【电路设计】尖峰电压与浪涌电流

一、尖峰电压 Spike Voltage

电压尖峰的特点是持续数十微妙及高达几百伏的电压，由雷击或负载阶跃的感应耦合产生，属于浪涌电压里的一种。电机、电容器和功率转换设备（如变速驱动器）是产生尖峰电压的主要因素。

通俗的说，就是在系统电压不稳，或者突然来电的时候，由于电子原件的电感、电容等原件的作用，会导致在系统中产生比正常工作的电压高许多甚至几倍十几倍的瞬间高电压，这个高电压的最高值就尖峰电压。

电压尖峰是电感续流引起的：
引起电压尖峰的电感可能是：变压器漏感、线路分布电感、器件等效模型中的感性成分等；
引起电压尖峰的电流可能是：拓扑电流、二极管反向恢复电流、不恰当的谐振电流等。

减小电压尖峰

减少电压尖峰的主要措施有：
（1）减少可能引起电压尖峰的电感，比如漏感、布线电感等；
（2）减少可能引起电压尖峰的电流，比如二极管反向恢复电流等；
（3）将上述电感能量转移到别处。

采取上述措施后电压尖峰仍然不能接受，才考虑吸收电路。吸收是不得已的技术措施。

尖峰吸收缓冲电路

简单的缓冲电路是对冲击尖峰电流而言，电流尖峰的成因如下：
（1）二极管（包括体二极管）反向恢复电流；
（2）电容的充放电电流。这些电容可能是：电路分布电容、变压器绕组等效分布电容、设计不恰当的吸收电容、设计不恰当的谐振电容、器件的等效模型中的电容成分等。

缓冲的基本方法：在冲击电流尖峰的路径上串入某种类型的电感，常见于BUCK电路中。

注：由于缓冲电感的串入会显著增加吸收的工作量，因此缓冲电路一般需要与吸收电路配合使用；缓冲电路延缓了导通电流冲击，可实现某种程度的软开通（ZIS）。

尖峰电压吸收电路主要有三种设计方案：
（1）利用齐纳二极管和超快恢复二极管（SRD）组成齐纳钳位电路；
（2）利用阻容元件和超快恢复二极管组成的R、C、SRD软钳位电路；
（3）由阻容元件构成RC缓冲吸收电路。

在开关电源电路中，通常经过稳压器7805后，在大的电解电容旁边加一个小的瓷片电容，小的电容滤除高的 dV/dt 尖峰电压。

二、浪涌电流 Surge Current

电路在遭雷击和在接通、断开电感负载或大型负载时常常会产生很高的操作过电压，这种瞬时过电压（或过电流）称为浪涌电压（或浪涌电流），是一种瞬变干扰。上文提到过，尖峰电压也是浪涌电压的一种。

在通常意义上，浪涌电流指电源接通瞬间，流入电源设备的峰值电流。由于输入滤波电容迅速充电，所以该峰值电流远远大于稳态输入电流。

浪涌导致的危害主要包括：
（1） 存储器内数据丢失
（2） I/O接口电路复位，导致控制过程中断
（3） 线路板上的器件损坏
（4） 预置的校准值漂移
（5） 程序跑飞、系统死锁
（6） 变频器、直流电机驱动器等的输入整流模块故障
（7） 控制器发出错误指令，导致系统误动作

浪涌保护器

浪涌保护器（Surge Protection Device, SPD）是用来限制瞬态过电压及泄放相应瞬态过电流，保护电子电气设备安全的装置，又可称为电涌保护器（或防雷器、防雷保安器、避雷器等）。它至少应含有一个非线性元件。浪涌保护器实际上也是一种等电位连接器。

线性浪涌抑制器 IC

LT4363 高压浪涌抑制器：

在正常操作情况下，一个外部 N 沟道 MOSFET 被驱动至全通，并充当一个具非常小电压降的传输器件。如果输出电压上升至高于由 FB 引脚上的电阻分压器设定的稳压值，MOSFET 就调节 OUT 引脚上的电压，从而使负载电路能够在瞬态事件发生期间继续运行。

SNS 和 OUT 引脚之间的可选电阻器用来控制过流事件，电流限制环路控制 MOSFET 上的栅极电压，以将电阻器两端的检测电压限制到 50mV。

无论过压还是过流事件都会启动一个电流源给连至 TMR 引脚的电容器充电。充电电流与输入至输出电压差有关，以使定时器周期随着日益严重的故障而缩短，从而确保 MOSFET 保持在其安全工作区之内。

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参考链接

1. 尖峰电压
2. 百度百科-浪涌电压
3. 保护电压浪涌、尖峰和纹波的措施
4. 开关电源的吸收缓冲电路