對于許多電子應用來說，通常被稱為功率浪涌、電壓浪涌或電流尖峰的瞬態電壓和瞬態電流，是相對頻繁發生的。這種瞬態浪涌可能由各種人為或自然因素而引起。

其中的人為因素包括電磁脈沖、高功率發射機、雷達、雷達干擾機、電子對抗(ECM)、出現破壞性故障的變壓器、開關切換、電弧電子設備(電焊機)、工業電感負載和設計不當的電子設備所引起。而可能導致瞬態浪涌的自然電磁干擾(EMI)因素則包括照明、太陽耀斑、日冕物質拋射(極光)以及其他太陽/宇宙天氣條件。

無論是人為還是自然引起，瞬態浪涌都可能導致保護不充分的電子設備的電壓和電流條件遭到徹底破壞、損壞或降低。過壓和過流是可能導致電子設備故障的一種機制，但如果有足夠持續的高瞬態電壓/電流，也可能導致設備過熱和降額。通常對位于國防/航空航天、工業、汽車和屋頂/高塔頂部等環境中的敏感射頻電子設備尤其如此，而在這些環境中，電子系統可能更容易受到危險的EMI輻射。

通信、雷達和其他傳感設備中，由于在靠近天線附近的射頻電路的下游或射頻前端(FE)中，通常都有敏感的模擬和數字電路，因此，至關重要的是，如何保護射頻電子設備、并防止瞬態浪涌級聯到電子設備/電氣系統中而損壞其他敏感設備。

射頻浪涌保護
有多種方法和技術用來保護射頻電路。這些方法可能與用于保護直流或交流電子設備的方法有所不同，因為任何射頻電子浪涌保護技術，都需要同時允許高頻信號通過。常見的射頻電子浪涌防護技術包括：采用金屬氧化物變阻器(MOV)、硅雪崩抑制二極管(SASD)、濾波器解決方案以及各種氣體放電管。

金屬氧化物壓敏電阻(MOV)
MOV是一種基于半導體的、與電壓相關的可變電阻器，通常與負載或需要保護的部件相并聯或旁路。電壓比較低時，MOV表現出高電阻。而在高電壓時，MOV呈現出非線性電壓/電流特性，導致其表面電阻要低得多。

圖1：上圖所示為MOV的內部結構。資料來源：JAK Electronics

將MOV與負載并聯的結果是，出現峰值高電壓時，在數微秒時間內，MOV將躍遷到負載周圍的低阻抗路徑，甚至可能是直接接地。MOV是雙向的，可以感知到高能量。MOV是有用的保護電路，盡管其動作可能比其他解決方案慢一些，但由于在兩個方向上都可以箝位，故這在各種EMI或瞬態浪涌出現時，將是非常有用的。

硅雪崩抑制二極管(SASD)
SASD是真正的固態半導體浪涌抑制器件。這些器件旨在利用雪崩擊穿現象。該雪崩擊穿現象會導致導通電流的突然或快速增加。如果SASD被旁路放置在待保護負載或設備/部件的一旁時，瞬態過壓將觸發雪崩擊穿，并導致旁路接地。與MOV相比，SASD具有極快的響應時間，這使得它們在網絡設備中的高速數字、射頻和DC電路中的應用都非常普遍。

與MOV器件一樣，SASD通常不易受到熱失控的影響；并且通常可以永久工作，除非超過其臨界電壓/電流閾值(該閾值通常比同類的MOV器件要低一些)。因此，為了實現兩種器件類型各自的優點，通常可以將這兩種器件一起混用，即將MOV和SASD器件串聯起來使用。MOV和SASD器件可用的射頻頻率高達數千兆赫，通常<3GHz。

氣體放電管保護器/避雷器
氣體放電管通常由腔室中的惰性氣體構成。捕獲到浪涌時，該氣體腔在侵入的瞬態浪涌和接地線之間實現電連接。當氣體放電管的兩端明顯存在足夠高的電壓時，其中的惰性氣體會發生電離，并構成一個與下游電路旁路的高導電通道，而非接地。

圖2：氣體放電管是一種動作非常快的開關，其導電特性變化非常快，因此當發生擊穿時，會從開路狀態迅速轉變為準短路。資料來源：Citel

浪涌過后，分散在氣體放電管中的正負離子重新結合，再次變得不導電。因此，氣體放電管是一種多用途、有效的瞬態浪涌抑制技術，尤其適用于雷擊事件。氣體放電管通常也與MOV和SASD裝置一起，被用于混合瞬態浪涌保護/抑制。氣體放電管可以工作的射頻頻率也能高達幾千兆赫。

濾波器型保護器
與本文前面討論的其他瞬態浪涌保護/抑制技術不同，濾波器型瞬態浪涌抑制器，不是將多余的瞬態能量分流到地，而是吸收阻性濾波器元件內的能量、或者是從濾波器輸入端口反射過來的能量。這樣，這些浪涌抑制器與射頻信號路徑共線，而不是旁路倒地。

實際上，基于濾波器的瞬態浪涌抑制器其本質就是帶通濾波器，該濾波器只允許特定頻率范圍的信號以極低的插入損耗通過，但卻對限定頻率范圍之外的信號呈現非常高的衰減。

(參考原文：Four key surge protection methods for RF designs）

本文轉載自：電子工程專輯

審核編輯 黃宇