瞬态抑制器件可以显著减少由于过电压尖峰和浪涌而释放的能量。
本文引用地址：
我们倾向于认为用于为电路供电的交流或直流电源都是干净且调节良好的电源。然而，交流感性负载的开关或直流继电器触点和直流电机的开关都会导致电源质量难以维持，因此需要瞬态抑制器件。
当某种形式的感性或无功负载（如电机、螺线管线圈或继电器线圈）突然关闭时，会产生感性开关瞬态。其磁场的迅速崩溃会感应出一个瞬态电压，该电压会叠加到稳态电源上。这些感性开关电压瞬态可以达到数千伏。
瞬态是由于先前存储的能量（无论是感性还是容性）突然释放而在电路中产生的非常陡峭的电压阶跃，导致高电压瞬态或浪涌的产生。由于某些开关动作，能量突然释放回电路，产生一个陡峭的能量脉冲形式的瞬态电压尖峰，理论上可以是任何无限值。
这种高dv/dt瞬态开关尖峰可以存在非常短的时间（毫秒或微秒），或者它们可以在短时间内偶尔发生，例如每天随机两到三次。
我们还必须认识到，电压瞬态并不总是从零伏或一个周期的开始，而是可以叠加到另一个电压水平上。无论哪种方式，瞬态都是有害的，因为它们可能损坏电子设备，因此需要被抑制和控制。
瞬态抑制器件可以采取多种形式，从电弧触点到滤波器，再到固态半导体器件。分立半导体瞬态抑制器件，如金属氧化物压敏电阻（MOV），是目前最常见的，因为它们具有各种能量吸收和电压额定值，可以严格控制不需要且可能具有破坏性的瞬态或过电压尖峰。
瞬态抑制器件可以与负载串联使用，以衰减或减少瞬态的能量值，防止其通过电路传播，或者它们可以与负载并联使用，将瞬态转移，通常是接地，从而限制或钳位剩余电压。
电压瞬态的衰减通常通过使用与负载电路串联的低通滤波器来实现。当电压瞬态发生时，它通常是一个快速移动的高频尖峰，因此滤波器会衰减或阻止这种高频瞬态，同时仍然允许低频功率或信号分量继续不受干扰。瞬态衰减器的一个很好的例子是带有滤波器的电源延长线。
转移瞬态通常通过使用电压钳位型器件或通常称为撬棒型器件来实现。这些并联连接的器件表现出非线性阻抗特性，因为通过它们的电流与它们端子上的电压不成线性关系，如欧姆定律所述。
电压钳位器件，如MOV，具有可变阻抗，取决于通过器件的电流或端子上的电压。在正常稳态工作条件下，器件提供高阻抗，因此对连接的电路没有影响。
然而，当电压瞬态发生时，器件的阻抗会发生变化，随着电压的上升，通过器件的电流增加。结果是瞬态电压的明显钳位。钳位器件的伏安特性通常是时间依赖的，因为电流的大幅增加导致器件耗散大量能量。
撬棒器件是另一种瞬态抑制器件，由于开关型开启动作，它将过电压尖峰从电路中转移出去。撬棒器件的操作类似于齐纳二极管，在正常稳态条件下，它们对电路没有影响。当检测到瞬态时，它们迅速“开启”，提供非常低的阻抗路径，将瞬态从并联连接的负载转移出去。
然后，分立瞬态抑制器件可以根据其连接类型和操作分为三个基本类别。
串联（阻塞）连接的低通滤波器。
并联（分流）连接的电压钳位器和电压削波器。
并联（分流）连接的撬棒器件。
这可以表示为：
瞬态抑制器件
瞬态抑制器件串联瞬态抑制滤波器
交流电源线上的瞬态可以从几伏到超过正常电源电压的几千伏不等。用于衰减或阻止这些瞬态的抑制器件使用滤波器电路，通过在连接的负载中插入100Hz滤波器，有效地消除这些电源产生的瞬态。
