電子鎮流器的過電壓保護設計
發布時間:2012-01-11
中心議題:
- 電子鎮流器瞬時過電壓產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
隨著電子鎮流器,電子節能燈市場日益激烈,進一步提高電子鎮流器的性能已成必然趨勢。國標GB15143 - 94《管形熒光燈用交流電子鎮流器的性能要求》第4. 12 條規定:dianzizhenliuqibuyingyindianyuanzhongshunshiguodianyayingxiangqixingnenghuoshoushanghai。yinci,gedianzizhenliuqishengchanchangjiadouyingzhongshibaohudianludesheji,quebaodianzizhenliuqizaizhengchanggongzuoshinengfanghushuntaiguodianyadeqinhai,tigaochanpindeanquankekaoxing。benwenzhuyaojiangshuledianzizhenliuqizhongguodianyabaohudianludeshejisilu,yijixiangyingdelangyongxishouyuanqijianyamindianzuqidiancanshudexuanxingfangfa。
1 瞬時過電壓產生的原因和侵入途徑
一(yi)般(ban)來(lai)講(jiang),瞬(shun)時(shi)過(guo)電(dian)壓(ya)主(zhu)要(yao)指(zhi)雷(lei)電(dian)感(gan)應(ying)過(guo)電(dian)壓(ya)和(he)操(cao)作(zuo)過(guo)電(dian)壓(ya),當(dang)感(gan)應(ying)雷(lei)擊(ji)及(ji)雷(lei)電(dian)電(dian)磁(ci)脈(mai)衝(chong)通(tong)過(guo)電(dian)源(yuan)線(xian)侵(qin)入(ru)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)時(shi)就(jiu)會(hui)產(chan)生(sheng)感(gan)應(ying)電(dian)動(dong)勢(shi),感(gan)應(ying)電(dian)動(dong)勢(shi)疊(die)加(jia)在(zai)電(dian)源(yuan)線(xian)路(lu)上(shang),就(jiu)會(hui)產(chan)生(sheng)瞬(shun)時(shi)高(gao)壓(ya)脈(mai)衝(chong),在(zai)線(xian)路(lu)上(shang)重(zhong)疊(die)的(de)瞬(shun)態(tai)脈(mai)衝(chong)電(dian)壓(ya),通(tong)常(chang)遠(yuan)遠(yuan)高(gao)於(yu)一(yi)般(ban)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)所(suo)能(neng)承(cheng)受(shou)的(de)耐(nai)壓(ya)水(shui)平(ping),從(cong)而(er)擊(ji)毀(hui)各(ge)類(lei)用(yong)電(dian)設(she)備(bei),使(shi)設(she)備(bei)遭(zao)受(shou)永(yong)久(jiu)性(xing)的(de)損(sun)壞(huai)。為(wei)了(le)保(bao)護(hu)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)不(bu)受(shou)過(guo)電(dian)壓(ya)的(de)侵(qin)害(hai)。目(mu)前(qian),預(yu)防(fang)瞬(shun)態(tai)騷(sao)擾(rao)的(de)最(zui)有(you)效(xiao)的(de)辦(ban)法(fa)是(shi)采(cai)用(yong)浪(lang)湧(yong)吸(xi)收(shou)器(qi)件(jian),常(chang)用(yong)的(de)浪(lang)湧(yong)吸(xi)收(shou)器(qi)件(jian)就(jiu)有(you)壓(ya)敏(min)電(dian)阻(zu),TVS 管guan等deng等deng。它ta的de基ji本ben用yong法fa是shi將jiang該gai吸xi收shou器qi直zhi接jie與yu被bei保bao護hu的de用yong電dian設she備bei並bing聯lian。通tong常chang用yong一yi種zhong或huo幾ji種zhong特te殊shu脈mai衝chong波bo形xing的de峰feng值zhi電dian流liu來lai考kao核he這zhe些xie器qi件jian的de浪lang湧yong吸xi收shou能neng力li。目mu前qian國guo際ji和he國guo內nei防fang護hu級ji產chan品pin標biao準zhun中zhong經jing常chang見jian到dao的de是shi用yong8/ 20μs 衝擊電流脈衝波形(電流脈衝的前沿是8μs ,半峰波持續的時間是20μs ) 考核設備抗幹擾性能。它是IEC801 - 5 中規定的標準電流脈衝波。而通信係統中常用10/ 1000μs 的衝擊電流來考核。
2 電子鎮流器瞬態過電壓保護電路的工作原理
通常,供電電網中有時會出現高幅值(如1 kV左右) deshuntaimaichongdianya,dandianzizhenliuqiyouyushouchengbendexianzhi,gonglvbianhuanqijiandecanshuyuliangbuda,weishidianzizhenliuqikekaogongzuo,yingduizhezhonggaofuzhideshuntaiganraojiayiyizhi。
一般應在電子鎮流器的電源線路或者其他被保護的電子元器件前端設計瞬態過電壓保護電路,典型的保護電路見圖1。

