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要順利通過CS106試驗(yàn)，需要采取什么措施？

交流供電的設(shè)備，一般情況下不會(huì)出現(xiàn)敏感的問題，這得益于整流電路后面的紋波濾波電容，這個(gè)電容平滑了脈沖電壓，因此只有在工作電壓為較低的直流電壓時(shí)，才需要特別考慮防護(hù)措施。

前面的文章中，我們分析了濾波電容對(duì)于CS106脈沖電壓的作用，得出的結(jié)論是：只要濾波電容的容量足夠大，就可以平滑掉干擾脈沖。因此，一個(gè)簡(jiǎn)單的措施就是在直流電源的輸入端并聯(lián)一個(gè)容量足夠大的電容，將脈沖電壓的幅度平滑到可以接受的程度。但是使用較大的電容，在電路加電的瞬間會(huì)造成較大的瞬間沖擊電流，也會(huì)導(dǎo)致加電過程延長(zhǎng)。如果對(duì)于較大的電容所導(dǎo)致的這些副作用不能接收，可以考慮用浪涌保護(hù)器件吸收一部分能量，這樣可以使用較小的電容來達(dá)到預(yù)期的效果。

浪涌保護(hù)器件一般是并聯(lián)在電源線輸入端的一個(gè)器件，在沒有較高的脈沖電壓時(shí)，它的電阻很高，不影響電路的正常工作，當(dāng)出現(xiàn)幅度較高的脈沖電壓時(shí)，它的電阻迅速降低，將脈沖的能量旁路掉。浪涌保護(hù)器件主要有三種：氣體放電管、壓敏電阻、TVS二極管。這三種器件各有各的特點(diǎn)，適用于不同的場(chǎng)合，有興趣的讀者可以查閱相關(guān)的資料。

對(duì)于CS106試驗(yàn)，使用TVS二極管可以構(gòu)成理想的保護(hù)電路。

圖1 TVS二極管的參數(shù)

圖1是TVS二極管上的電壓和電流的關(guān)系圖（U-I圖），這個(gè)圖給出了TVS二極管上電壓與電流的關(guān)系，各個(gè)參數(shù)的意義，大家可以查閱關(guān)于TVS二極管的說明，這里不贅述。

請(qǐng)大家注意兩個(gè)現(xiàn)象：

1、當(dāng)電壓在VBR-VF之間時(shí)，電流與電壓的關(guān)系不大，相當(dāng)于一個(gè)開路的器件，我們稱TVS工作在截止區(qū)；

2、當(dāng)電壓超出這個(gè)范圍時(shí)，電流驟然變大，而與電壓幾乎無關(guān)，這相當(dāng)于一個(gè)短路的器件，我們稱TVS工作在導(dǎo)通區(qū)。

利用TVS二極管的這個(gè)特性，就可以構(gòu)成一個(gè)CS106脈沖電壓的保護(hù)電路，如圖2所示：

圖2 針對(duì)CS106干擾電壓采取的措施

我們假設(shè)圖2所示的電路工作電壓為12V，保護(hù)電路的工作原理大致如下。我們選取的TVS二極管的VBR = 15，這意味著在沒有施加脈沖電壓時(shí)，TVS二極管工作在截止區(qū)，電阻很高，不會(huì)影響電路的正常工作。當(dāng)施加正極性的CS106脈沖電壓時(shí)，電壓超過15V，TVS二極管導(dǎo)通，對(duì)脈沖電壓的能量起到旁路作用。TVS導(dǎo)通時(shí)，它上面的電壓并不會(huì)為0，而是殘留一些電壓，這稱為殘留電壓VC。這時(shí)，CS106脈沖電壓不再是400V，而是VC，要消除這個(gè)較低的脈沖電壓，僅需要一個(gè)容量較小的電容即可，電路中的電容C就起到這個(gè)作用。

對(duì)于負(fù)極性的脈沖電壓，TVS二極管相當(dāng)于正向偏壓，當(dāng)正向偏壓大于VF時(shí)，TVS導(dǎo)通，殘留的電壓為VF。這時(shí)，負(fù)極性的脈沖電壓似乎不會(huì)導(dǎo)致過大的電壓，但是相當(dāng)于電源的輸出被短路，電容C上的電能會(huì)被釋放掉，導(dǎo)致電路瞬間失去電壓。為了解決這個(gè)問題，我們安裝了二極管D，防止電容向電源側(cè)放電。

