在我們所有應(yīng)用領(lǐng)域中使用電子設(shè)備有助于提高人們對(duì)電能質(zhì)量的認(rèn)識(shí)。電子設(shè)備的廣泛使用引發(fā)了能源效率問(wèn)題，尤其是涉及整個(gè)電網(wǎng)的干擾問(wèn)題，對(duì)設(shè)備和儀器設(shè)備產(chǎn)生了負(fù)面影響。新型工業(yè)4.0中涌現(xiàn)的智能技術(shù)需要不間斷且無(wú)故障的供電。電能質(zhì)量的擾動(dòng)通常定義為電壓，電流或頻率的變化。這些干擾會(huì)干擾系統(tǒng)的正常運(yùn)行，從而改變生產(chǎn)水平和整個(gè)活動(dòng)。

交流電源線(xiàn)上的干擾可能會(huì)導(dǎo)致許多設(shè)備發(fā)生故障，包括數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤或破壞整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的電源或工業(yè)系統(tǒng)。暫態(tài)、峰值、異常都是電線(xiàn)的典型干擾。在設(shè)計(jì)適用于工業(yè)應(yīng)用的保護(hù)系統(tǒng)時(shí)，一定要考慮所有的重要因素。各種電壓和電流值的保護(hù)解決方案在各種應(yīng)用市場(chǎng)中代表著巨大的需求。

交流電源線(xiàn)故障

IEEE標(biāo)準(zhǔn)定義的電源干擾可以用瞬態(tài)，峰值或過(guò)壓，失真和頻率變化來(lái)表示。瞬態(tài)電壓是由于電源、雷電、感應(yīng)負(fù)載切換，靜電放電等的變化而可能發(fā)生的暫時(shí)性電壓波動(dòng)。這些瞬態(tài)的影響范圍可能十分輕微但也可能是災(zāi)難性的。

瞬態(tài)是功率干擾中最具破壞性的類(lèi)型，分為兩個(gè)子類(lèi)別：脈沖性和振蕩性。脈沖瞬變是高峰值事件，主要由于大氣中發(fā)生的放電而在正或負(fù)方向上增加電壓和（或）電流水平。涉及脈沖瞬變的兩種最可行的保護(hù)方法涉及消除潛在的靜電放電和使用瞬態(tài)電壓抑制裝置。另一方面，振蕩瞬態(tài)是電壓、電流或兩者的狀態(tài)條件的突然變化，該變化以系統(tǒng)的固有頻率振蕩。

峰值或過(guò)電壓是指交流電壓的升高，持續(xù)時(shí)間可能為0.5個(gè)周期至1分鐘。峰值的常見(jiàn)起因是高阻抗中性線(xiàn)連接，突然的（高）負(fù)載降低以及三相系統(tǒng)上的單相故障。過(guò)電壓代表導(dǎo)致電壓尖峰的長(zhǎng)期問(wèn)題的影響。過(guò)電壓可被視為延長(zhǎng)的峰值。

變形以各種形式出現(xiàn)。諧波之一是基波正弦波在由基波倍數(shù)構(gòu)成的頻率上的變化。例如，三次諧波的頻率為150Hz；這是50Hz時(shí)基本頻率的三倍。第五諧波的頻率為250Hz。該標(biāo)準(zhǔn)要求總諧波失真THD（總諧波失真）不超過(guò)8％，并考慮到最高40次諧波的水平。間諧波是一種波形失真，通常是由電氣設(shè)備（例如靜態(tài)變頻器，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和用于形成電弧的設(shè)備）引入電源電壓中的信號(hào)引起的。

頻率變化在電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中很少發(fā)生。在備用或電源基礎(chǔ)設(shè)施不佳的情況下，在配備有專(zhuān)用發(fā)電機(jī)的站點(diǎn)中，頻率變化更為常見(jiàn)，尤其是在發(fā)電機(jī)負(fù)載較高的情況下。50Hz的歐洲頻率必須在供應(yīng)年的95％內(nèi)保持在1％的公差內(nèi)，而在任何時(shí)候，都不得超過(guò)4％的增加或6％的減少。作為平均值，該標(biāo)準(zhǔn)假設(shè)在10s的間隔內(nèi)測(cè)得。

解決方案

過(guò)壓保護(hù)組件可分為兩種基本類(lèi)型：撬棒型設(shè)備和鉗位組件，例如TVS，MOV二極管。夾式元件具有更快的響應(yīng)時(shí)間，但其電流處理能力受到限制，因?yàn)楸仨毻ㄟ^(guò)元件夾持來(lái)消散瞬態(tài)能量。撬棒型組件可以承受很強(qiáng)的過(guò)電流，因?yàn)樵谄錉顟B(tài)下，組件兩端的電壓非常低。實(shí)際上，它們充當(dāng)某種短路，影響電流路徑，從而將其從組件的主要部分移開(kāi)。

