【经验】基于开路失效气体放电管BGO1001A05-LC2的电源起火防护方案对比分析

时间： 2021-10-09 来源：槟城电子

从客户处电源机种起火燃烧事故现场研究发现，大部分的起火燃烧原因是由于氧化锌压敏电阻的起火所引起，继续分析，又发现氧化锌压敏电阻的起火燃烧绝大多数是由于电网异常过电压引起。由于技术的发展，目前我们所使用的防雷模块及元器件通过一级、二级、三级等分级、分区防雷，已经能够很好的抵御雷击及浪涌冲击。但对于电网异常过电压还是没有很好的解决之道，不能从根本上解决异常过电压所带来的起火燃烧事故，起火燃烧在客户端时有发生。

图1 起火现场一

图2 起火现场二

原因分析

供电系统在供电过程中，会产生短时间的过电压，该过电压可能数倍于正常供电电压，持续时间短则微秒级，长则持续数秒，在这种长时间的高电压下，足以造成跨接在电源两端的氧化锌压敏电阻的热击穿、起弧、起火燃烧。异常过电压主要有以下三种原因产生：

1. 单项接地过电压

当三相电有某一相电上的用电器发生短路时，另外两相电上的电压就由原相电压220V电压上升为线电压380V，对于该种过电压如果持续时间不长，对于动作电压较高的压敏电阻还可以耐受，但是如果氧化锌压敏电阻动作电压没有足够高，或者过电压持续时间长，那么压敏电阻仍会热击穿、起弧、起火燃烧。

图3 单项接地过电压示意图

图4 共地耦合转移过电压示意图

2. 共地耦合转移过电压

由于配电变压器的高低压端共用接地系统，当高压端放生故障接地时，会出现一幅值很高的高电压持续加载在用电器上，此时就会造成氧化锌压敏电阻的起火燃烧。

3. 失零过电压

由于某种原因造成低压供电系统中性线断路，即产生了失零过电压，由于不同相位，所以失零过电压可能到达700V以上，在很短时间内就会造成氧化锌压敏电阻的起火燃烧。

图5 失零过电压示意图

图6 串联保险丝方案

处理措施：

1. 串联保险丝方案（图6）

如图6所示，在回路上串联保险丝，如整体电源需耐受雷击5KA那么就需要选择额定电流15A的保险丝，额定电流15A的保险丝的正常断开电流需要到30A以上，在30A以内如25A可能不断开，或者断开时间将会很长。所以电流在0A-30A是电路中的盲区，如果压敏电阻击穿后，或者接地阻抗的存在将电路中的电流限制在5A-30A之间，那么压敏电阻就完全有可能会起火燃烧。

2. 将气体放电管和温度保险丝组装在一起（图7）

图7 T-GDT方案

图8 T-MOV方案

将气体放电管和温度保险丝通过氧化铝陶瓷组装串联在一起，引脚相连，设计意图为当电路中产生工频高压，击穿气体放电管，气体放电管产生持续高温，高温传递给温度保险丝切断电路。但当高温切断温度保险丝时，压敏电阻早已经起火燃烧。

3. 将压敏电阻和温度保险丝组装在一起（图8）

将压敏电阻和温度保险丝串联组装后密封在塑胶外壳内部，设计意图为当压敏在起火燃烧前，产生高温的时候温度传递给温度保险丝切断电路。但是，1.在失效后压敏电阻的击穿孔（发热源）的位置不固定，可能距离温度保险丝很远，导致压敏电阻已经起火燃烧了，温度保险丝还没能动作；2.T-MOV在认证UL1449时，最大电流做到了10A，当电流超过10A，即使热源处于温度保险丝附件仍有起火燃烧的风险，会出现保险丝断不开，甚至是起电弧的状况。

4. 槟城电子的全电流保护BGO1001A05-LC2产品保护方案

槟城电子推出的BGO1001A05-LC2开路失效气体放电管能够实现全电流保护，使得整个电路不存在保护盲区。正常耐受雷击10KA，工频实现1A-50A在1000V的情况下完成开路。并且工频开路时间很短，可以保证压敏在起火燃烧之前切断电路。BGO1001A05-LC2产品在不同电流下切断电路的时间曲线，如图9所示：