當電路中出現雷電感應過電壓或瞬態操作過電壓Vs 時, 保護電路和被保護的設備(或者線路中的元器件) 同時承受了過電壓Vs ,由於壓敏電阻(保護電路的核心元件) 的響應速度快,他以納秒級的時間迅速呈現優良的非線性導電特性(圖2 中的擊穿區) ,使壓敏電阻其兩端的電壓迅速下降,遠遠低於Vs 值zhi,有you效xiao地di將jiang過guo電dian壓ya限xian製zhi在zai被bei保bao護hu設she備bei或huo被bei保bao護hu元yuan器qi件jian的de絕jue緣yuan耐nai壓ya值zhi等deng級ji下xia,從cong而er使shi電dian子zi鎮zhen流liu器qi免mian受shou過guo電dian壓ya的de傷shang害hai。保bao證zheng了le電dian子zi鎮zhen流liu器qi不bu因yin電dian源yuan中zhong瞬shun時shi過guo電dian壓ya而er影ying響xiang其qi性xing能neng或huo受shou傷shang害hai。

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普通壓敏電阻器的伏安特性見圖3 ,它並聯在電子鎮流器的電源輸入端,熔斷保險絲的後端(圖1) ,線路的保護方式主要有相線與零線的防護,相線與地的防護,零線與地的防護。其外形結構見圖4。


線xian路lu正zheng常chang工gong作zuo時shi,壓ya敏min電dian阻zu器qi隻zhi相xiang當dang於yu一yi個ge小xiao容rong量liang的de電dian容rong器qi,對dui電dian源yuan線xian路lu具ju有you一yi定ding的de濾lv波bo作zuo用yong,並bing不bu影ying響xiang線xian路lu的de正zheng常chang工gong作zuo。當dang電dian路lu的de輸shu入ru端duan,出chu現xian瞬shun態tai過guo電dian壓ya且qie過guo電dian壓ya超chao過guo壓ya敏min電dian阻zu的de壓ya敏min值zhi時shi,壓ya敏min電dian阻zu的de內nei阻zu急ji劇ju下xia降jiang,呈cheng導dao通tong狀zhuang態tai,從cong而er使shi輸shu入ru電dian壓ya通tong過guo壓ya敏min電dian阻zu泄xie放fang短duan路lu,此ci時shi,其qi工gong作zuo電dian流liu迅xun速su增zeng加jia,使shi串chuan聯lian在zai電dian源yuan輸shu入ru端duan的de保bao險xian絲si瞬shun間jian熔rong斷duan,從cong而er保bao護hu了le電dian子zi鎮zhen流liu器qi中zhong各ge元yuan器qi件jian不bu會hui被bei過guo高gao的de瞬shun態tai過guo電dian壓ya所suo燒shao毀hui。
特(te)別(bie)注(zhu)意(yi),壓(ya)敏(min)電(dian)阻(zu)器(qi)的(de)最(zui)大(da)特(te)點(dian)就(jiu)是(shi)能(neng)夠(gou)吸(xi)收(shou)極(ji)大(da)的(de)瞬(shun)態(tai)浪(lang)湧(yong)能(neng)量(liang),但(dan)它(ta)不(bu)能(neng)承(cheng)受(shou)毫(hao)安(an)級(ji)以(yi)上(shang)的(de)持(chi)續(xu)電(dian)流(liu),在(zai)過(guo)電(dian)壓(ya)保(bao)護(hu)電(dian)路(lu)中(zhong),它(ta)不(bu)能(neng)長(chang)期(qi)工(gong)作(zuo)在(zai)過(guo)電(dian)壓(ya)狀(zhuang)態(tai)下(xia)。因(yin)此(ci),在(zai)電(dian)子(zi)鎮(zhen)流(liu)器(qi)中(zhong)應(ying)用(yong)壓(ya)敏(min)電(dian)阻(zu)時(shi)應(ying)在(zai)電(dian)源(yuan)輸(shu)入(ru)端(duan)配(pei)置(zhi)合(he)適(shi)的(de)保(bao)險(xian)熔(rong)絲(si)或(huo)保(bao)險(xian)管(guan)。
3 壓敏電阻器的選擇原則
3. 1 壓敏電壓值的選擇
shouxianshibiaochengdianyadexuanze,yamindianyazhixuandeguogao,yiweizhezengdalebaohudianludedongzuodianya,tongshiyamindianyazhiyuegao,xiangduidecanyahuizenggao,zeyamindianzuduidianzizhenliuqikenengqibudaobaohuzuoyong。ruguoyamindianyazhixuandetaidi,pinfandeguodianyachongji,huishiyamindianzuqidexingnengyousuoxiajiang,loudianliuzengda,dangyamindianyadiyudianyuandianyadefengzhishi,zaochengyamindianzuqideliehuashixiao,bujinhuiyingxiangdianzizhenliuqidezhengchanggongzuo,shenzhikenengshaohuiyamindianzuqibenshen。
一(yi)般(ban)情(qing)況(kuang)下(xia),為(wei)了(le)保(bao)證(zheng)線(xian)路(lu)的(de)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo),同(tong)時(shi)又(you)為(wei)了(le)保(bao)證(zheng)壓(ya)敏(min)電(dian)阻(zu)器(qi)在(zai)保(bao)護(hu)線(xian)路(lu)的(de)同(tong)時(shi),自(zi)己(ji)不(bu)受(shou)損(sun)害(hai),壓(ya)敏(min)電(dian)壓(ya)值(zhi)的(de)選(xuan)擇(ze)應(ying)確(que)定(ding)在(zai)一(yi)定(ding)的(de)範(fan)圍(wei)內(nei)。通(tong)常(chang)情(qing)況(kuang)下(xia),在(zai)保(bao)護(hu)電(dian)路(lu)中(zhong),壓(ya)敏(min)電(dian)壓(ya)的(de)最(zui)小(xiao)值(zhi)確(que)定(ding)應(ying)滿(man)足(zu)公(gong)式(shi)(1) 的要求。另外,壓敏電壓的最大值還應根據保護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 表示被保護設備(或元器件) 的脈衝絕緣耐壓值;Kp限製電壓比,是一個與材料有關的常數。
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例如:某電子鎮流器的交流電壓為220Vac ,那麼,壓敏電阻器的最小電壓值應為V1 = 115 × 2 ×220V = 467 V。按照IEC 的有關規定, 電子設備的防護等級為D 級防護, 其絕緣耐壓值一般規定為115kV。實際上,對於具體的電子鎮流器產品而言,如果整流電路的脈衝耐電壓為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 ,通過計算,壓敏電阻的最大壓敏值應為V1 ≤019Vz/ K≈019 ×1200/ 117≈643 V。因此,對於供電電壓相對穩定的220Vac 電源係統的電子鎮流器產品,一般選用MYG3/ 300 (壓敏電壓為470 V) 型的壓敏電阻器。對於電源電壓為120Vac 的電子鎮流器,通常選用MYG3/ 150 (壓敏電壓為250 V) 型的壓敏電阻器。當然,在電路設計已經確定的條件下,也可通過大量的試驗確定實際電路的保護水平,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,要充分考慮電子鎮流器的實際工作環境因素,滿足線路的安全防護要求。表1 為部分不同型號的壓敏電阻器在不同浪湧電流峰值下的殘壓試驗情況,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) ,同一型號的壓敏電阻器經受的峰值電流越大,殘壓也會有所加大。

