Vac表示交流電壓的有效值；Vp - p表示交流電壓的峰- 峰值；Vdc表示直流電壓值。

V1 ≤0. 9Vz/ Kp (2)
式中：Vz 表示被保護(hù)設(shè)備(或元器件) 的脈沖絕緣耐壓值；Kp限制電壓比，是一個(gè)與材料有關(guān)的常數(shù)。
[page]
例如：某電子鎮(zhèn)流器的交流電壓為220Vac ，那么，壓敏電阻器的最小電壓值應(yīng)為V1 = 115 × 2 ×220V = 467 V。按照IEC 的有關(guān)規(guī)定， 電子設(shè)備的防護(hù)等級(jí)為D 級(jí)防護(hù)， 其絕緣耐壓值一般規(guī)定為115kV。實(shí)際上，對(duì)于具體的電子鎮(zhèn)流器產(chǎn)品而言，如果整流電路的脈沖耐電壓為1 000 V～1 200 V ，普通0～10 KA 通流容量的壓敏電阻，若Kp 值為117～118 ，通過(guò)計(jì)算，壓敏電阻的最大壓敏值應(yīng)為V1 ≤019Vz/ K≈019 ×1200/ 117≈643 V。因此，對(duì)于供電電壓相對(duì)穩(wěn)定的220Vac 電源系統(tǒng)的電子鎮(zhèn)流器產(chǎn)品，一般選用MYG3/ 300 (壓敏電壓為470 V) 型的壓敏電阻器。對(duì)于電源電壓為120Vac 的電子鎮(zhèn)流器，通常選用MYG3/ 150 (壓敏電壓為250 V) 型的壓敏電阻器。當(dāng)然，在電路設(shè)計(jì)已經(jīng)確定的條件下，也可通過(guò)大量的試驗(yàn)確定實(shí)際電路的保護(hù)水平，選擇更加合適的壓敏電阻器。

3. 2 　通流量的確定
在選擇壓敏電阻器時(shí)，要充分考慮電子鎮(zhèn)流器的實(shí)際工作環(huán)境因素，滿足線路的安全防護(hù)要求。表1 為部分不同型號(hào)的壓敏電阻器在不同浪涌電流峰值下的殘壓試驗(yàn)情況，從表中可以看出，選擇的壓敏電壓值越高，殘壓越高(相同峰值電流情況下) ，同一型號(hào)的壓敏電阻器經(jīng)受的峰值電流越大，殘壓也會(huì)有所加大。

另外，表2 為一組Ф7、Ф10 或Ф14 等不同片徑的壓敏電阻器通流試驗(yàn)情況，從表中可以看出，對(duì)于不同片徑的壓敏電阻器，其所能承受的浪涌電流也不一樣。通常，對(duì)于使用同一配方制作的壓敏電阻器，片徑越大，壓敏電阻器能承受的最大峰值電流也就越大，相應(yīng)的殘壓也會(huì)有所增加，但其增加的程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于通流的增加幅度。因此，選型時(shí)，應(yīng)根據(jù)線路的耐壓水平，外界可能產(chǎn)生的電涌電壓，盡可能選擇通流比較大的壓敏電阻器，以保證線路長(zhǎng)期持續(xù)的正常工作。

4 　結(jié)　語(yǔ)

設(shè)計(jì)合理的瞬態(tài)過(guò)電壓保護(hù)電路，選擇合適的壓敏電阻器電參數(shù)，可以保證電子鎮(zhèn)流器長(zhǎng)期有效的正常工作，也是電子鎮(zhèn)流器產(chǎn)品達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)安全指標(biāo)的重要保證。