浪涌保护

浪涌保护 (Surge Protection)

测试标准	IEC 61000-4-5 / GB/T 17626.5
能量量级	焦耳 (J) 级，电压高达数 kV
关键器件	GDT, MOV, TVS, 退耦电感
核心策略	逐级泄放、阻抗匹配

浪涌保护是指通过特定的电路设计，将外部（如雷击、大功率负载投切）或内部产生的瞬态过电压和过电流限制在设备能够承受的范围之内。浪涌 (Surge) 与静电 (ESD) 相比，其持续时间更长、能量密度更高。

浪涌来源与波形

在工程实践中，主要面对以下两类浪涌：

1. 外部浪涌：由雷电感应或输电系统切换引起。标准测试波形通常为 1.2/50 μs（电压波）和 8/20 μs（电流波）。
2. 内部浪涌：大功率感性负载（如 50kW 电机）关断瞬间，由于 di/dt 产生的反浪涌。

逐级防护体系 (Multi-stage Protection)

一个严谨的浪涌保护电路通常遵循“前级大能量、后级高精度”的原则：

1. 第一级：大能量泄放 (Primary Protection)

• 器件：气体放电管 (GDT) 或大功率压敏电阻 (MOV)。
• 作用：泄放绝大部分（80%以上）的浪涌电流。GDT 具有极大的电流承载能力，但响应较慢且存在续流问题。

2. 第二级：退耦 (Decoupling)

• 器件：电感或功率电阻。
• 作用：利用阻抗差异，确保前级防护器件先于后级动作，防止后级精密的 TVS 被能量直接冲毁。

3. 第三级：精细箝位 (Secondary Protection)

• 器件：TVS 保护管。
• 作用：将残余电压精确限制在芯片的可承受范围内，响应速度在皮秒级。

50kW 系统浪涌设计要点

1. 共模与差模防护：
   • 差模 (DM)：线与线之间，保护输入整流桥。
   • 共模 (CM)：线与地之间，保护设备对地绝缘。对于医疗设备，共模防护需平衡安规中的耐压标准。
2. 压敏电阻老化：MOV 在经历多次浪涌后性能会劣化。在工业柜中，建议选用带有温度保险丝 (TFMOV) 的器件，防止过热起火。
3. PCB 布线路径：浪涌路径的走线应尽量宽短。严禁将浪涌后的“净线”与浪涌前的“毛线”平行走线，防止通过空间耦合绕过保护电路。

参见

• 敏感度 (EMS)
• TVS 保护管
• di/dt
• 层叠母排