【经验】对交流电感电路进行电弧抑制的几种方法

时间： 2018-11-14 来源：Littelfuse

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LITTELFUSE是电路保护领域的全球领先企业，提供种类最多、范围最广的电路保护产品组合，向业界提供最广泛且最尖端的电路保护产品及解决方案产品组合，本文通过其推出的SP1103C系列80A离散型双向瞬态抑制二极管来说明交流电路电弧抑制的几种方法。

使用簧片开关或簧片传感器来控制感应装置(继电器线圈、螺线管、变压器、小电机等)时，当簧片开关打开时，存储在装置中电感的能量将使开关处于高压状态。当开关触点打开时，接触间隙最初很小，在开关打开后，可以立即产生一个通过接触间隙的电弧。这可能在电阻和感应负载中发生，而感应负载会产生更高的电压，这会导致电弧增加，而电弧放电会降低开关寿命。

直流（DC）电感电路通常使用二极管来防止高电压。电路中的二极管被称为抑制二极管、反激二极管、续流二极管或捕获二极管。

图1 带抑制二极管的直流电流

然而，二极管不能在交流（AC）电路中使用。交流电弧抑制需要使用金属氧化物压敏电阻器（MOV）、双向瞬态电压抑制器（TVS）二极管或RC抑制电路（RC缓冲器）。各种电弧抑制方法各有其优缺点，如果器件有足够长的使用寿命，也可以不对电弧进行抑制，具体使用哪种方法需要综合考虑成本、接触寿命、封装等因素。

当超过阈值电压时，MOV和TVS二极管导通电流。这些器件通常与开关触点并联且可以在较低的电压下工作，例如24VAC，也可以用于120 VAC的较高感应负载。MOV器件的电容大于TVS器件。如果使用MOV，则应考虑MOV电容的影响。

图2 双向TVS二极管

Littelfuse推出的SP1103C系列80A离散型双向瞬态抑制二极管可为电路设计师提供更低的断态电压，用于保护低压电源总线免受静电放电（ESD）的损坏。这种二极管采用专有的硅雪崩制造技术以瞬态抑制二极管构成，可保护每个I/O引脚，为对破坏性ESD高度敏感的电子设备提供高水平保护。该二极管功能强大，可安全吸收±30kV的反复性ESD震击而不会造成性能减退。此外，每个二极管还可在极低的箝位电压下安全耗散80A的8/20μs波形浪涌电流。应用于汽车电子设备、工业产品、消费电子产品、开关/按钮、测试设备/仪表、销售点终端、医疗设备、笔记本电脑/台式机/服务器和电脑周边设备。

交流电弧抑制还可以使用RC抑制电路（缓冲器）。RC抑制电路的优点是，当接触间隙很小时，在开关打开时限制开关接触电压。RC抑制电路也可以用来减少电弧并提高电阻负载的使用寿命。在RC抑制电路下，串联电容和电阻网络与开关触点并联，或者，可以将电容器和电阻器放置在负载两端。将RC缓冲器放置在开关触点上是首选，但这样做的缺点是，当开关打开时，需要通过缓冲器提供通向负载的电流路径。将缓冲器放置在负载上可以消除电流，但布线和源阻抗的变化可能会改变电弧抑制的效果。

图3 跨开关触点的RC（缓冲器）抑制

在缓冲器中使用的电阻值和电容值需要进行权衡折中。当开关触点闭合时，电阻值必须足够大以限制电容放电电流，但当开关触点闭合时，电阻值必须足够小以充分限制电压。当开关触点断开时，较大的电容值降低了电压，但也付出了更高的代价，同时增加了开关触点闭合时的电容放电能量。

图4 跨负载的RC（缓冲器）抑制

要选择近似电阻值，请使用欧姆定律：

V=I*R，即R=V/I。R应在0.5*Vpk/Isw和3*Vpk/Isw之间选择，其中Vpk是AC峰值电压（V_RMS*1.414），Isw是簧片开关或传感器的额定开关电流。较低的R减少了电弧放电引起的接触损耗。较高的R减小了电容性浪涌电流引起的接触损耗。

可以通过多种方式评估所选缓冲器的性能，比如计算或模拟。然而，负载的电感和电阻特性可能并不是精确已知的——机电负载的电感随机械部件位置的变化而变化。

1. 建议使用示波器评估开关触点之间的电压波形，特别是在触点断开期间。缓冲器可以减少或消除触点闭合和触点断开之间产生的电弧。触点断开后，电压升高，上升电压不会重新进行电弧接触。此外，缓冲器电容器上的最大电压不应超过电容器的额定电压。

2. 对于簧片开关，另一种评估缓冲器是否有效工作的好方法是查看开关接触间隙中电弧产生的光强度。光强较弱即电弧能量较少，表明寿命较长。

3. 最后也是最准确的评估性能的方法是进行寿命测试。接触寿命与开关周期的数量有关，而不是与供电或非供电小时的数量有关。对于电弧负载的寿命测试，建议的最大每秒操作数是5到50次(最大值，5-50Hz)。最大测试率取决于电负载与准确性之间的平衡。