快速开关电压瞬态的频率分量可能远高于交流电源的缓慢移动基频。因此，衰减和控制这些不需要的瞬态的一个明显选择是在电源和负载之间使用低通滤波器部分。
低通滤波器，如LC滤波器，可以用于衰减任何高频瞬态，并允许低频功率或信号不受干扰地通过。瞬态抑制滤波器的最简单形式是直接跨接在电源线上的电阻-电容RC滤波器，以衰减任何高频瞬态。
用于交流电源应用的滤波器通常由电感和电容组成，形成多级LC滤波器，其衰减程度取决于滤波器中的LC级数。一个典型的串联连接的交流电源瞬态抑制滤波器如下所示。
典型的瞬态抑制滤波器
瞬态抑制滤波器这个基本的两级低通交流滤波器在整个频率范围内提供高插入损耗，通过阻止任何高频瞬态和噪声到达连接的负载设备，提供有效的瞬态电压保护。此外，除了减少电压尖峰和瞬态外，这些电源滤波器还可以帮助消除电源发出的任何射频干扰或辐射。
电压钳位瞬态抑制器
电压钳位器用于限制电路上的瞬态幅度。当超过预设的阈值电压时，电压钳位器件开始导通，然后当过电压下降到其阈值水平以下时，返回到非导通模式。因此，过电压尖峰被钳位器件削波到安全水平。
电压钳位器件通常跨接在电源上并与负载并联，以保护其免受任何不需要的高dv/dt电压瞬态的影响。电压钳位器可以像跨接在直流电源上的齐纳二极管一样简单，但对于双向交流电源，我们需要使用金属氧化物压敏电阻（MOV）、抑制二极管或电压依赖电阻（VDR）进行过电压保护。
请注意，电压钳位器件会转移浪涌电流，它们不会像滤波器那样吸收它们，因此必须小心确保用于转移瞬态的路径不会产生或创建自己的电路问题。
齐纳二极管瞬态抑制器
齐纳二极管用于直流电源（单向）的保护，因为它们在正向偏置方向上表现得像普通二极管，但在反向偏置方向上会击穿并导通。因此，齐纳二极管的反向击穿电压VZ可以用作参考或钳位电压水平。
在反向方向上且低于其齐纳击穿电压VZ时，齐纳二极管对电源表现出高阻抗，并且导通的漏电流非常小。然而，当齐纳二极管上的电压大于其齐纳电压时，它开始击穿，随着电压的增加，其导通逐渐增加，对过电压瞬态表现出非常低的阻抗路径。
齐纳瞬态抑制
齐纳二极管瞬态抑制当跨接在电源或受保护的组件上时，齐纳二极管实际上是“不可见的”，直到瞬态电压出现，因为在其反向击穿电压以下它具有高阻抗，而在其反向击穿电压以上具有低阻抗。
当齐纳二极管处于击穿操作模式时，即在抑制瞬态时，二极管会立即钳位过电压，将尖峰限制在安全水平，然后在瞬态电压低于齐纳电压VZ时恢复正常。因此，钳位电压VC等于齐纳二极管的反向击穿电压。由于这些钳位特性，齐纳二极管用于抑制瞬态，因为它将潜在的有害电流钳位远离受保护的负载。
齐纳二极管的浪涌电流和功率能力与其结面积大致成正比。大多数齐纳二极管设计用于低功率和低电压水平。设计用于在更高电压水平下运行并吸收更高浪涌电流而不会损坏的齐纳二极管称为雪崩二极管。
我们之前说过，由于其正向偏置二极管特性，单个齐纳二极管只能用于稳态直流电源的瞬态抑制。但通过将两个齐纳二极管“背对背”连接，我们可以在双向交流电源上使用它们的钳位特性。
齐纳瞬态抑制
背对背齐纳二极管瞬态抑制通过将两个齐纳二极管背对背连接，我们现在可以用一个齐纳二极管保护正半周期免受过电压瞬态的影响，用另一个齐纳二极管保护负半周期。
