测量、控制和实验室用电气设备用作瞬态过电压限制装置的电路或元器件检测

引言

在现代电子电路和设备中，过电压现象是一个常见但又极具破坏性的电气问题。瞬态过电压指超出正常电压水平的短暂尖峰，通常由雷击、开关操作和其他电源干扰引起。为了确保测量、控制和实验室用电气设备的安全与可靠性，设计和实施有效的过电压保护措施是至关重要的。

瞬态过电压的来源与影响

瞬态过电压的来源可以分为内部和外部两种。在内部来源中，设备的开关动作、电机启动或停止、弧光放电等，会产生高幅值的瞬态过电压。而外部来源通常是由于雷击或电网故障造成。这些瞬态过电压如果不加以限制和消除，可能导致设备部件的损坏、数据丢失、系统故障甚至引发火灾等严重事故。

瞬态过电压对设备的影响主要表现为：损坏电子元器件，尤其是对半导体元件的击穿、绝缘材料的老化或击穿、设备工作状态的紊乱，以及缩短设备的使用寿命。为了保障设备的正常运行和延长其使用寿命，必须采取有效的瞬态过电压保护措施。

瞬态过电压限制装置和元器件的选择

为了限制瞬态过电压对系统的影响，可以采用多种电路或器件。常见的保护装置包括压敏电阻、电容器、瞬态抑制二极管和气体放电管等。

压敏电阻（Varistor）：压敏电阻是最常用的过电压保护元件之一，具有非线性电压-电流特性。当电路中出现过电压时，压敏电阻的阻抗迅速降低，将瞬态电流分流至地，从而保护设备不受过电压影响。

瞬态抑制二极管（TVS Diode）：瞬态抑制二极管是一种专门用于保护敏感电子设备免受过电压损害的半导体器件。其响应速度快，具有良好的稳定性和可靠性，适合用于需要快速响应的保护场合。

气体放电管（Gas Discharge Tube）：适用于电压范围较大的保护场合。气体放电管在达到击穿电压时，内部气体被电离，然后件立刻导通，形成一个低阻抗的通路，将瞬态过电压转移到地。

瞬态过电压限制电路设计

为有效抑制瞬态过电压，电路设计者需考虑设备类型、运行环境及所需保护的电压等级等因素。在设计过程中特别应考虑的是允许的漏电流、响应时间以及元件的能量消耗。

一个典型的过电压保护电路可以采用多级保护机制来增强防护效果。在输入端通常采用气体放电管进行初级保护，以吸收大部分的瞬态能量。接着，通过压敏电阻进行二级保护，进一步降低过电压幅值。最后在关键敏感元件入口处，使用瞬态抑制二极管进行快速响应的末级保护。

瞬态过电压保护电路的检测与测试

在设备设计完成后，对保护电路进行严格的检测与测试是确保系统可靠性的关键。通常的检测手段包括标准测试脉冲实验、过流测试以及温升测试等。

标准测试脉冲实验主要是利用标准化的瞬态电压脉冲（如IEC 61000-4-5中的雷电冲击波形）来验证保护电路的响应效果和极限性能。通过合理的测试，可以确保所设计的电路能够在真实应用中有效防护过电压。

过流测试则是模拟瞬态过电压产生的浪涌大电流，检查电路是否能够承受并将其有效分流。测试中还需注意连续应用多次脉冲，以识别因热积累可能出现的故障。

温升测试则确保过电压保护装置在正常运行条件及过载条件下不会因温度过高而失效。这有助于发现设计中的潜在问题并在生产前予以改进。

瞬态过电压对测量、控制和实验室用电气设备的正当运行构成严重威胁。因此，为了保障系统的安全运行，应及早识别和预防过电压问题。通过合理选择和部署电压限制元件，如压敏电阻、瞬态抑制二极管、气体放电管等，以及通过多级保护设计，能够有效减少瞬态过电压对设备的危害。此外，通过科学的检测与测试手段，确保瞬态过电压保护电路的性能和可靠性，对于减少设备损坏、提高系统稳定性和延长设备寿命至关重要。