当确定缓冲器的元件规格时，除了前面提到的对电弧评估、最大电容器电压和寿命的检查之外，还有其他一些方面需要考虑。当开关触点打开时，电流将流过缓冲器，所以应该验证这种“漏”电流在应用中不会引起问题，并且缓冲电阻中的功耗不会超过额定功率。此外，另一个考虑因素是RC缓冲器可以与双向TVS二极管或MOV结合使用。缓冲器更有效地限制开启触点的初始电压。TVS或MOV可以更有效地限制峰值电压。

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SP1007系列5pF 8kV双向分立式TVS TVS二极管阵列规格书

描述- 该资料为Littelfuse公司SP1007系列5pF 8kV双向离散瞬态电压抑制二极管（TVS）的数据手册。介绍了产品的技术规格、特性、应用领域和订购信息。

型号- SP1007,SP1007-01ETG,SP1007-01WTG,SP1007 SERIES,SP1007-01XTG

02/06/24 - LITTELFUSE - 数据手册代理服务技术支持批量订货

SESD系列增强型ESD分立式TVS TVS二极管阵列（SPA®二极管）

描述- 该资料介绍了Littelfuse公司的SESD系列增强型静电放电（ESD）瞬态电压抑制二极管（TVS）。这些二极管提供超低电容的单向和双向ESD保护，适用于高速串行接口。它们具有极低的漏电流和动态电阻，适用于USB 3.1、HDMI 2.0、DisplayPort、Thunderbolt和V-by-One等消费电子接口。

型号- SESD0402X1UN-0030-088,SESD0201X1BN-0015-096,SESD SERIES,SESD0201X1UN-0030-088,SESD0402X1BN-0015-096,SESDXXXXX1XN00XX-XXX

04/15/20 - LITTELFUSE - 数据手册 - Revised: 04/15/20 代理服务技术支持批量订货

【应用】超低电容TVS阵列实现CVBS端口的静电和浪涌保护

SLVU2.8HTG具有2pF的负载电容，超过了IEC61000-4-2ESD标准的ESD最高保护水平。

2017-04-26 - 新应用代理服务技术支持批量订货

SDW05C-01FTG 30A双向分立TVS，通用ESD保护

描述- 本资料为SDW05C-01FTG双向瞬态电压抑制二极管（TVS）的数据手册。该产品采用专有的硅雪崩技术制造，提供±30kV的电荷放电保护水平，适用于电子设备。它能够安全吸收重复的电荷放电冲击，并能在IEC 61000-4-5标准下安全地耗散30A的8/20μs浪涌事件。

型号- SDW05C-01FTG

12/08/22 - LITTELFUSE - 数据手册代理服务技术支持批量订货

3通道TVS阵列SP0503BAHTG用于USB防护时，该如何使用？

3通道TVS阵列SP0503BAHTG用于USB防护时，其公共端接USB的电源地GND，另外3端分别接USB的电源VCC、数据线USB D+和USB D-。

2017-10-10 - 技术问答

放大器输入信号的过压保护应用中需要一款3.3V的TVS管，请问有无合适型号推荐？

推荐使用SMAJ系列的型号SMAJ5.0A。

2017-10-10 - 技术问答代理服务技术支持批量订货

AQW05C-01FTG 30A双向分立TVS，通用ESD保护

描述- 本资料为AQW05C-01FTG双向瞬态电压抑制二极管（TVS）的数据手册。该产品采用专有的硅雪崩技术制造，提供高水平的静电放电（ESD）保护，适用于电子设备。它能安全吸收±30kV的重复ESD冲击，并能在IEC 61000-4-5标准下安全地耗散30A 8/20μs浪涌事件。

型号- AQW05C-01FTG

12/08/22 - LITTELFUSE - 数据手册代理服务技术支持批量订货

如何选择瞬态抑制二极管TVS抗击开关电源输入过压干扰冲击信号

按照开关电源中对TVS的实际要求，根据LITTELFUSE手册选用SMCJ160CA作为开关电源的输入TVS保护器件。SMCJ160CA的钳位电压为160V，其反向脉冲峰值功率可达到1500W，宽工作温度范围为-60℃~150℃，从而能够降低由于系统发热带来的故障风险，效率更高；而且为双向TVS，完全符合项目中的设计要求；为电源系统的稳定运行带来保护作用。

2018-08-17 - 器件选型代理服务技术支持批量订货

SP4203 0.5 pF、10A双向分立TVS二极管

描述- 该资料介绍了SP4203系列双向瞬态电压抑制二极管（TVS），用于保护电子设备免受破坏性的静电放电（ESD）的影响。这些TVS二极管具有低电容、高浪涌电流承受能力，适用于多种应用场景。

型号- SP4203-01FTG-C,SP4203

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SP4203 0.5 pF、10A双向分立TVS二极管

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型号- SP4203-01FTG-C,SP4203

10/17/18 - LITTELFUSE - 数据手册 - Revision: 10/17/18 代理服务技术支持批量订货

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型号- 10/17/18,SP4203

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