如果两个齐纳二极管的反向击穿电压相同，则无论极性的瞬态电压都将被钳位在相同的齐纳电压水平，因为一个齐纳二极管将有效地处于其反向偏置模式，而另一个将处于其正向偏置模式。
虽然两个背对背的齐纳二极管可以用于交流电源的瞬态抑制，但瞬态电压抑制器（TVS）器件具有内置的反向结，使其成为交流电源应用的理想选择。双向雪崩二极管有多种电压和功率水平可供选择。
MOV瞬态抑制器
虽然齐纳二极管和快速恢复雪崩二极管动作迅速且能有效钳位过电压，但最常见的过电压抑制钳位技术是使用金属氧化物压敏电阻（MOV）。除了其高电压额定值外，金属氧化物压敏电阻能够处理更大的浪涌电流，尽管速度较慢，并且可以用于直流和交流电源线，以保护免受电压极端情况（如过电压瞬态）的影响。
MOV是一种半导体电压依赖型可变电阻，它与负载或要保护的组件并联（分流）。MOV在低电压下具有高电阻，在高电压下具有低电阻，其非线性电压-电流特性使其在防止电源线浪涌和过电压瞬态方面非常有用。
MOV的行为类似于背对背的齐纳二极管，因为它们可以用于双向电压钳位，随着电压的增加，瞬态的导通增加。这些小型盘状金属氧化物压敏电阻在两个方向上提供高击穿电压，并且可以吸收更多的能量，通常以焦耳而不是瓦特为单位进行额定。
MOV瞬态抑制
MOV瞬态抑制作为电压钳位器件，金属氧化物压敏电阻在其端子上的电压低于其预定击穿值时提供非常高的电阻，更像是一个电压依赖电阻（VDR）。当暴露于任一极性的高瞬态电压时，器件的电气特性发生变化，其电阻变得非常小，将电压钳位到安全水平。
因此，金属氧化物压敏电阻用作瞬态抑制器件的主要目的是将其上的电压钳位到安全水平，因为在大多数应用中，器件与要保护的电路或器件并联。
撬棒瞬态抑制器
另一种并联（分流）连接的瞬态抑制器件称为撬棒保护。电子撬棒器件在超过预设阈值电压时通过触发到导通状态而导通，导致电压降仅为几伏，因此得名撬棒。
撬棒器件和电路在达到触发电压时有效地创建短路，通常出现在设计用于产生固定输出电压的稳压电源中，例如恒定的12伏或5伏，但也可以用于保护电路或负载免受瞬态过电压的影响。
基于半导体的有源撬棒电路与负载并联（分流），能够衰减非常大的浪涌电流。晶闸管通常用于撬棒电路，因为它们具有低“导通状态”电压，并且可以将电压水平保持在远低于损坏水平。一旦触发，它们可以将大量瞬态能量通过自身转移到地，因为它们充当非常低阻抗类型的开关。
这里的缺点是，如果没有提供额外的换向电路来在“开启”后关闭撬棒钳位，这种短路可能会导致电路保险丝或断路器操作，特别是在直流系统中，因为电源被撬棒器件短路，输出电压将因此为零。考虑下面的简单撬棒钳位电路。
基本撬棒钳位电路
撬棒钳位电路这里，晶闸管或SCR跨接在电源和负载上，由电阻R1和R2设置的分压电路将晶闸管的栅极偏置在足够低的水平，以便在正常操作期间不会触发“开启”。然后SCR被切断并不导通。
然而，当过电压瞬态发生并上升到预定水平以上时，电阻R2上的电压降也增加，并足以触发SCR的栅极导通，从而钳位瞬态电压，保护负载。这里的问题是，虽然负载受到过电压的保护，但它不保护电源，从而烧断电源的保险丝。然后，通过短路电源来保护负载免受瞬态的影响可能比触发它的事件更大。
