引言

隨著科技的發展和電子產品的普及，現在越來越多的電子產品進入了我們的生活。可大家在使用這些產品時，肯定遇到了這樣的一些尷尬事情：產品一上電，忽然一聲砰響，然后是一股臭味，然后就是產品失效了。又或者是：產品本來運行得好好的，忽然在某一個雷電之后，產品就一命嗚呼了。

當我們遇到這些情況時，也許會感覺到莫名其妙？其實不然，只能說這些產品設計不過關。那什么樣的產品才算是合格的呢？

產品分析

圖1是某一產品的簡單示意圖。

圖1 產品電路的簡單示意圖

當上電后，電源給負載供電；當出現異常時，保險管能夠起到保護作用。

表面看起來，該電路設計沒有問題，可一旦遇到有較大的浪涌電壓(如暴雨天，強雷電)產生時，該電路就暴露出了缺點，會不斷地燒保險管，嚴重時可能導致負載也燒毀。同時，若負載是一個大的電解電容時，開機的瞬間大電流也會導致電路發生故障。

那么，應該如何解決上面的問題呢？

浪涌

浪涌也叫突波，是超出正常工作電壓的瞬間過電壓。一般具有如下特性：

圖2 開路電源1.2/50us波形

圖3 短路電流8/20us波形

開路電壓1.2/50ms(見圖2)以及短路電流8/20ms(見圖3)。

通過上述波形不難看出，浪涌具有產生時間短(ms級)、能量大、破壞力強的特點。

在我們普通的家用產品上，浪涌電壓的要求一般是差模1kV、共模2kV的標準。

設計浪涌抑制電路

為避免產品免受浪涌的襲擊，我們需要在產品上設計浪涌印制電路。最好、也是最直接的辦法，就是希望出現浪涌電壓時，能夠通過某個渠道將其泄放掉，不影響到負載的運行。我們選擇壓敏電阻可以達到這一目的。

圖4 增加壓敏電阻后的產品電路的簡單示意圖

壓敏電阻是在一定電流電壓范圍內電阻值隨電壓而變的電阻，或者是電阻值對電壓敏感的電阻器，簡寫為VAR。壓敏電阻器的電阻體材料是半導體，所以它是半導體電阻器的一個品種。壓敏電阻的最大特點是當加在它上面的電壓低于它的閥值UN時，流過它的電流極小，相當于一個關死的閥門；當電壓超過UN時，流過它的電流激增，相當于閥門打開。利用這一功能，可以抑制電路中經常出現的異常電壓，保護電路免受過電壓的損害。

設計上一般按照如下原則選取壓敏電阻：

Vun=(2-3)Vin；

比如，對于220V的交流電，一般選擇470V、560V或620V閥值電壓的壓敏電阻，可根據保護電路的安全性來具體選擇。

對于接有地線及需要保護更高級的電路，可以采用如圖5所示設計電路：當然若想提到更高電壓的抑制電路，可在地線之間的壓敏電阻間串聯一個放電管。

圖5 更多重保護的產品電路的簡單示意圖

啟動沖擊

在越來越多的產品要求寬電壓、低功耗的時候，開關電源由于其特有的高效率、低功耗的優勢，在產品中得到越來越多的應用。可若采用開關電源就勢必會使用到電解電容器，而由于電解電容器的充電特性，電壓不能發生突變，因此啟動瞬間的啟動電流非常大，若不采取一定措施（如圖6），會導致產品在啟動時啟動電流過大，嚴重時會損壞產品。

圖6 未采取保護電路的開關電源電路示意圖

設計預防啟動沖擊

為了消除電解電容給我們帶來的大的沖擊電流，工程上通常在電路中串接一個限流電阻。這個電阻在啟動時能有效地抑制啟動電流，但當產品正常工作后，電阻一直處在工作狀態，會消耗一部分能量。考慮到開關電源在低功耗方面的要求，我們可將固定電阻改用NTC（負溫度系數熱敏電阻）電阻替換。

NTC的特性是電阻值隨溫度的升高而變小。其串聯接入電路中（如圖7）后，在電源接通時，其本身的電阻會很好地限制電流的瞬間增大，隨著其消耗功率，自身發熱后電阻減小，直到正常工作時，其達到一個熱平衡狀態。當產品正常工作時，NTC的阻值一般很小，這樣便達到了降低功耗的效果。

圖7 增加NTC保護后開關電源示意圖

使用NTC作為啟動電流抑制器件時，需要注意在產品斷電后，兩次啟動的時間間隔應保證NTC能正常冷卻，否則再次啟動的時候，由于阻值未恢復，其抑制啟動電流的能力會降低。

NTC阻值的選取與需要抑制的啟動電流的大小有關，一般我們不選取5歐或10歐左右的NTC電阻。

在部分較為嚴苛的工業應用場合，對產品的可靠性和長時間運行的要求比較高，在這種情況下要求產品能長時間穩定運行。此時對于NTC，可以采用繼電器旁路的設計方法，在產品啟動后，用繼電器將熱敏電阻短路。這種設計方法能更好地提高NTC的使用壽命，同時可以給NTC充足的冷卻時間，保證其在下次啟動時抑制啟動電流的能力不會降低。

結語

經過以上一系列的改進，我們得到了圖7所示的電路，該電路基本具備了抗浪涌以及抗啟動沖擊的功能。