防雷元器件的性能及應用技術

摘要：隨著電子元器件產業不斷的發展，防雷元器件也在不斷的發展。然而，在市場經濟條件下，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，就應該在防雷元器件性能和應用技術上下功夫，以促進防雷元器件廠家更好的發展。文章主要從設備被雷擊中途徑、防雷元器件性能、防雷元器件實際應用過程中應該注意的問題、防雷元器件設計及設計中應該采取的措施等方面出發，對防雷元器件的性能及應用技術進行相應研究。

關鍵詞：防雷元器件；性能；應用技術

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：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雷擊浪電流泄放到大地，使被保護設備的浪涌電壓能限制在被允許的安全電壓下。因此，防雷元器件在設計過程中就應該根據可能遇到的雷擊電涌電流大小進行相應設計，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的性能和可靠性。為了使防雷元器件更好的在實際應用中發揮其應有作用，除了對其性能進行分析外，還應該對其應用技術進行相應分析。

1 設備被雷擊中途徑分析

因防雷元器件是為了保護電子設備免受雷電產生的電磁脈沖和過電壓影響而設計的。而要想更好對防雷元器件性能進行分析，有必要對設備被雷擊中途徑進行相應分析。當雷電產生時，雷電會直擊會地面物體，或通過空中雷云間放電感應產生電磁場，并在設備或傳輸線上產生雷電過電壓，從而使設備或傳輸線路受損。相關統計顯示，因雷電直擊或空間感應而引發的設備、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造成設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，就應該在設備中裝上防雷元器件，以避免設備被雷擊中，而使設備無法正常運行。而要想使防雷元器件在設備中更好發揮其作用，還需要防雷元器件性能進行相應分析。

2 防雷元器件性能分析

過壓保護元件實際應用中的作用是將雷電沖擊能量盡可能的泄掉，以免過電壓進入設備內部而造成設備損壞。在實際應用過程中，為了保證設備安全，避免設備損壞現象出現，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備正常運行。其也應該具備瞬間應付過電壓并保證殘壓在設備安全電壓范圍內，以避免不必要的安全隱患。同時電壓元器件本身也應該具有較高的穩定性和可靠性，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，還應該對開關元件、限壓元件和防過熱和過流元件進行分析。

2.1 開關元件分析

開關元件一般包括陶瓷氣體放電管、玻璃放電管和半導體過壓保護器。這三種類型的最大優勢是開關元件導通前，其全部處于開路狀態，電阻較大且少有漏電流，導通后，就會處于短路狀態，即便壓降較小，也可以通過較大的電流。而三種類型開關元件各有優勢。開關元器件類型中除了一些半導體過壓保護外，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元件最高的，雖然半導體過壓保護器擊穿電壓不如玻璃放電管高，但是其穿擊電壓準確性是較高的。然而開關元件三種類型有優勢的同時，也有劣勢，尤其是陶瓷體放電管。因電氣電離需要一定時間，其反應速度相對于其他開關元件類型說，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用過程中，有著和二極管一樣的限壓性能。如果導通電壓大于外壓電壓時，其內阻機會很大，其漏電流也相對較小。如果導通電壓小于外加電壓時，其內阻就會變小，其電流也會隨之增大，甚至產生較大的過電流。即便電流較大，對設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體過電壓抑制器，是較為典型的過電壓保護器。其在實際應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，壓敏電阻反應速略遜一籌；而TVS管非線性性能與穩壓管性能相似，其不僅具有動態電阻低、限制電壓低優勢，同時也有不易老化、使用壽命長和反應快等優勢。然而TVB管在實際應用過程中，同流能力卻較弱。

2.3 對防過流和防過熱元件進行分析

防過流元件中應該有自恢復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該有溫度保險管和溫度保險絲。之所以要用自恢復保險絲是因為其屬于溫度系數熱敏電阻。將其應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，當溫度降低后設備將會自行恢復。但是也應該考慮其熱惰性，一旦出現熱惰性，就可能會使反應速度變慢。不管如何用自恢復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。當溫度異常時，保險管開關也可以隨時斷開。

3 防雷元器件實際應用過程中應該注意的問題

①防雷元器件在實際應用過程中應該注意差模保護問題。開關元件在實際應用過程中，應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不能更好發揮其作用。為了更好避免上述問題，在實際應用過程中，開關元件有必要與接限壓元件結合在一起。

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

③防雷元器件在實際應用過程中應該注意穿擊電壓問題。防雷元器件在實際應用過程中，應該對差模防雷元器件擊穿電壓進行限制，其最小電壓不應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，而使設備無法正常運行。

4 防雷元器件設計及設計中應該采取的措施

4.1 防雷元器件設計

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信息。因防雷元器件是為了將雷擊浪涌引入地下，使設備免于過電壓而進行相應設計的。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，在設計過程中，應該以雷擊浪涌電流為依據，采用兩級或單級信號防雷器進行相應設備保護。同時也要對單元電路中的過壓和過流進行相應保護；為了使設計更好的發揮其作用，應該采取相應保護措施，以強化防雷元器件保護。

4.2 防雷元器件設計中應該采取的措施

在設計過程中，首先應將設備電路接好，并以增大流負反饋形式來對晶體管過流進行限制。設計中也應該在上面裝上濾波器等分割部件，這樣不僅不影響設備工作，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；為了保證設計質量，也應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備上；而在易受浪涌沖擊的電路中，應該選用碳膜電阻，而不用耐力較差的金屬膜電阻；也應該對高頻電路中使用的穩壓管進行相應保護。在設計中應該對電容值對工作狀態的影響進行相應分析，如果相應結電容量的隨端電壓改變而變化，其反偏電壓就越大，其結電容量就越小，而令偏壓時則最高。在這種情況下，就應該以實際電路對電容要求為依據，將穩壓管一端偏執電壓，以保護電容，從而保證防雷元器件順利運行。

5 結 語

微電子技術的發展，使得大規模集成電路相繼出現并廣泛應用在通信、測量、計算機等領域。雖然這類大規模集成電路的出現為電子設備帶來了方便，但是在實際應用過程中，其抗壓能力和抗干擾能力卻較低，易受雷電產生的電磁脈沖或是相應過電壓的影響，而影響大規模集成電路性能的發揮，甚至使設備損壞。在這種情況下，就應采取相應措施，以避免上述問題出現。防雷元器件的出現，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.一種控制系統用電源防雷保護器設計[J].高電壓技術，2009，（11）.

[2] 楊高渠.電子設備的防雷及防雷元器件[J].計算機與網絡，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].空軍雷達學院報，2008，（4）.

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

[5] 童敏，童迎世，童瓊.防雷技術在湖南地震臺站的應用[J].防災科技學院學報，2010，（3）.

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

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