力特供稿
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交流電源線干擾是導致許多設備出現故障的原因，也會像電源、LED照明、工業系統和消費類設備(如烤箱、冰箱和電視機)的破壞那樣嚴重。
電源線干擾有多種叫法，例如瞬態、浪涌、尖峰等。但是不管具體叫法如何，了解其特性和可用的各種保護元件的操作，對于設計一個有效的保護電路來說都是必不可少的。
這些輸電線有一些常見保護元件。最常見的過電壓保護元件是MOV(金屬氧化物壓敏電阻)、高功率TVS(瞬態電壓抑制)二極管和GDT(氣體放電管)。在本文中，我們將討論SIDACtor保護型晶閘管元件來進行交流電源線過電壓的保護的創新應用。
1浪涌保護
浪涌保護元件可分為兩種基本類型：撬棒型器件，如GDT氣放管和SIDACtor保護型晶閘管等; 鉗位型器件, 如TVS二極管、MOV等。
鉗位元件響應速度較快，但由于瞬態能量必須由鉗位元件耗散，所以其電流處理能力受到限制。此外，鉗位元件兩端的電壓降隨通過它的傳導電流的增加而減小。因此，較高的鉗位電壓閾值元件具有較低的峰值電流能力(對于特定系列中的所有元件，額定功率保持不變，但是由于功率是電壓和電流的乘積，因此增加電壓需要電流減小)。
撬棒型元件可以處理更高的浪涌電流，因為在導通狀態下，元件兩端的電壓非常低。撬棒元件充當“近短路值”路徑，將暫態能量從受保護的設備中分流出去。
2交流電源線路保護中的SIDACtor元件
由于SIDACtor元件的性質是撬棒型保護及其與交流電源的兼容性，可能會出現一些問題。本文將回顧選擇用于交流電源線保護的SIDACtor元件的設計參數。請注意，關于SIDACtor元件使用的討論僅限于交流電源線;它與大電流直流電源端口不兼容。SIDACtor元件將在用于交流信號的每個半周期過零處的AC端口上復位。但是，對于大電流直流電源線，如果可用短路電流高于其保持電流參數，則SIDACtor元件不會復位。
3 Littelfuse Pxx00MEL系列SIDACtor元件
Littelfuse Pxx00MEL系列高能量SIDACtor元件具有撬棒型特性，可提供比傳統GDT電弧電壓低得多的低通態電壓值，并且它還可以提供比MOV鉗位電壓低得多的閾值電壓。與鉗位硅TVS二極管相比，Pxx00MEL SIDACtor元件的通態電壓非常低，因此可以處理更高的浪涌電流。與GDT、MOV或TVS元件相比，它還為高dv / dt或高di / dt事件提供了低得多的過沖特性。
Pxx00MEL系列具有從140V至350V的元件工作電壓(VDRM)(又稱斷態電壓)。參考IPP浪涌電流和ITSM表，Pxx00MEL可提供5000A 8/20 IPP(峰值脈沖額定電流)和適用于50 / 60Hz 交流單周期正弦波浪涌事件的最小電流400A ITSM。
Pxx00MEL是對傳統GDT的改進解決方案。它們可提供：
1)低通態電壓條件，從而在長期事件期間保持較低的熱累積;
2)在高dv / dt事件期間減小過沖;
3)無磨耗機制;
4)在不降低過沖特性的情況下，更接近某些國家交流電源線值的對峙電壓值選擇(較低電壓GDT使用較低電壓形式的不同氣壓，因此導致較慢的開啟特性和較高的過沖)。
圖1a和圖1b顯示了與電源線熔斷器一起使用的SIDACtor元件P3800MEL，然后顯示了與串聯過電流熔斷器一起使用的SIDACtor元件P3800MEL。在正常工作狀態下，SIDACtor元件和系列熔斷器不會對電源線作出反應并透明工作。當有一個交流電壓或浪涌感應電壓超過P3800MEL元件的VDRM時，開始切換到低電阻導通狀態。電源線熔斷器是為了保護SIDACtor元件，其電流ITSM值不超過交流電源事件重復正弦跟隨期間的值。
這種組合將為這個電源端口提供協調的過流和過壓保護解決方案。圖1b為設計人員提供了一個專用于SIDACtor增強型過電流保護的選項。與SIDACtor元件一起增加的系列熔斷器可為SIDACtor元件本身提供過載或過應力狀態保護。這種解決方案的主要區別在于電源線熔斷器必須遵循SIDACtor +系列熔斷器組合。SIDACtor +系列熔斷器為電力熔斷器和后續電源電路提供浪涌保護，同時電力熔斷器為交流線路電流和電源電路提供保護。如果電源電路需要敏感的過電流保護，由于這種電力熔斷器不需要考慮提供高浪涌能力，這一點顯得尤為重要。請注意，上面的保護拓撲結構就是一些例子。實際的保護方案將需要在實際環境中進行測試和驗證。
圖2顯示了SIDACtor元件對3kA(8/20μs處)浪涌的響應(未連接到交流電源)。橙色線顯示3kA (8/20μs處)的浪涌波形，藍色線顯示SIDACtor元件響應曲線。本P3800MEL元件在撬棒型之前的初始峰值為272V，并將電壓限制在<30V。
