LED電源防雷攻略：壓敏電阻串聯(lián)陶瓷氣體放電管

雷電的入侵首先表現(xiàn)為過電壓，當(dāng)存在泄放通道時(shí)，產(chǎn)生電流。過電壓有共模過電壓和差模過電壓兩種類型。

由于寄生電容的存在，雷電過電壓擊穿空氣或在常壓下絕緣的器件，形成強(qiáng)大的雷電流，造成設(shè)備損壞。

為了抑制雷電的影響，應(yīng)在雷電能量進(jìn)入設(shè)備前將能量泄放至大地。對(duì)于共模過電壓，應(yīng)在輸入線與地之間安裝防雷器件;對(duì)于差模過電壓，應(yīng)在輸入火線和零線之間安裝防雷器件。

開關(guān)電源中常用的防雷器件是壓敏電阻和氣體放電管。

1，壓敏電阻

壓敏電阻為限壓型器件，當(dāng)兩端施加工作電壓時(shí)阻值很高，漏電流為μA級(jí)。隨著端電壓升高，壓敏電阻阻值降低，端電壓超過鉗位電壓后阻值急劇降低，漏電流可高達(dá)20~40KA，形成雷電泄放通道。當(dāng)電壓降低至工作電壓后，壓敏電阻的漏電流迅速減小，恢復(fù)原來狀態(tài)。

開關(guān)電源常用的壓敏電阻工作過程如下圖所示。

常用壓敏電阻特性

隨著工作時(shí)間的增加，尤其是多次泄放電流，壓敏電阻漏電流逐漸增大。如果施加的電壓為標(biāo)稱電壓的90%時(shí)漏電流就達(dá)到1mA，就認(rèn)為壓敏電阻性能達(dá)不到要求，需要更換?；诖?，可以比較容易地檢測(cè)壓敏電阻性能。

一般要求壓敏電阻能耐受In電流正反各沖擊5次，耐受Imax電流正負(fù)各沖擊一次，10%In電流沖擊100次。

2、氣體放電管

氣體放電管為開關(guān)型器件。當(dāng)氣體放電管兩端施加的電壓小于觸發(fā)電壓時(shí)，氣體放電管為斷路狀態(tài)，基本無漏電流。當(dāng)電壓高于觸發(fā)電壓時(shí)，氣隙被擊穿，可認(rèn)為短路。當(dāng)兩端的電壓下降至工作電壓以內(nèi)時(shí)，氣隙不能滅弧，繼續(xù)有電流通過，這就是氣體放電管的續(xù)流問題。氣體放電管的滅弧電壓很低，一般為20~50V，因此不能安裝在火線與零線、火線與地線之間。

氣體放電管的一般特性如下圖。

常用氣體放電管特性

目前業(yè)界比較通常的標(biāo)準(zhǔn)是單個(gè)驅(qū)動(dòng)器的防雷等級(jí)在差模4KV，共模6KV，帶外置防雷器可以達(dá)到差模10KV，共模10KV的防護(hù)等級(jí)，

本文所設(shè)計(jì)的是一種基于壓敏電阻和陶瓷氣體放電管抗雷擊浪涌電路。共模、差摸全保護(hù)。壓敏電阻VDR1，VDR2分別與電源L、N并聯(lián)，主要來鉗位L、N線間電壓，壓敏電阻VDR3，VDR4與陶瓷氣體放電管GT1串聯(lián)后接地，主要是泄放共模雷擊浪涌，VDR6與GT6串聯(lián)主要是泄放差模雷擊浪涌，電路如下圖所示。

實(shí)際在使用過程中，發(fā)現(xiàn)因?yàn)槔讚魮p壞的情況并不多，更多的反而是疑似電網(wǎng)波動(dòng)導(dǎo)致，從損壞驅(qū)動(dòng)器的拆解可以看出，內(nèi)部防雷電路的損壞有2種狀態(tài)：第一種狀態(tài)，用于實(shí)現(xiàn)電壓鉗位的壓敏電阻是點(diǎn)擊穿，能量明顯從器件上某點(diǎn)爆裂而開;第二種狀態(tài)，用于實(shí)現(xiàn)電壓鉗位的壓敏電阻則是燃燒式毀壞。針對(duì)第一種情況，在實(shí)驗(yàn)室用浪涌發(fā)生器測(cè)試，通過加大模擬的浪涌電壓，可以清楚重現(xiàn)這種單點(diǎn)式爆裂，第二種情況，在實(shí)驗(yàn)室也可以進(jìn)行模擬，將驅(qū)動(dòng)器的輸入電壓調(diào)高，在達(dá)到壓敏電阻產(chǎn)生漏電流的時(shí)候會(huì)慢慢發(fā)熱并燒毀。

一般電源廠商為了防止壓敏電阻因?yàn)槁╇娏鲗?dǎo)致的發(fā)熱燒毀，都會(huì)把壓敏電阻的電壓調(diào)整的較高，通常會(huì)用到621或者681等級(jí)的壓敏電阻，這種等級(jí)的VDR，在輸入電壓達(dá)到390VAC或者420VAC時(shí)才會(huì)出現(xiàn)漏電流，但是這種設(shè)計(jì)的問題在于，因?yàn)镻FC級(jí)的輸出電容的電壓往往選擇450VDC/500VDC，如果輸入電壓真的長時(shí)間達(dá)到380VAC(530VDC)，那PFC的輸出電解電容也會(huì)出現(xiàn)鼓包，漏液，這種設(shè)計(jì)本身并不能保證電源在輸入電壓達(dá)到380VAC以上時(shí)的安全性。而且因?yàn)閂DR等級(jí)的提高，對(duì)雷擊電壓的吸收效果會(huì)減弱。綜合考慮，VDR1，VDR2最好的選擇是561，這樣與電解電容的耐壓匹配，又更有效的吸收了雷擊的能量。同時(shí)在實(shí)際的工程實(shí)施中，在每段路的配電箱中應(yīng)該加入過壓保護(hù)裝置，有效的保證輸入電壓不會(huì)因?yàn)殡娋W(wǎng)波動(dòng)，或者3相電的不均衡，而沖高到380VAC以上，從而損壞電源。

從內(nèi)部設(shè)計(jì)看，電源廠商需要重點(diǎn)考慮VDR的降額使用，保證在符合國標(biāo)要求的40次測(cè)試條件下，VDR不會(huì)因?yàn)榇箅娏鳑_擊次數(shù)過多，或者因?yàn)槟芰课债a(chǎn)生的溫升，而產(chǎn)生損壞情況。一般VDR廠家都會(huì)給出耐受沖擊電流的大小與次數(shù)的關(guān)系，為了設(shè)計(jì)的安全性，需要謹(jǐn)慎考慮VDR廠家的推薦使用條件。