SPD电路中扼流圈抑制浪涌电流的研究

林翰英　梁桂莲　李柯

摘 要：随着经济社会的快速发展，各种精密的电子仪器广泛应用，但当前防瞬间浪涌电流的措施缺乏，对于可靠提高各种精密的电子仪器中的SPD防瞬间浪涌电流的能力，确保社会上各行各业的电子电气线路、电子仪器设备在瞬间浪涌电流状态发生时正常运行，显得尤为重要，本文作了一些分析研究。

关键词：SPD电路;扼流圈;抑制;浪涌电流;研究

中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）06-0076-02

0概述

目前，随着经济社会的快速发展，各种精密的电子仪器广泛应用，但当前防瞬间浪涌电流的措施缺乏，对于可靠提高各种精密的电子仪器中的SPD防瞬间浪涌电流的能力，确保社会上各行各业的电子电气线路、电子仪器设备在瞬间浪涌电流状态发生时正常运行，研究各种电子电气线路、电子仪器设备中的SPD电路防瞬间浪涌电流的能力非常有必要。

1 SPD的简介

SPD又叫浪涌保护器，是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置。当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。

浪涌保护器，适用于交流50/60Hz，额定电压220V/380V的供电系统中，对间接瞬间浪涌电流和直接瞬间浪涌电流影响或其他瞬时过压的电涌进行保护，适用于家庭住宅、第三产业以及工业领域电涌保护的要求，如图1所示。

浪涌保护器（Surge protection Device）是电子设备瞬间电流防护中不可缺少的一种装置，过去常称为“过电压保护器”英文简写为SPD。浪涌保护器的作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或将强大的瞬间电流泄流入地，保护被保护的设备或系统不受沖击而损坏。浪涌保护器的类型和结构按不同的用途有所不同，但它至少应包含一个非线性电压限制元件。用于浪涌保护器的基本元器件有：放电间隙、充气放电管、压敏电阻、抑制二极管等。

当前的SPD电路主要是采用SPD模块作为主要元器件组合成的电路，大多容易受瞬间浪涌电流冲击而烧毁，现时SPD电路大多采用两种模式接在电子电气设备前端，分别是SPD电路串联接法与SPD电路并联接法，但这两种接法防瞬间浪涌电流的效果还不太理想，并且容易造成瞬间浪涌电流冲击而烧毁SPD电路及后端电子仪器设备。

2扼流圈的结构及性能特点

扼流圈又可叫铁心电感器，在电子设备中应用极为广泛，品种也很繁多。通常，铁心电感器可分为电源滤波扼流圈、交流扼流圈（包括电感线圈）和饱和扼流圈三种，而以前两种用量最多。它是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件，它由两个尺寸相同，匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上，形成一个四端器件，要对于高频浪涌电流呈现出大电感具有较强的抑制作用，而对于低频浪涌电流呈现出很小的漏电感几乎不起作用，正因为具有这种特性，所以能较好地保护后端的电子电气设备。

2.1电源滤波扼流圈

电源滤波扼流圈用于平滑整流后的直流成分，减小其波纹电压，以满足电子设备对直流电源的要求。电源滤波扼流圈的主要技术指标为：电感量、直流电压降。电感量由所要求的波纹系数，在进行整流器和滤波器计算时确定;电源滤波扼流圈的电感量随着直流磁化电流的增加而降低，这是由于随着直流磁化电流的增大，铁心越来越达到饱和状态。在扼流圈铁心磁路中引入非磁性间隙可以减小电感随直流磁化电流增大而产生的下降量，对应于给定的直流磁化电流，具有一个最佳的非磁性间隙，相应于这个最佳间隙，电源滤波扼流圈可获得最大的电感值。

2.2交流扼流圈

交流扼流圈用于交流回路中，作为平衡、镇流、限流和滤波等感性元件来使用。交流扼流圈工作于交流状态，无直流磁化，类似于单线圈变压器。其电磁过程与变压器的区别是：在变压器铁心中的磁感应强度的确定取决于外施电压，与实际的负载电流无关;对大多数交流扼流圈来说，铁心中磁感应强度的确定取决于负载电流，而与电路的外施电压无关。交流扼流圈的电感量随交流磁场的变化而变化，而且是非线性的，只有在铁心未达到饱和时，变化才近似线性，这时，电感随交流磁场的增大而增大。在交流扼流圈铁心中插入非磁性间隙将减小其电感量，但电感随磁场的变化量也同时减小，因此变化非磁性间隙的大小可调节电感值。当铁心中非磁性间隙增大至一定值时，在磁场变化时，电感将基本保持不变，这时的交流扼流圈将具有线性的伏安特性。大多数交流扼流圈都具有接近于线性的伏安特性。交流扼流圈的主要技术指标是，在某一交流电流（固定的或有一定变化范围的）作用下的电感值。对某些工作于高频的交流扼流圈，品质因数Q也是一个重要的技术指标。