圖3，當SIDACtor元件響應交流電壓線上的3kA浪涌時，施加于SIDACtor元件的AC電流(278A)有很大的跟隨。由于P3800MEL的ITSM額定值為最小值400A(50/60 Hz，單周期交流額定電流)，因此這個半周期的高交流電流不會損壞SIDACtor元件，這樣一來就可以安全地處理了。這一限制作用是線路阻抗和/或電源額定電流的函數。
4與其他MOV鉗位器件一起使用SIDACtor元件
Littelfuse Pxx00MEL系列還可以與MOV串聯，為被較高鉗位電壓損壞的電路形成低鉗位保護。
MOV和SIDACtor元件組合的通態閾值必須高于穩態交流線路電壓，但激活這一組合后，使用撬棒型元件提供的鉗位電壓比MOV本身可提供的整體鉗位電壓更低。
圖4顯示了一個較低工作電壓SIDACtor元件P2300MEL(直流180V)，與熔斷器前面的一個Littelfuse MOV V20E130P(交流 130V)串聯。這個完整的電路為交流線路提供過流和過壓保護。
圖5顯示了在3kA(8/20μs處)浪涌事件期間SIDACtor元件+ MOV組合以及由此產生的425V最大鉗位電壓，這一數值比僅具有低通態電壓<30v的SIDACtor元件最大鉗位電壓更高。較高鉗位電壓是由于V20E130P MOV鉗位電壓與P2300MEL SIDACtor元件一起加在狀態電壓上的，使得由此產生的鉗位電壓> 30V，如上例所示。但是，如果單獨使用MOV，對于這一240v交流線路，所需的MOV將會是V20E275P，并且鉗位電壓將會上升到900V以上，這可能會危害之后的電子器件。僅使用SIDACtor元件、SIDACtor元件+ MOV元件的組合和僅使用MOV元件，這三種解決方案之間的鉗位電壓差異顯示出三種截然不同的保護解決方案結果。
在圖6中，3kA (8/20μs處)浪涌觸發SIDACtor元件+ MOV組合后，交流跟隨電流測量值為43.2A。與僅使用SIDACtor元件的解決方案相比，添加MOV可以減小交流跟隨電流。另一方面，SIDACtor + MOV組合的漏電流也比僅使用MOV的解決方案漏電流更低，從而提高MOV的工作壽命。因此，SIDACtor可在交流線路電源保護中為傳統MOV解決方案帶來互利。對于一些敏感性設計或出于合規性目的，應該在線路中添加一個電流斷路器(熔斷器元件)，以符合安全檢查表要求。
在圖6中，3kA (8/20μs處)浪涌觸發SIDACtor元件+ MOV組合后，交流跟隨電流測量值為43.2A。與僅使用SIDACtor元件的解決方案相比，添加MOV可以減小交流跟隨電流。另一方面，SIDACtor + MOV組合的漏電流也比僅使用MOV的解決方案漏電流更低，從而提高MOV的工作壽命。因此，SIDACtor可在交流線路電源保護中為傳統MOV解決方案帶來互利。對于一些敏感性設計或出于合規性目的，應該在線路中添加一個電流斷路器(熔斷器元件)，以符合安全檢查表要求。
如上所述，熔斷器的I2t應大于99.245 / 0.22 = 451 A2S。半周期交流 SIDACtor元件的I2t值為1/2 × 400 × 400 × 0.01 = 800 A2S。(400A是P3800MEL的最大ITSM)。顯然，降額I2t(451 A2S)小于半周期SIDACtor元件I2t(800 A2S)，確保熔斷器在超過ITSM SIDACtor額定值之前斷開。
對于MOV，通常我們會計算其跟隨交流電流的能量，從而估算MOV額定值是否足夠。在這種情況下，通過MOV V20E130P的總電流能量為3kA(8/20μs處)加上43A半周期交流電流。所以總能量是0.71×250×3000×20×10 - 6 + 0.71×250×43×0.007 = 10.65 + 53.43 = 64.08 J。這一數值小于V20E130P 100 J規格書的規定限值。
因此，選定的熔斷器將具有比3kA(8/20μs處)浪涌電流和交流跟隨電流能量更大的I2t額定值，從而確保當OVP解決方案按設計運行時不會導致滋擾開路。
那么，具有交流 250V額定并且和I2t值為451的熔斷器就是保護SIDACtor元件+ MOV元件的最佳選擇，在保持正常工作的同時為SIDACtor元件+ MOV元件提供保護。
5結論
Pxx00MEL SIDACtor元件可以極為理想地保護交流電源線路。它具有低通態撬棒閾值、快速通態特性、低過沖、高浪涌電流、精確的工作電壓值，并且不會因浪涌額定值內的反復激活而磨損。在SIDACtor元件之前使用合適的熔斷器/過電流元件，可以為交流電源線路提供優良的保護解決方案。此外，請注意，這只適用于交流電源線路上的短時浪涌，并不適用于大電流直流電源線路，除非直流電流限制在低于保持電流參數的SIDACtor元件的電平，或者直流電源可識別短路負載條件并自動切斷。
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