浪涌保护电路设计

一、什么是浪涌？

   浪涌是一种瞬变干扰，在某种特定条件下由电网造成的瞬间电压超出额定电压的范围，通常这个瞬变不会持续太长时间，幅值很高。有可能仅仅在百万分之一秒内的瞬间突高，比如打雷、断开电感负载或接通大型负载的瞬间都会有很强的冲击。在大多数情况下，如果设备或电路没有浪涌保护措施，很容易造成器件的损坏。

二、浪涌的产生

2.1浪涌的产生

浪涌产生的原因较多，一般是由于：
1.雷击：直击雷落在电网上以及雷电产生高速变化的电磁场作用于导体，都会产生浪涌现象。
2.电容充放电：在开机上电的瞬间，若该电容与负载并联，由于电容电压不能突变，因此会产生一个很大的浪涌电流，这个电流就是我们常说的开机浪涌电流。
3.电感的开关电路：当开关断开的瞬间，由于电感的电流不具有突变型，则会产生反向电动势（电流I与原电流方向相反）来阻碍电压的减小，使得在该点（test point）出具有很高的电压浪涌。公式如下：

$$V_{testpo\mathrm{int}}=V_{in}+V_L=500V+L\frac{di}{dt}$$

4.谐振电路：
5.电机驱动干扰：电机启动或者停转都会形成浪涌电流，例如电机启动时，由于静态电阻非常小，上电等同于短路，其电机为感性负载，有较大的无功电流，对电网造成非常大的波动。

2.2浪涌的传输介质

只有合适的传播介质，浪涌电压才能对设备造成损坏。
①电力线-电力线：是传播浪涌最主要，最直接的介质，因为用电设备都是通过电力电来进行供电。
②无线电波：主要是通过天线来接收浪涌和雷击，从而在瞬间击穿用电设备。当闪电几种天线时，它会穿透射频接收器。
③交流发电机：在汽车电子领域，当交流发电机出现复杂的波动时，会产生很大的浪涌电压。
④感性电路：当电感两头电压突变时往往会产生浪涌电压。

2.3IEC定义的浪涌标准

浪涌电压：是指在电源接通或独院开的瞬间，常常会出现很高的操作过电压。
浪涌电流：是指在电源接通或断开的瞬间，电网（电网中存在电感）中出现短时间像“浪”一样由高电压引起的流入电源设备的峰值电流
IEC定义的浪涌标准：class0:25V，class1:500V，class2:1KV，class3:2KV，class4:4KV。如图所示：

三、浪涌保护电路

  对于浪涌电路的保护，只需设计一个内置式浪涌保护电路即可，最简单的方法就是使用一个瞬态抑制二极管（TVS）或者是压敏电阻。如图所示：
L1，L2共模电感：为了消除并行线路上的共模干扰。
G1、G2气体放电管：主要对高压共模浪涌脉冲抑制，对高压差模浪涌脉冲同样也有抑制能力
VR压敏电阻（有漏电流）：用于对高压差模浪涌脉冲进行抑制。
F保险丝：当G1、G2击穿后会产生后续电流，一定要加保险丝以防止后续电流过大导致线路短路。
CX为X电容：用于消除火线和零线之间的差模干扰。
CY1和CY2为Y电容：用于消除共模干扰。

雷击浪涌共模和差模的区域：
在电力系统中雷击和浪涌是常见的电压过大的情况，它们可能会以共模和差模的形式产生。以下是差模和共模的区别：
1.波形形状：共模和差模雷击浪涌的波形不同。共模雷击浪涌的波形是相对与地线为参考点的上升电压。而差模雷击浪涌的波形形状是相对于火线与零线的电压差的增长变化。
2.信号幅度：共模雷击浪涌的信号幅度更大，因为它同时作用于整个电路的所有导线。而差模浪涌它主要集中在相对导线之间，对信号干扰更小。
保护措施：对于共模信号通常使用合适的接地设备以及过压保护设备；对于差模信号通常用差模传输技术活合适的阻抗匹配设备，来减小损失。

原文出处：知乎
浪涌防护