另外,表2 為一組Ф7、Ф10 或Ф14 等deng不bu同tong片pian徑jing的de壓ya敏min電dian阻zu器qi通tong流liu試shi驗yan情qing況kuang,從cong表biao中zhong可ke以yi看kan出chu,對dui於yu不bu同tong片pian徑jing的de壓ya敏min電dian阻zu器qi,其qi所suo能neng承cheng受shou的de浪lang湧yong電dian流liu也ye不bu一yi樣yang。通tong常chang,對dui於yu使shi用yong同tong一yi配pei方fang製zhi作zuo的de壓ya敏min電dian阻zu器qi,片pian徑jing越yue大da,壓ya敏min電dian阻zu器qi能neng承cheng受shou的de最zui大da峰feng值zhi電dian流liu也ye就jiu越yue大da,相xiang應ying的de殘can壓ya也ye會hui有you所suo增zeng加jia,但dan其qi增zeng加jia的de程cheng度du遠yuan遠yuan低di於yu通tong流liu的de增zeng加jia幅fu度du。因yin此ci,選xuan型xing時shi,應ying根gen據ju線xian路lu的de耐nai壓ya水shui平ping,外wai界jie可ke能neng產chan生sheng的de電dian湧yong電dian壓ya,盡jin可ke能neng選xuan擇ze通tong流liu比bi較jiao大da的de壓ya敏min電dian阻zu器qi,以yi保bao證zheng線xian路lu長chang期qi持chi續xu的de正zheng常chang工gong作zuo。

4 結 語
設she計ji合he理li的de瞬shun態tai過guo電dian壓ya保bao護hu電dian路lu,選xuan擇ze合he適shi的de壓ya敏min電dian阻zu器qi電dian參can數shu,可ke以yi保bao證zheng電dian子zi鎮zhen流liu器qi長chang期qi有you效xiao的de正zheng常chang工gong作zuo,也ye是shi電dian子zi鎮zhen流liu器qi產chan品pin達da到dao國guo家jia標biao準zhun安an全quan指zhi標biao的de重zhong要yao保bao證zheng。
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