Vilka dioder används vanligtvis för överspänningsskydd i distributionsnät?

一, TVS-diod: precisionsskyddskärna med millisekundsnivåsvar
1. Enhetens egenskaper och arbetsprincip
TVS (Transient Voltage Suppressor) dioder är designade baserat på lavinbrytningseffekt, och deras kärnfördelar ligger i nanosekunders svarshastighet (mindre än eller lika med 1 × 10 ⁻¹ ² sekunder) och exakt klämspänningskontroll. När transientspänningen överstiger dess genombrottsspänning (VBR), övergår enheten snabbt från ett högresistanstillstånd till ett lågresistanstillstånd och klämmer spänningen inom ett säkert område (VC-värde) genom att avleda stora strömmar. Den typiska fastspänningskoefficienten (VC/VBR) är 1,2-1,4. Till exempel kan TVS-röret i P0640SC-serien motstå toppströmmar på tusentals ampere och klämspänningar så låga som hundratals volt, vilket gör det lämpligt för skydd i 600V/800V högspänningsdistributionsnät.

2. Nyckelparametrar för val
Reverse Cut off Voltage (VRMM): Den bör vara 1,1-1,2 gånger högre än den normala driftspänningen för kretsen. Till exempel kräver ett 120V-system användning av enheter med VRMM större än eller lika med 132V.
Peak Pulse Power (PPP): Beräknas baserat på överspänningsenergi, såsom PPP Större än eller lika med E (svallenergi)/VC under 8/20 μs vågform.
Junction capacitance (CJ): Låg kapacitansenheter (som 0,1-10pF) bör väljas för högfrekventa signallinjer för att undvika signaldämpning. Till exempel kräver USB 3.0-gränssnittet användning av TVS-rör med CJ mindre än eller lika med 0,3pF.
3. Typiska tillämpningsscenarier
Strömingång för datacenter: TVS-rör i SMBJ-serien används för att konstruera skydd i tre-nivåer. Den första nivån använder enheter med hög-effekt (som 1 500 W) för att absorbera stora energisvallningar, och den tredje nivån använder enheter med låg kapacitans (som 500 W) för att skydda känsliga chips.
Fotovoltaisk växelriktare DC-sida: Parallella TVS-rör är anslutna i ett DC 1000V-system för att undertrycka transient överspänning orsakad av molntäcke eller arrayväxling.
2, Halvledarurladdningsrör (TSS): Ryggradsskydd för hög strömkapacitet
1. Enhetens egenskaper och arbetsprincip
TSS (Tyristor Surge Suppressors) antar en PNPN-fyrskiktsstruktur, som kombinerar tyristorernas omkopplingsegenskaper med diodernas enkelriktade konduktivitet. Dess främsta fördelar ligger i dess extremt höga överspänningstolerans (upp till tiotals kiloampere) och låga restspänningsegenskaper (typiskt VC-värde Mindre än eller lika med 2 gånger VBR). Till exempel kan TSS i P0640SC-serien motstå en 20kA överspänning och restspänning under 800V under en vågform på 8/20 μs, vilket gör den lämplig för skydd av-högspänningsdistributionsnätets stamnät.

2. Nyckelparametrar för val
Breakdown voltage (VBO): Den måste matcha systemets nominella spänning, som att välja enheter med VBO=12-15kV för ett 10kV-system.
Aktuell bärförmåga (Ipp): Baserat på åskrisknivån bör enheter med Ipp större än eller lika med 50kA väljas för områden med högt åskväder.
Svarstid: Typiskt värde Mindre än eller lika med 100ns, kräver samordning med TVS-rör för att uppnå graderat skydd.
3. Typiska tillämpningsscenarier
Transformatorstations inkommande ände: Ett sammansatt skyddsschema av TSS och MOV i serie har antagits, med TSS som det första steget för att absorbera höga-energistötar och MOV som det andra steget för att begränsa kvarvarande spänning.
Vindkraftsuppsamlingsledning: parallell TSS vid 35kV-kabelterminalen för att undertrycka överspänning orsakad av kabeldrift.
3, Varistor (MOV): Ett ekonomiskt och effektivt universellt skydd
1. Enhetens egenskaper och arbetsprincip
MOV (Metal Oxide Varistor) använder zinkoxid som huvudmaterial och uppnår spänningsbegränsande funktion genom olinjära volt ampere-egenskaper. Dess centrala fördelar ligger i hög kostnad-effektivitet och hög strömkapacitet (upp till flera hundra kiloampere per chip), men det finns en åldringseffekt (försämring av prestanda efter lång-användning). Till exempel kan 14D471K MOV motstå en 40kA överspänning under en vågform på 8/20 μs och är lämplig för ändskydd i lågspänningsdistributionsnätverk.

2. Nyckelparametrar för val
Spänningskänslig (V1mA): Den måste vara högre än den maximala kontinuerliga driftspänningen för kretsen, som att välja enheter med V1mA större än eller lika med 320V för ett 220V-system.
Strömkapacitet: Enligt åskrisknivån kräver klass C-skydd Iimp större än eller lika med 65kA (10/350 μs vågform).
Läckström: Typiskt värde Mindre än eller lika med 20 μ A, regelbunden testning krävs för att förhindra åldrande och fel.
3. Typiska tillämpningsscenarier
Distributionsbox för bostäder: Genom att använda MOV för att konstruera skydd på tre-nivåer, installerar den första nivån hög-energienheter (som 20kA) vid huvudänden för inkommande linje, och den tredje nivån installerar enheter med låg-effekt (som 2kA) i sockelkretsen.
Industriell motorstyrskåp: parallell MOV vid ingångsänden av frekvensomformaren för att undertrycka transient överspänning orsakad av motorstartstopp.
4, Konstruktionsstrategi för fler-skyddssystem
1. Principen om graderat skydd
Att anta ett kombinationsschema av "grovskydd+finskydd":

Nivå 1 (grovskydd): Installera TSS eller hög-energi MOV vid systemingången för att absorbera stora energistötar (som blixtnedslag).
Andra nivån (precisionsskydd): Installera TVS-rör på framsidan av utrustningen för att begränsa kvarvarande spänning till en säker nivå (t.ex. under chipets motståndsspänningsvärde).
Tredje nivån (lokalt skydd): Anslut TVS-rör med låg-effekt parallellt bredvid känsliga komponenter för att ge slutligt skydd.
2. Nyckelpunkter för parameterkoordinering
Energikoordinering: Se till att de främre-enheterna absorberar energi som är större än eller lika med 80 % av den totala överspänningsenergin för att undvika överbelastning av de bakre-enheterna.
Spänningskoordination: VC-värdet för varje enhetsnivå måste gradvis minskas för att bilda "gradientskydd". Till exempel är den första nivån VC 1500V, den andra nivån VC är 800V och den tredje nivån VC är 400V.
Tidskoordinering: Använd skillnaden i enhetens svarstid (TSS ≈ 100ns, TVS ≈ 1ns) för att uppnå snabb respons.