电源电路浪涌防护设计与器件选择

"该资源是关于单片机STC15F104在应对50us组合波2KV测试的电源浪涌防护设计方案。主要关注电源电路如何抵御雷电电磁感应、开关过电压等产生的浪涌，以及介绍了几种常用的浪涌防护器件，如TVS瞬态抑制二极管、压敏电阻MOV、陶瓷气体放电管GDT和玻璃放电管SPG，并探讨了这些器件的分类、功能和选型原则。" 在电源电路中，浪涌防护是非常关键的一环，因为它能保护电子设备免受雷击、开关操作或电磁干扰等因素引起的瞬时高压脉冲损害。IEC61000-4-5标准定义了1.2/50us的组合波浪涌测试，这是衡量设备浪涌防护能力的重要指标。在设计电源电路时，需要考虑到这些潜在的浪涌情况，并采取相应的防护措施。 浪涌主要包括由雷电电磁感应和开关过电压引起的两类。雷电电磁感应是由于雷击附近的电力或通信线路，通过电磁耦合将浪涌引入设备；而开关过电压则可能源于电力线路的操作，例如开关设备的瞬间会产生高电压尖峰。为了抵御这些浪涌，通常会使用几种不同的防护器件。 1. 瞬态抑制二极管(TVS)：TVS能在极短的时间内导通，将过电压钳位到安全水平，从而保护电路。它们适用于电源的次级保护，响应时间极快，但承受能力相对较小。 2. 压敏电阻(MOV)：MOV在电压超过其阈值时，电阻降低，能够吸收大量的能量，常用于电源的初级保护。其响应时间略长于TVS，适合对较大电流的浪涌进行防护。 3. 陶瓷气体放电管(GDT)和玻璃放电管(SPG)：这两种器件属于开关型防护元件，它们在电压超过设定值时快速导通，泄放浪涌电流，具有很高的浪涌承受能力，适用于大电流浪涌防护，通常用在电源的初级保护。 在选择防护器件时，有以下几个基本原则： 1. 最小动作电压应高于线路正常工作电压，以确保在正常工作条件下器件不会误动作。 2. 考虑器件的响应时间和承受能力，根据实际应用环境选择合适的防护等级。 3. 对于有源线路，不建议单独使用开关型过电压器件，因为它们可能在浪涌发生时切断电源，影响设备的正常运行。 设计电源浪涌防护方案时，需综合考虑设备的工作条件、浪涌类型和预期的浪涌能量，合理选用和配置上述防护器件，确保设备在各种浪涌环境下仍能稳定可靠地工作。在STC15F104这样的单片机系统中，合理的浪涌防护设计是保障系统可靠性和寿命的关键因素。