防雷电感感量计算

防雷電感感量計算

關鍵詞：防雷電感, 電感量, 計算

摘要：對防雷電感的電感量計算進行初步探討, 給出相關的計算公式.

1引言

圖1和圖2所示為兩級防雷電路.

图1 压敏电阻构成两级防雷图2 压敏电阻与TVS构成两级防雷

以圖1電路為例, 一般情況下後級防雷元件VZ2的動作電壓小於前級防雷元件VZ1, 設計時需要在VZ1和VZ2中間加入一定的阻抗Z, 以避免VZ2先導通, 雷擊能量全部导入VZ2, 使VZ1失去應有的防雷作用.

對於不同的應用環境, 阻抗Z可以選擇為電阻, 也可以選擇為電感. 本文介紹阻抗Z 為電感時的電感量計算方法.

2防雷電感的感量計算

2.1防雷電路及主要元器件

圖3所示为一直流电源端口的防雷電路, 电源端口的正常工作电压为30V。端口的防雷等级为5kA，残压小于54V。

图3 直流电源端口防雷电路

上图中VZ1和TVS1的型号和主要参数如下：

型號主要參數

V1mA △V1mA Vrms Vdc Imax S20K50 82V ±10% 50V 65V 6500A

表1 VZ1型号及主要参数

型號

主要參數

Vrwm

Vbr@It Vc@Ipp

Min Max It Vc Ipp

1.5KE39CA 33.3V 37.1V 41.0V 1mA 53.9V 28A

表2 TVS1型号及主要参数

2.2電感量計算

(a)压敏电阻残压

下图4为压敏电阻的V-I特性曲线。由图可知S20K50通过5kA电流时的残压为250V。考虑设计余量和压敏电阻老化导致的性能变差，选计算残压为350V。

图4 压敏电阻的V-I特性曲线（A区为漏电流，B区为残压）

(b)电感需提供的阻抗

由表2数据可知，TVS1能通过的最大电流为28A（td=1ms），此时残压为53.9V。为

保证TVS不会失效，应限制流过TVS1的电流小于等于28A。电感应提供的阻抗为：Z（L1）= （压敏残压-TVS残压）/ TVS通过的最大电流

= （350V-53.9V）/ 28A

= 10.6Ω

(c)电感量计算

电感电流为正弦波时，阻抗计算公式为：Z（L）= 2πf．L，其中f为正弦波频率。

一般情况下，电感阻抗与电感电流波形有关。由于8/20雷击电流不是标准正弦波，雷击电流流过电感时，电感的阻抗计算困难。

采用仿真软件近似对8/20雷击电流波形仿真后知，计算电感阻抗时，可以将8/20电流波形等效为50kHz（周期20us）的正弦波。

图3电路中，假设流过电感的电流为8/20雷击电流波形，则电感量计算如下：L= Z / 2πf=10.6 / (2×3.14×50kHz)=34uH

3結論

本文給出防雷設計時防雷電感量的計算方法, 對防雷設計有一定的參考價值.

由於文中給出的計算方法未能經過大量實驗去驗證, 對於計算的正確性和準確性有待在以後的實踐中進一步驗證和完善.

參考資料：

[1]EPCOS, “SIOV metal oxide varistors”, 2007.11

[2]PANJIT, “1.5KE SERIES TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR”, 2005.11

[3]MICROMETALS, “MAGNETIC POWDER CORES”, 2006