神龍電涌保護器,也叫浪涌保護器,防雷器,是一種為各種電子設備、儀器儀表、通訊線路提供安全防護的電子裝置。當電氣迴路或者通信線路中因為外界的干擾突然產生尖峰電流或者電壓時,電涌保護器能在極短的時間內導通分流,從而避免浪涌對迴路中其他設備的損害。
電源電涌保護器的類型和結構按不同的用途有所不同,但它至少應包含一個非線性電壓限制元件。 比如神龍電涌保護器的基本元器件有:放電間隙、充氣放電管、壓敏電阻、抑制二極體和扼流線圈等。
1.放電間隙(又稱保護間隙):
它一般由暴露在空氣中的兩根相隔一定間隙的金屬棒組成(如圖15a),其中一根金屬棒與所需保護設備的電源相線L1或零線(N)相連,另一根金屬棒與接地線(PE)相連線,當瞬時過電壓襲來時,間隙被擊穿,把一部分過電壓的電荷引入大地,避免了被保護設備上的電壓升高。這种放電間隙的兩金屬棒之間的距離可按需要調整,結構較簡單,其缺點時滅弧性能差。改進型的放電間隙為角型間隙,它的滅弧功能較前者為好,它是*迴路的電動力F作用以及熱氣流的上升作用而使電弧熄滅的。
2.氣體放電管:
它是由相互離開的一對冷陰板封裝在充有一定的惰性氣體(Ar)的玻璃管或陶瓷管內組成的。為了提高放電管的觸發機率,在放電管內還有助觸發劑。這種充氣放電管有二極型的,也有三極型的,
氣體放電管的技術參數主要有:直流放電電壓Udc;衝擊放電電壓Up(一般情況下Up≈(2~3)Udc;工頻而授電流In;衝擊而授電流Ip;絕緣電阻R(>109Ω);極間電容(1-5PF)
氣體放電管可在直流和交流條件下使用,其所選用的直流放電電壓Udc分別如下:在直流條件下使用:Udc≥1.8U0(U0為線路正常工作的直流電壓)
在交流條件下使用:U dc≥1.44Un(Un為線路正常工作的交流電壓有效值)
3.壓敏電阻:
它是以ZnO為主要成分的金屬氧化物半導體非線性電阻,當作用在其兩端的電壓達到一定數值後,電阻對電壓十分敏感。它的工作原理相當於多個半導體P-N的串並聯。壓敏電阻的特點是非線性特性好(I=CUα中的非線性係數α),通流容量大(~2KA/cm2),常態泄漏電流小(10-7~10-6A),殘壓低(取決於壓敏電阻的工作電壓和通流容量),對瞬時過電壓回響時間快(~10-8s),無續流。
壓敏電阻的技術參數主要有:壓敏電壓(即開關電壓)UN,參考電壓Ulma;殘壓Ures;殘壓比K(K=Ures/UN);最大通流容量Imax;泄漏電流;回響時間。
壓敏電阻的使用條件有:壓敏電壓:UN≥[(√2×1.2)/0.7]U0(U0為工頻電源額定電壓)。最小參考電壓:Ulma≥(1.8~2)Uac (直流條件下使用)Ulma≥(2.2~2.5)Uac(在交流條件下使用,Uac為交流工作電壓)壓敏電阻的最大參考電壓應由被保護電子設備的耐受電壓來確定,應使壓敏電阻的殘壓低於被保護電子設備的而損電壓水平,即(Ulma)max≤Ub/K,上式中K為殘壓比,Ub為被保護設備的而損電壓。
抑制二極神龍浪涌保護器採用了一種非線性特性極好的壓敏電阻,在正常情況下,神龍電涌保護器外於極高的電阻狀態,漏流幾乎為零,保證電源系統正常供電。當電源系統出現上述情況的過電壓時,神龍電涌保護器立即在納秒級的時間內迅速導通,將該過電壓的幅值限止在設備的安全工作範圍內。同時把該過電壓的能量釋放掉。隨後,保護器又迅速的變為高阻狀態,因而不影響電源系統的正常供電。
4.扼流線圈:扼流線圈是一個以鐵氧體為磁芯的共模干擾抑制器件,它由兩個尺寸相同,匝數相同的線圈對稱地繞制在同一個鐵氧體環形磁芯上,形成一個四端器件,如圖15e所示,要對於共模信號呈現出大電感具有抑制作用,而對於差模信號呈現出很小的漏電感幾乎不起作用。扼流線圈使用在平衡線路中能有效地抑制共模干擾信號(如雷電干擾),而對線路正常傳輸的差模信號無影響。
這種扼流線圈在製作時應滿足以下要求:
1)繞制線上圈磁芯上的導線要相互絕緣,以保證在瞬時過電壓作用下線圈的匝間不發生擊穿短路。
2)當線圈流過瞬時大電流時,磁芯不要出現飽和。
3)線圈中的磁芯應與線圈絕緣,以防止在瞬時過電壓作用下兩者之間發生擊穿。
4)線圈應儘可能繞制單層,這樣做可減小線圈的寄生電容,增強線圈對瞬時過電壓的而授能力。
5. 1/4波長短路器
1/4波長短路器是根據雷電波的頻譜分析和天饋線的駐波理論所製作的微波信號電涌保護器,其結構如圖21所示。這種保護器中的金屬短路棒長度是根據工作信號頻率(如900MHZ或1800MHZ)的1/4波長的大小來確定的。此並聯的短路棒長度對於該工作信號頻率來說,其阻抗無窮大,相當於開路,不影響該信號的傳輸,但對於雷電波來說,由於雷電能量主要分布在n+KHZ以下(如圖22所示),此短路棒對於雷電波阻抗很小,相當於短路,雷電能量級被泄放入地。
由於1/4波長短路棒的直徑一般為幾毫米,因此耐衝擊電流性能好,可達到30KA(8/20μs)以上,而且殘壓很小,此殘壓主要是由短路棒的自身電感所引起的,其不足之處是工頻帶較窄,頻寬約為2%~20%左右,另一個缺點是不能對天饋設施加直流偏置,使某些套用受到限制。
神龍電源電涌保護器的電路根據不同需要,有不同的形式,其基本元器件就是上面介紹的幾種,一個技術精通的防雷產品研究工作者,可設計出五花八門的電路,好似一盒積木可搭出不同的結構圖案。研製出既有效又性能價格比好的產品,是防雷工作者的重任。