Hvilke dioder bruges almindeligvis til overspændingsbeskyttelse i distributionsnetværk?

一, TVS-diode: præcisionsbeskyttelseskerne med millisekundniveaurespons
1. Enhedens egenskaber og arbejdsprincip
TVS (Transient Voltage Suppressor) dioder er designet baseret på lavine-nedbrydningseffekt, og deres kernefordele ligger i nanosekunds responshastighed (mindre end eller lig med 1 × 10 ⁻¹ ² sekunder) og præcis spændingskontrol. Når den transiente spænding overstiger dens gennembrudsspænding (VBR), skifter enheden hurtigt fra en tilstand med høj modstand til en tilstand med lav modstand og klemmer spændingen inden for et sikkert område (VC-værdi) ved at aflede store strømme. Den typiske fastspændingskoefficient (VC/VBR) er 1,2-1,4. For eksempel kan TVS-røret i P0640SC-serien modstå spidsstrømme på tusindvis af ampere og klemmespændinger så lave som hundredvis af volt, hvilket gør det velegnet til beskyttelse i 600V/800V højspændingsdistributionsnetværk.

2. Nøgleparametre til valg
Reverse Cut off Voltage (VRMM): Den skal være 1,1-1,2 gange højere end den normale driftsspænding for kredsløbet. For eksempel kræver et 120V-system brug af enheder med VRMM større end eller lig med 132V.
Peak Pulse Power (PPP): Beregnet baseret på bølgeenergi, såsom PPP større end eller lig med E (surge energy)/VC under 8/20 μs bølgeform.
Junction capacitance (CJ): Enheder med lav kapacitans (såsom 0,1-10pF) bør vælges til højfrekvente signallinjer for at undgå signaldæmpning. For eksempel kræver USB 3.0-grænsefladen brug af TVS-rør med CJ mindre end eller lig med 0,3pF.
3. Typiske anvendelsesscenarier
Strømindtag til datacenter: TVS-rør i SMBJ-serien bruges til at konstruere beskyttelse på tre-niveauer. Det første niveau bruger enheder med høj-effekt (såsom 1500 W) til at absorbere store energispændinger, og det tredje niveau bruger enheder med lav kapacitans (såsom 500 W) til at beskytte følsomme chips.
Fotovoltaisk inverter DC-side: Parallelle TVS-rør er forbundet i et DC 1000V-system for at undertrykke transient overspænding forårsaget af skydække eller array-skift.
2, Semiconductor Discharge Tube (TSS): Rygradsbeskyttelse for høj strømkapacitet
1. Enhedens egenskaber og arbejdsprincip
TSS (Tyristor Surge Suppressors) vedtager en PNPN-firelagsstruktur, som kombinerer tyristorernes omskiftningsegenskaber med dioders ensrettede ledningsevne. Dens kernefordele ligger i dens ekstremt høje overspændingstolerance (op til titusvis af kiloampere) og lave restspændingskarakteristika (typisk VC-værdi mindre end eller lig med 2 gange VBR). For eksempel kan P0640SC-serien TSS modstå en 20kA overspænding og restspænding under 800V under en 8/20 μs bølgeform, hvilket gør den velegnet til beskyttelse af-højspændingsdistributionsnetværks backbone-linjer.

2. Nøgleparametre til valg
Nedbrudsspænding (VBO): Den skal matche systemets nominelle spænding, f.eks. valg af enheder med VBO=12-15kV til et 10kV-system.
Nuværende bæreevne (Ipp): Baseret på lynrisikoniveauet bør enheder med Ipp større end eller lig med 50kA vælges til områder med kraftigt tordenvejr.
Responstid: Typisk værdi Mindre end eller lig med 100ns, der kræver koordinering med TVS-rør for at opnå gradueret beskyttelse.
3. Typiske anvendelsesscenarier
Transformatorstations indgående ende: Et sammensat beskyttelsesskema af TSS og MOV i serie er vedtaget, med TSS som det første trin til at absorbere høje-energistød og MOV som det andet trin til at begrænse restspænding.
Vindmølleparksopsamlingslinje: parallel TSS ved 35kV kabelterminalen for at undertrykke overspænding forårsaget af kabeldrift.
3, Varistor (MOV): En økonomisk og effektiv universel beskyttelse
1. Enhedens egenskaber og arbejdsprincip
MOV (Metal Oxide Varistor) bruger zinkoxid som hovedmateriale og opnår spændingsbegrænsende funktion gennem ikke-lineære volt ampere karakteristika. Dens kernefordele ligger i høj omkostningseffektivitet-og høj strømkapacitet (op til flere hundrede kiloampere pr. chip), men der er en ældningseffekt (forringelse af ydeevnen efter lang-brug). For eksempel kan 14D471K MOV modstå en 40kA overspænding under en 8/20 μs bølgeform og er velegnet til slutbeskyttelse i lavspændingsdistributionsnetværk.

2. Nøgleparametre til valg
Spændingsfølsom (V1mA): Den skal være højere end den maksimale kontinuerlige driftsspænding for kredsløbet, såsom valg af enheder med V1mA større end eller lig med 320V for et 220V-system.
Nuværende kapacitet: Ifølge lynrisikoniveauet kræver Klasse C-beskyttelse Iimp Større end eller lig med 65kA (10/350 μs bølgeform).
Lækstrøm: Typisk værdi Mindre end eller lig med 20 μ A, regelmæssig testning er påkrævet for at forhindre ældning og fejl.
3. Typiske anvendelsesscenarier
Boligfordelingsboks: Ved at anvende MOV til at konstruere beskyttelse på tre-niveauer, installerer det første niveau høj-energienheder (såsom 20kA) ved den primære indgående linjeende, og det tredje niveau installerer lav-effektenheder (såsom 2kA) i stikkontakten.
Industrielt motorstyreskab: parallel MOV ved indgangsenden af ​​frekvensomformeren for at undertrykke transient overspænding forårsaget af motorstartstop.
4, Konstruktionsstrategi for beskyttelsessystem på flere-niveauer
1. Princip for graderet beskyttelse
Vedtagelse af en kombinationsordning af "grov beskyttelse + fin beskyttelse":

Niveau 1 (grov beskyttelse): Installer TSS eller høj--MOV ved systemindgangen for at absorbere store energistød (såsom lynnedslag).
Andet niveau (præcisionsbeskyttelse): Installer TVS-rør i forenden af ​​udstyret for at begrænse restspændingen til et sikkert niveau (såsom under chipmodstandsspændingsværdien).
Tredje niveau (lokal beskyttelse): Tilslut lav-effekt TVS-rør parallelt ved siden af ​​følsomme komponenter for at give endelig beskyttelse.
2. Nøglepunkter for parameterkoordinering
Energikoordinering: Sørg for, at front-enhederne absorberer energi, der er større end eller lig med 80 % af den samlede overspændingsenergi for at undgå overbelastning af bag{2}}enhederne.
Spændingskoordinering: VC-værdien for hvert enhedsniveau skal gradvist reduceres for at danne "gradientbeskyttelse". For eksempel er VC på første niveau 1500V, VC på andet niveau er 800V, og VC på tredje niveau er 400V.
Tidskoordinering: Udnyt forskellen i enhedens responstid (TSS ≈ 100ns, TVS ≈ 1ns) for at opnå hurtig respons.