图9 BGO1001A05-LC2产品在不同电流下切断电路的时间曲线

我们通过实验对比传统解决方案和BGO1001A05-LC2产品在耐受1KV/20A工频电流时的状况：

A. 串联保险丝方案

选用15A的保险丝串联MOV（V1mA:750V），串联GDT（1000V），在电流20A的试验条件下，15A保险丝不动作，不能切断电路。用示波器捕捉波形如图10，黄色为电流，蓝色为电压，由图可见，该方案在20A的工频过电压下无法安全失效。

图10 串联保险丝方案失效波形

图11 串联保险丝测试过程视频截图

测试电流20A，处于保险丝的保护盲区0-30A之间，所以保险丝无法动作，无法切断电路，此时压敏电阻起火燃烧。

B. 温度保险丝串联GDT方案

选用GDT（1000V）加温度保险丝（136°C，25A），通过实际测试，温度保险丝可以切断电路，但是在20A的情况下整整用了将近7S钟，此时压敏电阻已经起火燃烧了。

图12 T-GDT方案失效波形

图13 T-GDT测试过程视频截图

测试电流20A，温度保险丝可以切断电路，但是需要7S，压敏电阻在20A时很快就起火燃烧了。说明，该方案也是存在起火风险。

C. TOMV方案

MOV（V1mA:750V）和温度保险丝（136°C）在20A的测试电流下，T-MOV产品无法切断电路，且持续燃烧。

图14 串联保险丝方案失效波形

图15串联保险丝测试过程视频截图

测试电流20A，T-MOV产品无法切断电路，持续起火燃烧，且在测试过程中产生了电弧。

D．BGO1001A05-LC2方案

图16 BGO1001A05-LC2方案图

图17 BGO1001A05-LC2@20A失效波形

BGO1001A05-LC2产品在680mS即能切断电路，压敏电阻（V1mA:750V）产生一个小火苗，随即熄灭。

BGO1001A05-LC2产品串MOV（V1mA:750V加套管）测试40A视频截图

BGO1001A05-LC2产品在0.5S的时间就可以完成开路，压敏电阻喷出火星，随即熄灭。相对于前面的几种方案，BGO1001A05-LC2方案能满足正常的雷击要求，又满足在工频过电压时能安全失效。

电源起火是一种安全事故，供电电源异常是一种意外，防护电路是一种必要的防护，但，作为一个防护电路，不能因为一种意外而造成一起安全事故。对于电源安全防护，我们一直在寻求，有没有一种电路能在满足浪涌防护的需求，而在工频过电压时又能安全失效的产品。槟城电子所研发的开路失效气体放电管BGO1001A05-LC2，能够满足大雷击正常通过，当异常工频高压对电源口的其他被动保护元件造成起火燃烧风险时，就会直接切断电路，从而保护电源设备的安全。

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G系列温度保险丝 (G Series Thermal-Link (ATCO))

本资料介绍了ATCO温度保险丝的产品特性、工作原理、应用领域和技术参数。ATCO是一种非复位式的一次性动作过温保护装置，适用于各种电气设备的安全防护。

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2022/1/17 - 数据手册 - V2.0 代理服务技术支持采购服务

N系列温度保险丝 (N Series Thermal-Link (ATCO))

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2022/1/17 - 数据手册 - V2.0 代理服务技术支持采购服务

SD系列GDT气体放电管 (Gas Discharge Tube)

该资料介绍了赛尔特公司生产的气体放电管（GDT），这是一种用于电路安全保护的元器件。产品具有快速响应、性能稳定、高通流、低电容和高绝缘等特点，适用于多种应用领域，包括通信、防雷器、电源、新能源、照明、家电、移动设备和医疗等。

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Jun 2, 2022 - 数据手册代理服务技术支持采购服务

C系列温度保险丝 (C Series Thermal-Link (ATCO))

本资料介绍了ATCO温度保险丝的产品特性、工作原理、应用领域和技术参数。ATCO是一种非复位式过温保护装置，适用于电气设备的安全防护。其主要特点是断开温度精确、低阻抗、密封结构，具有多种额定电流和动作温度选项。

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2022/1/17 - 数据手册 - V2.0 代理服务技术支持采购服务

NB系列温度保险丝 (NB Series Thermal-Link (ATCO))

本资料介绍了ATCO温度保险丝的产品特性、工作原理、应用领域和技术参数。ATCO是一种非复位式的一次性动作过温保护装置，适用于电气设备的安全防护。其主要由易熔合金、助熔断剂、外壳、封口树脂和引线组成。该产品具有高精度动作温度、低阻抗、密封结构等特点，广泛应用于照明、电源、家用电器等领域。

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