圖1：TO-218中的Pxxx0MEL系列。Pxxx0MEL為50/60HzAC單周期正弦波浪涌事件提供5000A8/20IPP（峰值脈沖電流額定值）和最小400AITSM。

LittelfuseSIDACtorreg晶閘管是Crowbar型的，并且經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可以保護(hù)處于強(qiáng)烈過(guò)壓瞬變中的環(huán)境中的設(shè)備。5kA和3kAPxxx0FNLPxxx0MEL系列具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。例如，鉗位優(yōu)于傳統(tǒng)的無(wú)源MOV技術(shù)以保護(hù)AC線(xiàn)路可提供針對(duì)過(guò)電壓的高電位保護(hù)。此外，降低的有效電壓可確保長(zhǎng)期事件期間的低熱量積聚。這些撬棒半導(dǎo)體器件可以承受更多的過(guò)電壓情況，滿(mǎn)足最小的降級(jí)要求（圖1和圖2）。LittelfusePxxx0FNL和Pxxx0MEL系列還可以與MOV串聯(lián)，來(lái)激發(fā)由于較高鉗位電壓而損壞的電路提供低鉗位保護(hù)（圖3）。該電路布局為交流線(xiàn)路提供了過(guò)電流和過(guò)電壓保護(hù)。

圖2：具有串聯(lián)過(guò)電流保護(hù)的P3800MEL撬棍解決方案。在經(jīng)典的工作條件下，保護(hù)組件對(duì)電線(xiàn)是透明的。當(dāng)感應(yīng)電壓峰值高于P3800MEL的Vdrm時(shí)，就會(huì)過(guò)渡到低電阻狀態(tài)。保險(xiǎn)絲可保護(hù)SIDACtorreg。該配置為設(shè)計(jì)人員提供了一個(gè)用于SIDACtorreg的增強(qiáng)型過(guò)電流保護(hù)的選項(xiàng)。

圖3：SIDACtorreg與LittelfuseMOVV20E130P（AC130V）串聯(lián)連接，其前裝有保險(xiǎn)絲。

MOV的晶體結(jié)構(gòu)由無(wú)規(guī)取向的金屬氧化物顆粒制成，這些顆粒表現(xiàn)出P-N結(jié)半導(dǎo)體的特性。在低電壓下工作的電路中，壓敏電阻中只有少量電流流動(dòng)，這是由于通過(guò)結(jié)的反向色散引起的。當(dāng)施加涉及整個(gè)系統(tǒng)保護(hù)條件的瞬態(tài)高壓，或者超過(guò)壓敏電阻的擊穿電壓時(shí)，結(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)生雪崩擊穿，并且壓敏電阻成為導(dǎo)體。壓敏電阻不能提供防止連續(xù)電壓升高的保護(hù)，即使電壓幅度明顯低于其設(shè)計(jì)的瞬態(tài)電壓也是如此。此外，壓敏電阻的確會(huì)出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，在多次電涌作用下，壓敏電阻開(kāi)始老化。

TVS二極管的進(jìn)步使該技術(shù)成為金屬氧化物（MOV）壓敏電阻的有效替代品，可保護(hù)AC和DC電源免受過(guò)壓和間接雷擊的影響。與交流和直流電源線(xiàn)應(yīng)用中的MOV相比，這些設(shè)備不僅具有更高的可靠性和更長(zhǎng)的使用壽命，而且還具有抗重復(fù)性過(guò)電壓的優(yōu)點(diǎn)，而且由于電纜的電感較低，因此使用表面貼裝封裝可提供更好的過(guò)電壓響應(yīng)。為了保護(hù)CAN-BUS線(xiàn)路免受ESD，EFT和其他電壓瞬變?cè)斐傻膿p害，Littelfuse創(chuàng)建了一系列TVS二極管陣列，用于符合AEC-Q101標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)自動(dòng)化控制，可以安全地承受3A的峰值。低容量（典型值11.5pF）可保持信號(hào)完整性并最大程度地減少數(shù)據(jù)丟失。有時(shí)ESD事件可能會(huì)輕微損壞設(shè)備，使其短時(shí)間運(yùn)行。這被稱(chēng)為潛在缺陷，它很難被檢測(cè)到并縮短了設(shè)備的壽命。許多電子設(shè)備容易受到低壓ESD事件的影響。由于越來(lái)越快和更小尺寸的趨勢(shì)，電子領(lǐng)域的ESD問(wèn)題正日益增多?，F(xiàn)代世界越來(lái)越多地由小型微處理器處理，這些微處理器對(duì)最小的電力波動(dòng)也很敏感。這些微處理器出色地控制了快速的自動(dòng)化機(jī)器人組裝過(guò)程和無(wú)法承受停機(jī)時(shí)間的包裝線(xiàn)系統(tǒng)。取決于應(yīng)用市場(chǎng)的針對(duì)不同電壓/電流水平的保護(hù)解決方案，對(duì)于設(shè)備的正確運(yùn)行至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈兡軌蛳拗苹蛳呻娔苜|(zhì)量擾動(dòng)引起的問(wèn)題。