圖2是一個(gè)CS106保護(hù)電路的原理圖。圖中器件的選擇方法如下：

1、第一，選擇TVS二極管時(shí)，請(qǐng)參照?qǐng)D1中所示的典型參數(shù)，我們主要關(guān)心兩個(gè)參數(shù)：一個(gè)是TVS的持續(xù)工作電壓，也就是圖1中的VRWM這個(gè)參數(shù)。這個(gè)參數(shù)的含義是，電路的工作電壓不能高于這個(gè)數(shù)值。通常按照電路工作電壓的120%左右選擇，例如對(duì)于12V供電的電路，可以選VRWM = 15的品種。一般持續(xù)工作電壓確定以后，殘留電壓也就確定了，也就是圖2中的VC這個(gè)參數(shù)，VC通常是VRWM的1.6-1.8倍，考慮冗余量，我們認(rèn)為是1.8倍，因此VC = 27V。

2、第二個(gè)需要考慮的參數(shù)是TVS二極管能夠承受的功率，這個(gè)功率要保證TVS二極管在進(jìn)行CS106試驗(yàn)時(shí)不會(huì)損壞。二極管承受的功率有時(shí)用峰值電流表示。實(shí)際上，在選擇TVS二極管時(shí)，首先應(yīng)該確定峰值功率，因?yàn)楹芏鄰S家的TVS二極管產(chǎn)品是按照峰值功率來劃分系列的，如果不知道峰值功率，就不知道在那個(gè)產(chǎn)品系列中選擇產(chǎn)品。例如，圖3是一個(gè)廠家提供的TVS二極管的參數(shù)表，表中的第一欄是TVS二極管的系列，這是按照最大承受功率劃分的，3KP代表能夠承受的峰值功率為3kW（第四欄所示），5KP代表能夠承受的峰值功率為5kW（第四欄所示）。顯然，在選擇TVS二極管時(shí)，首先要確定峰值功率，然后才能夠在相應(yīng)的系列中進(jìn)行型號(hào)的確定。下面介紹怎樣確定TVS二極管的峰值功率要求。

峰值功率等于殘留電壓與峰值電流的乘積。首先，我們需要確定流過TVS的峰值電流。CS106試驗(yàn)電壓是400V，脈沖發(fā)生器的內(nèi)阻是2W，如果忽略TVS上的電壓降，峰值電流是200A。

前面我們已經(jīng)確定了殘留電壓的數(shù)值為27V，因此按照峰值功率的定義，峰值功率為（200A ´ 27V = 540W）。所以，在選擇TVS二極管時(shí)，只要峰值功率大于1kW就可以了。也就是，可以在1kW這個(gè)系列中選擇合適的器件類型。

需要注意的是，TVS管的峰值功率PPP數(shù)值通常是在1000ms脈寬情況下定義的，CS106脈沖的寬度僅5ms，因此實(shí)際允許的峰值功率大于TVS廠家給出的數(shù)值，可以認(rèn)為實(shí)際允許的峰值功率為實(shí)際的5倍。因此，如上計(jì)算的500W峰值功率，可以選擇峰值功率為100W的TVS器件。當(dāng)然，選擇峰值功率較大的TVS固然安全，但是往往體積較大。實(shí)際上，由于CS106試驗(yàn)的能量較小，一般的TVS二極管都可以滿足要求。

圖3 TVS二極管的參數(shù)表舉例

另外一個(gè)關(guān)鍵的器件是電容C。我們主要關(guān)心電容C的兩個(gè)參數(shù)：

1、一個(gè)是耐壓

首先，電容的耐壓要能夠承受殘留脈沖電壓。所謂殘留脈沖電壓，就是TVS二極管對(duì)脈沖進(jìn)行鉗位后，殘留下來的部分，對(duì)于上面的例子，鉗位電壓為27V，因此可以選擇額定電壓為50V的品種。

2、其次是電容的容量

電容的作用有兩個(gè)：

1、是對(duì)正極性的脈沖電壓進(jìn)行平滑，保證不會(huì)導(dǎo)致電路故障；

2、是在負(fù)極性脈沖的狀態(tài)下，儲(chǔ)存支撐電路工作的能量。也就是在負(fù)極性脈沖期間，電源瞬間掉電，這時(shí)電容所存儲(chǔ)的能量要滿足電路工作的需要。

因此電容的容量與電路的功率有關(guān)，電路的功率越大，電容的容量要求越大。另外，實(shí)際對(duì)電容量的要求，還與電路允許的最大電壓跌落有關(guān)。具體的容量可以通過實(shí)驗(yàn)來確定。

二極管D的選型非常簡(jiǎn)單。二極管的作用在施加負(fù)極性脈沖時(shí)，阻斷電容向電源側(cè)放電的路徑。由于TVS二極管將負(fù)極性脈沖鉗位在接近零伏，因此二極管的耐壓不用特別考慮。我們僅需要考慮二極管的正向最大電流即可，這個(gè)電流就是電路的最大工作電流，實(shí)際上，一般的整流二極管都沒有問題。