在我們所有應用領域中使用電子設備有助于提高人們對電能質量的認識。電子設備的廣泛使用引發(fā)了能源效率問題，尤其是涉及整個電網的干擾問題，對設備和儀器設備產生了負面影響。新型工業(yè)4.0中涌現的智能技術需要不間斷且無故障的供電。電能質量的擾動通常定義為電壓，電流或頻率的變化。這些干擾會干擾系統的正常運行，從而改變生產水平和整個活動。

交流電源線上的干擾可能會導致許多設備發(fā)生故障，包括數據傳輸錯誤或破壞整個網絡的電源或工業(yè)系統。暫態(tài)、峰值、異常都是電線的典型干擾。在設計適用于工業(yè)應用的保護系統時，一定要考慮所有的重要因素。各種電壓和電流值的保護解決方案在各種應用市場中代表著巨大的需求。

交流電源線故障

IEEE標準定義的電源干擾可以用瞬態(tài)，峰值或過壓，失真和頻率變化來表示。瞬態(tài)電壓是由于電源、雷電、感應負載切換，靜電放電等的變化而可能發(fā)生的暫時性電壓波動。這些瞬態(tài)的影響范圍可能十分輕微但也可能是災難性的。

瞬態(tài)是功率干擾中最具破壞性的類型，分為兩個子類別：脈沖性和振蕩性。脈沖瞬變是高峰值事件，主要由于大氣中發(fā)生的放電而在正或負方向上增加電壓和（或）電流水平。涉及脈沖瞬變的兩種最可行的保護方法涉及消除潛在的靜電放電和使用瞬態(tài)電壓抑制裝置。另一方面，振蕩瞬態(tài)是電壓、電流或兩者的狀態(tài)條件的突然變化，該變化以系統的固有頻率振蕩。

峰值或過電壓是指交流電壓的升高，持續(xù)時間可能為0.5個周期至1分鐘。峰值的常見起因是高阻抗中性線連接，突然的（高）負載降低以及三相系統上的單相故障。過電壓代表導致電壓尖峰的長期問題的影響。過電壓可被視為延長的峰值。

變形以各種形式出現。諧波之一是基波正弦波在由基波倍數構成的頻率上的變化。例如，三次諧波的頻率為150Hz；這是50Hz時基本頻率的三倍。第五諧波的頻率為250Hz。該標準要求總諧波失真THD（總諧波失真）不超過8％，并考慮到最高40次諧波的水平。間諧波是一種波形失真，通常是由電氣設備（例如靜態(tài)變頻器，感應電動機和用于形成電弧的設備）引入電源電壓中的信號引起的。

頻率變化在電力系統網絡中很少發(fā)生。在備用或電源基礎設施不佳的情況下，在配備有專用發(fā)電機的站點中，頻率變化更為常見，尤其是在發(fā)電機負載較高的情況下。50Hz的歐洲頻率必須在供應年的95％內保持在1％的公差內，而在任何時候，都不得超過4％的增加或6％的減少。作為平均值，該標準假設在10s的間隔內測得。

解決方案

過壓保護組件可分為兩種基本類型：撬棒型設備和鉗位組件，例如TVS，MOV二極管。夾式元件具有更快的響應時間，但其電流處理能力受到限制，因為必須通過元件夾持來消散瞬態(tài)能量。撬棒型組件可以承受很強的過電流，因為在其狀態(tài)下，組件兩端的電壓非常低。實際上，它們充當某種短路，影響電流路徑，從而將其從組件的主要部分移開。

圖1：TO-218中的Pxxx0MEL系列。Pxxx0MEL為50/60HzAC單周期正弦波浪涌事件提供5000A8/20IPP（峰值脈沖電流額定值）和最小400AITSM。

LittelfuseSIDACtorreg晶閘管是Crowbar型的，并且經過優(yōu)化，可以保護處于強烈過壓瞬變中的環(huán)境中的設備。5kA和3kAPxxx0FNLPxxx0MEL系列具有幾個優(yōu)點。例如，鉗位優(yōu)于傳統的無源MOV技術以保護AC線路可提供針對過電壓的高電位保護。此外，降低的有效電壓可確保長期事件期間的低熱量積聚。這些撬棒半導體器件可以承受更多的過電壓情況，滿足最小的降級要求（圖1和圖2）。LittelfusePxxx0FNL和Pxxx0MEL系列還可以與MOV串聯，來激發(fā)由于較高鉗位電壓而損壞的電路提供低鉗位保護（圖3）。該電路布局為交流線路提供了過電流和過電壓保護。

圖2：具有串聯過電流保護的P3800MEL撬棍解決方案。在經典的工作條件下，保護組件對電線是透明的。當感應電壓峰值高于P3800MEL的Vdrm時，就會過渡到低電阻狀態(tài)。保險絲可保護SIDACtorreg。該配置為設計人員提供了一個用于SIDACtorreg的增強型過電流保護的選項。

圖3：SIDACtorreg與LittelfuseMOVV20E130P（AC130V）串聯連接，其前裝有保險絲。

MOV的晶體結構由無規(guī)取向的金屬氧化物顆粒制成，這些顆粒表現出P-N結半導體的特性。在低電壓下工作的電路中，壓敏電阻中只有少量電流流動，這是由于通過結的反向色散引起的。當施加涉及整個系統保護條件的瞬態(tài)高壓，或者超過壓敏電阻的擊穿電壓時，結點會發(fā)生雪崩擊穿，并且壓敏電阻成為導體。壓敏電阻不能提供防止連續(xù)電壓升高的保護，即使電壓幅度明顯低于其設計的瞬態(tài)電壓也是如此。此外，壓敏電阻的確會出現磨損現象，在多次電涌作用下，壓敏電阻開始老化。

TVS二極管的進步使該技術成為金屬氧化物（MOV）壓敏電阻的有效替代品，可保護AC和DC電源免受過壓和間接雷擊的影響。與交流和直流電源線應用中的MOV相比，這些設備不僅具有更高的可靠性和更長的使用壽命，而且還具有抗重復性過電壓的優(yōu)點，而且由于電纜的電感較低，因此使用表面貼裝封裝可提供更好的過電壓響應。為了保護CAN-BUS線路免受ESD，EFT和其他電壓瞬變造成的損害，Littelfuse創(chuàng)建了一系列TVS二極管陣列，用于符合AEC-Q101標準的工業(yè)自動化控制，可以安全地承受3A的峰值。低容量（典型值11.5pF）可保持信號完整性并最大程度地減少數據丟失。有時ESD事件可能會輕微損壞設備，使其短時間運行。這被稱為潛在缺陷，它很難被檢測到并縮短了設備的壽命。許多電子設備容易受到低壓ESD事件的影響。由于越來越快和更小尺寸的趨勢，電子領域的ESD問題正日益增多?，F代世界越來越多地由小型微處理器處理，這些微處理器對最小的電力波動也很敏感。這些微處理器出色地控制了快速的自動化機器人組裝過程和無法承受停機時間的包裝線系統。取決于應用市場的針對不同電壓/電流水平的保護解決方案，對于設備的正確運行至關重要，因為它們能夠限制或消除由電能質量擾動引起的問題。