2.3电感线圈

电感线圈多数用于高频电路中，如滤波器用电感线圈，振荡回路电感线圈，陷波器线圈，高频扼流圈，匹配线圈，噪声滤波线圈等。多数电感线圈工作于交流状态，因此，它 属于交流扼流圈范畴，是交流扼流圈的一个分支。电感线圈的铁心以铁氧体磁芯使用最多，也有采用钼坡莫粉末磁芯，铁粉芯，铝硅铁粉芯，非晶或超微晶粉末磁芯及精密软磁合金等。电感线圈的主要技术指标为电感量和品质因数。在某些场合，对电感的温度稳定性也有一定的要求。

2.4饱和扼流圈

饱和扼流圈用于稳定和调压线路中，通过调节电路中的感抗来达到稳定或调节电压的目的。饱和扼流圈至少有两个绕组，一个绕组（工作绕组）接入调节交流电路，另一个绕 组（控制绕组）接入直流电路。和电源滤波扼流圈及交流扼流圈不同，饱和扼流圈铁心应是无气隙的。饱和扼流圈铁心中存在着交直流两种磁化状态，而且交流成分很大，由于铁心磁化曲线的非线性，工作绕组中电流波形是失真的，这在接近铁心饱和时特别明显。饱和扼流圈的主要技术指标是： 电感量调节范围或输出电压调节范围，负载功率的最大值与最小值，控制电流（功率）的最大值与最小值，功率因数最小值等。

扼流线圈在制作时应满足以下要求：

（1）绕制在线圈磁芯上的导线要相互绝缘，以保证在瞬时过电压作用下线圈的匝间不发生击穿短路。

（2）当线圈流过瞬时大电流时，磁芯不要出现饱和。

（3）线圈中的磁芯应与线圈绝缘，以防止在瞬时过電压作用下两者之间发生击穿。

（4）线圈应尽可能绕制单层，这样做可减小线圈的寄生电容，增强线圈对瞬时过电压的而授能力。

3 SPD电路与扼流圈元器件组成复合电路

为可靠地提高各种精密的电子电气设备中电源的抗浪涌电流能力，确保社会上各行各业的电子电气线路、电子仪器设备在雷击发生时正常运行，我们可以在SPD电路中采用扼流圈隔离法，在电源线和信号传输线上（SPD电路的前端）增设扼流圈元器件[1]，可以对瞬间浪涌电流起到很有效的抑制作用，见图2。

当频率变化较大的瞬间浪涌电流通过扼流圈时，由于瞬间浪涌电流激发的感抗比正常信号高很多倍，使得激励的磁感应强度远远大于磁芯允许通过的最大磁感应强度Bm，因而扼流圈磁芯饱和，扼流圈的磁-电变换暂时失效，瞬间浪涌电流不能通过到令一侧，从而保护了电子仪器设备。所以，凡是装了扼流圈的电子仪器设备比未装扼流圈器件的电子仪器设备被瞬间浪涌电流损毁的概率小得多。

4 需要注意的技术难点

（1）增设了扼流圈的SPD电路不能对电路中的后端设备造成干扰。

（2）选配的扼流圈当线圈流过瞬时大电流时，磁芯不要出现饱和。

（3）选配的扼流圈线圈中的磁芯应与线圈绝缘，以防止在瞬时过电压作用下两者之间发生击穿。

（4）选购的扼流圈线圈应尽可能是单层绕制，这样做可减小线圈的寄生电容，增强线圈对瞬时过电压的承受能力。

（5）选购的扼流圈线圈中绕制在线圈磁芯上的导线要相互绝缘，以保证在瞬时过电压作用下线圈的匝间不发生击穿短路。

5 结语

扼流圈元器件在电子电气线路、电子仪器设备前端SPD电路中的应用，加强了目前防瞬间浪涌电流技术的薄弱手段，在电子电气线路、电子仪器设备中的SPD电路增设应用扼流圈这种元器件，能安全可靠并大大地提高各种电子电气线路、电子仪器设备的防瞬间浪涌电流能力，确保社会上各行各业的电子电气线路、电子仪器设备在瞬间浪涌电流发生时正常运行[2]。

参考文献

[1] 上海铁道学院《电工原理》编写组.电工原理[M].北京：人民铁道出版社，1979.

[2] 罗守信.电工学[M].北京：高等教育出版社，1993.