除了使用晶闸管外，对于交流电源的过电压保护，三端双向可控硅（triac）可以用作撬棒器件，并以类似的方式触发导通。使用晶闸管或三端双向可控硅进行交流电源的撬棒保护的优点是，它们会在每个半周期自动关闭。
因此，如果持续几分之一毫秒的短时瞬态触发撬棒器件，分流动作只会将连接的交流电源线短路至少一个半周期，这可能太快，保险丝来不及熔断。
齐纳撬棒瞬态抑制器
我们可以通过使用齐纳二极管检测过电压条件来改进上述基本撬棒电路的瞬态感应和性能。这里，电阻分压电路已被齐纳二极管取代，如下所示。
齐纳撬棒钳位电路
齐纳撬棒钳位电路直流电源电压VS由齐纳二极管监控，齐纳二极管充当瞬态检测组件，其齐纳电压VZ额定值决定了SCR开启的电压水平。当直流电源电压低于齐纳二极管的反向偏置额定值时，齐纳二极管不导通，因此没有电压或电流施加到SCR的栅极，因此保持“关闭”，不导通。
如果电源电压增加到齐纳电压额定值以上，如在过电压瞬态的情况下，齐纳二极管开始导通，允许栅极电流流入SCR，将其“开启”并短路负载电源电压并烧断保险丝。然后，负载受到高于齐纳电压VZ的瞬态电压的保护，因为齐纳二极管仅携带SCR开启的栅极电流，而SCR本身将携带大部分分流电流。
虽然这个齐纳撬棒电路是对基本分压网络的改进，但它存在软开启动作的问题，因为齐纳击穿电压的膝部是弯曲的而不是急剧上升。可以通过在检测和触发电路中添加一些电压增益来进一步修改和改进基本撬棒电路，例如单个放大器电路或运算放大器电路。
为此，设计了具有内置过电压触发器的晶闸管，以撬棒单向或双向瞬态和电压浪涌。例如，RCA SK9345系列IC撬棒设计用于保护15伏电源，SK9346保护112伏电源，SK9347保护115伏电源。
所有这些都使用带有内置齐纳二极管、晶体管和SCR的集成电路。MC3423过电压撬棒感应电路是一个设计用于与外部撬棒SCR一起使用的单一IC。
瞬态抑制器件总结
随着我们在日常生活中使用更多的电子设备，我们越来越依赖过电压保护器件来保护我们的设备免受电压尖峰和浪涌的影响。瞬态过电压通常由感性或容性开关电路引起，这些电路会释放突然的高电压尖峰。
这些电压尖峰和浪涌可以在短时间内由高能量组成，或者在短时间内间歇性地组成，并叠加在稳态值（如交流电源波形）之上。
过电压保护电路可以采取多种形式，从串联连接的滤波器（设计用于通过电源线频率电压和电流，同时拒绝不需要的高频谐波和噪声）到并联连接的钳位和撬棒电路（将过电压耗散到地）。
最简单的交流电源线滤波器是跨接在电压源上的电容器。电容器的阻抗变化导致高频瞬态的衰减。在大多数应用中，瞬态抑制器件与受保护的负载并联，或与某些要保护的组件并联。
电压抑制电路的主要目的是将电压钳位到安全水平。最常见的电压钳位器件形式是金属氧化物压敏电阻（MOV）和齐纳二极管。MOV最适合用于双向交流电源的保护，而齐纳二极管最适合用于较小的低能量直流电源。
使用SCR或三端双向可控硅作为“撬棒”的固态撬棒电路迅速短路电源上的电压瞬态，烧断保险丝以进行过电压保护。混合瞬态/浪涌保护器将撬棒与钳位结合，或将钳位/撬棒与滤波器结合在一个模块中，有许多不同的组合是可能的。
