重新设计过压保护，以升高可靠性和安全性

为了保证在交直流电源线上运行的设备的可靠性和安全性，电路保护是一个明确的设计要求。不幸的是，没有万能的保护方案。不同程度的雷电和开关瞬态暴露、农村和发展中地区较差的线路电压调节，以及不同电网之间的不一致，使得不可能有一个共同的解决方案。而且，更高密度、更高性能的设计增加了解决所有电路保护设备需求的挑战。虽然UL 1449浪涌保护装置(spd)标准概述了认证要求，但这也没有为单一电路保护解决方案提供基础。

本文评估了标准金属氧化物压敏电阻(MOV)器件的性能，并记录了各种过电压条件下的失效模式。它提出了需要克服MOV退化和故障问题的电路保护技术的类型。

现有的过电压保护装置

电源，电力系统，线路电压，电信系统和白色商品的设计人员长期使用MOV，以防止超电压瞬态的应用，如闪电，电源触点和电源感应。作为提供双向保护的径向引线压敏电阻器件，由于其高电流处理，高电流吸收和快速反应时间，MOV很受欢迎。

使用MOVs的一个缺点是，随着时间的推移，它们可能会退化并失败。随着MOV的老化，它所能承受的最大连续工作电压将下降。长期暴露在过电压浪涌或高温下的MOV可能会进入故障模式，开始时泄漏电流过大，从而导致功耗，最终会由于瓦特损耗加热而导致应用程序损坏。

这就是为什么UL要求测试，以保护设计免受这些有害的故障模式。工程师们已经了解到，某些应用需要的电压瞬变比MOV单独提供更多的保护。

权宜之计

设计人员通常使用诸如TMOV（TMOV是Littelfuse Inc.的注册商标）的热保护MOV。这种类型的MOV具有热熔熔丝，当它达到升高时，可以将MOV与电源断开，但是安全的温度。

然而，它们不能防止在断路状态下驱动功耗的漏电流;它的功能只是停止一个非常危险的故障模式。大多数热保护MOV熔断器在UL 1449限制电流异常过电压测试中只能测试到10a。他们可能没有能力打开一个实际的交流线路能够提供超过100 A。

需要考虑的一个重要功能是，当热保护MOV从电源线断开时，它不再保护设备。虽然有些设备有指示引线，可以用来检测线路断开，但增加的电路增加了保护方案的成本，但实际上并没有增加设备的整体保护。

为了降低“热敏事件”的机会，一些设计人员选择选择具有远高于应用于正常工作电压的电压的MOV。这种方法确实降低了应力并减慢了MOV的老化过程，但其较高的电压额定值也意味着MOV的钳位电压也将要高得多。这可能强制设计人员在下游选择更高电压（更昂贵的）产品，因为它们必须额定额定在较高电压期间通过激增事件来恢复。

实现增强的保护

由于标准单独移动，TMOV和更高电压额定的MOV具有它们对许多应用的限制，因此需要不同的电路保护方法。一个可行的溶液将MOV和气体放电管（GDT）与混合体组成。提供节省空间的电路保护装置，这两种技术可以在熟悉的MOV径向封装中包装，从而提供替换选项(图1)．

1. Bourns结合了节省空间的GDT，它利用了该公司的平技术，带来了一个动作，创造了一个紧凑，增强的过压保护器，这是标准14和20毫米MOV的替代品。

将MOV和GDT组合在一起，可以降低MOV寿命内的泄漏，从而实现可预测的故障模式，消除有害的瓦特损失加热。采用这种方法，在正常工作条件下，线路电压出现在极低漏电流GDT上。这实际上断开了MOV与交流线路的连接，并保护它不受小瞬变的影响，因为小瞬变不会对受保护的设备构成威胁，否则只会使MOV老化。

在浪涌事件期间，GDT迅速(在不到一微秒内)接通并连接到跨越线路的MOV，将浪涌电压箝位到可接受的水平。一旦浪涌事件通过，线电压通过MOV下降，关闭GDT。一旦GDT关闭，它就会像以前一样断开MOV与线路的连接。GDT和MOV共同工作的共生功能提供了更长的应用寿命和更高级别的可靠性。查看GMOV组件的保护特性是如何定义的图2．

2.GMOV组件的保护特性由前级保护(V_FP.)和箝位电压等级(V_c), V_FP.根据IEC 61051-1测量为10％的峰值电流。注意V._FP.是一个非常短的事件，持续低于0.3μs，表示GDT打开所需的时间。V._c是GMOV部件的钳位电压电平，这是GMOV钳位电压的总数和GDT的导通电压。V._c在GMOV成分转变为完整的州后发生。

GDT与MOV的结合不会影响信号或系统操作。GDT的低电容保证了混合过电压保护器不会干扰交流或直流电源线上的高速数据运行。此外，由于MOV和GDT组合设备没有热保险丝，因此不再需要包括指示电路及其附加成本。

1449 UL认证

UL 1449丢失中性测试证明了采用混合方法的价值——在设计中添加适当选择的GDT可以在丢失中性测试中提高性能。例如，选择UL 1449列出的过电压保护器为产品开发的设计和认证阶段节省了时间和成本，消除了在寻找正确的分立部件组合时的猜测。因为柏恩斯GMOV设备作为5型SPD列为UL，它是一个MOV，它提供了一种需要最少的需求的替代方案。

漏电流降低的优点

随着时间的推移和从多次浪涌接触线路不规则，可以降低电路保护效果。某些应用不能容忍与某些保护方案相关的漏电流。使用新的混合动力MOV和GDT过压保护解决方案，如Bourns Gmov器件提供较低的漏电流和降低的电容，可以解决这些问题。

能源星应用还受益于漏电流降低，特别是在电压应力条件下。由组合的MOV和GDT装置提供的降低的漏电流和恒定电容水平优势使得电力线通信能够以更高的数据速率可靠地运行。

保护下一代设计

由于电力系统越来越多地暴露于各种瞬态事件，离散的MOV技术变得更容易受到过早的影响，因此对设备可靠性产生负面影响。现在可以克服这些问题的新过压保护。配对MOV和GDT利用防护技术的最佳属性，提供零备用能耗，并且瓦特损耗加热没有降低。这种解决方案延长了MOV的寿命，同时使系统更可靠并且在过程中更安全。

Kurt Wattelet是美国电力公司的过电压组件和防雷器产品线经理Bourns Inc.