Quais diodos são comumente usados ​​para proteção contra surtos de corrente em redes de distribuição?

一, diodo TVS: núcleo de proteção de precisão com resposta em nível de milissegundos
1. Características do dispositivo e princípio de funcionamento
Os diodos TVS (supressor de tensão transitória) são projetados com base no efeito de quebra de avalanche e suas principais vantagens residem na velocidade de resposta de nanossegundos (menor ou igual a 1 × 10 ⁻¹ ² segundos) e controle preciso da tensão de fixação. Quando a tensão transitória excede sua tensão de ruptura (VBR), o dispositivo transita rapidamente de um estado de alta resistência para um estado de baixa resistência e fixa a tensão dentro de uma faixa segura (valor VC), desviando grandes correntes. O coeficiente de fixação típico (VC/VBR) é 1,2-1,4. Por exemplo, o tubo TVS da série P0640SC pode suportar correntes de pico de milhares de amperes e tensões de fixação tão baixas quanto centenas de volts, tornando-o adequado para proteção em redes de distribuição de alta tensão de 600V/800V.

2. Parâmetros-chave para seleção
Tensão de corte reversa (VRMM): Deve ser 1,1-1,2 vezes maior que a tensão normal de operação do circuito. Por exemplo, um sistema 120V requer a utilização de dispositivos com VRMM Maior ou igual a 132V.
Potência de pulso de pico (PPP): Calculada com base na energia de surto, como PPP maior ou igual a E (energia de surto)/VC sob forma de onda de 8/20 μ s.
Capacitância de junção (CJ): Dispositivos de baixa capacitância (como 0,1-10pF) devem ser selecionados para linhas de sinal de alta frequência para evitar a atenuação do sinal. Por exemplo, a interface USB 3.0 requer o uso de tubos TVS com CJ menor ou igual a 0,3pF.
3. Cenários típicos de aplicação
Entrada de energia do data center: tubos TVS da série SMBJ são usados ​​para construir proteção de três{0}}níveis. O primeiro nível usa dispositivos de alta-potência (como 1.500 W) para absorver grandes picos de energia, e o terceiro nível usa dispositivos de baixa capacitância (como 500 W) para proteger chips sensíveis.
Lado CC do inversor fotovoltaico: Tubos TVS paralelos são conectados em um sistema CC 1000V para suprimir sobretensão transitória causada por cobertura de nuvens ou comutação de matriz.
2, tubo de descarga de semicondutores (TSS): proteção de backbone para alta capacidade de corrente
1. Características do dispositivo e princípio de funcionamento
TSS (Supressores de Surto de Tiristor) adota uma estrutura PNPN de quatro camadas, que combina as características de comutação dos tiristores com a condutividade unidirecional dos diodos. Suas principais vantagens residem em sua tolerância a surtos extremamente alta (até dezenas de quiloamperes) e características de baixa tensão residual (valor típico de VC menor ou igual a 2 vezes VBR). Por exemplo, o TSS da série P0640SC pode suportar um surto de 20 kA e tensão residual abaixo de 800 V sob uma forma de onda de 8/20 μ s, tornando-o adequado para proteção de linhas backbone de redes de distribuição de alta-tensão.

2. Parâmetros-chave para seleção
Tensão de ruptura (VBO): precisa corresponder à tensão nominal do sistema, como selecionar dispositivos com VBO=12-15kV para um sistema de 10kV.
Capacidade de carga de corrente (Ipp): Com base no nível de risco de raios, dispositivos com Ipp maior ou igual a 50kA devem ser selecionados para áreas com fortes trovoadas.
Tempo de resposta: Valor típico menor ou igual a 100ns, exigindo coordenação com o tubo TVS para obter proteção graduada.
3. Cenários típicos de aplicação
Extremidade de entrada da subestação: um esquema de proteção composto de TSS e MOV em série é adotado, com TSS como o primeiro estágio para absorver altos-picos de energia e MOV como o segundo estágio para limitar a tensão residual.
Linha de coleta do parque eólico: TSS paralelo no terminal do cabo de 35kV para suprimir sobretensões causadas pela operação do cabo.
3, Varistor (MOV): Uma Proteção Universal Econômica e Eficiente
1. Características do dispositivo e princípio de funcionamento
MOV (varistor de óxido metálico) usa óxido de zinco como material principal e atinge a função de limitação de tensão por meio de características não lineares de volt-ampere. Suas principais vantagens residem no alto custo-e na alta capacidade de corrente (até várias centenas de quiloamperes por chip), mas há um efeito de envelhecimento (degradação do desempenho após uso-de longo prazo). Por exemplo, o MOV 14D471K pode suportar um surto de 40kA sob uma forma de onda de 8/20 μs e é adequado para proteção final em redes de distribuição de baixa-tensão.

2. Parâmetros-chave para seleção
Sensível à tensão (V1mA): Precisa ser superior à tensão máxima de operação contínua do circuito, como selecionar dispositivos com V1mA maior ou igual a 320V para um sistema de 220V.
Capacidade de corrente: De acordo com o nível de risco de raio, a proteção Classe C requer Iimp Maior ou igual a 65kA (forma de onda 10/350 μ s).
Corrente de fuga: Valor típico menor ou igual a 20 μ A, testes regulares são necessários para evitar envelhecimento e falhas.
3. Cenários típicos de aplicação
Caixa de distribuição residencial: adotando MOV para construir proteção de três{0}}níveis, o primeiro nível instala dispositivos de alta-energia (como 20kA) na extremidade da linha de entrada principal e o terceiro nível instala dispositivos de baixa-energia (como 2kA) no circuito de soquete.
Gabinete de controle de motor industrial: MOV paralelo na extremidade de entrada do conversor de frequência para suprimir sobretensão transitória causada pela parada de partida do motor.
4, Estratégia de construção de sistema de proteção-multinível
1. Princípio da proteção graduada
Adotando um esquema de combinação de "proteção grossa+proteção fina":

Nível 1 (proteção grosseira): instale TSS ou MOV de alta-energia na entrada do sistema para absorver grandes picos de energia (como quedas de raios).
Segundo nível (proteção de precisão): Instale tubos TVS na extremidade frontal do equipamento para limitar a tensão residual a um nível seguro (como abaixo do valor de tensão suportável do chip).
Terceiro nível (proteção local): conecte tubos TVS de baixa potência em paralelo próximos a componentes sensíveis para fornecer proteção final.
2. Pontos-chave para coordenação de parâmetros
Coordenação de energia: certifique-se de que os dispositivos frontais-absorvam energia maior ou igual a 80% da energia total do surto para evitar sobrecarga dos dispositivos-backend.
Coordenação de tensão: O valor VC de cada nível do dispositivo precisa ser reduzido gradualmente para formar "proteção gradiente". Por exemplo, o VC do primeiro nível é 1500V, o VC do segundo nível é 800V e o VC do terceiro nível é 400V.
Coordenação de tempo: Utilize a diferença no tempo de resposta do dispositivo (TSS ≈ 100ns, TVS ≈ 1ns) para obter uma resposta rápida.