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【硬件-笔试面试题-87】硬件/电子工程师，笔试面试题（知识点：解决浪涌电压）

news 2025/9/13 11:51:51

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1、题目

解决浪涌电压

解决浪涌电压的核心是 **“抑制 + 泄放”**，需根据浪涌来源（如雷击、开关动作、电源波动）和应用场景（如电源入口、敏感芯片前端）选择适配方案，常见解决方法可分为 4 类：

适用于设备总电源输入侧，目的是将大功率浪涌快速泄放，保护后级电路：

压敏电阻（MOV）：并联在电源火线与零线 / 地线之间，浪涌电压超过其额定电压时迅速导通，将浪涌电流泄放至地；优点是响应快、成本低，缺点是单次浪涌后可能失效，需配合 fuse 防止烧毁。
气体放电管（GDT）：同样并联使用，浪涌电压击穿内部气体后形成低阻通路泄放电流，适用于高电压、大通流量浪涌（如雷击）；缺点是响应速度略慢（约 100ns），常与压敏电阻搭配使用，互补响应时间。
TVS 二极管（瞬态抑制二极管）：并联在电路中，浪涌到来时瞬间击穿，以极低的导通电压吸收浪涌能量；相比压敏电阻，其击穿电压更精准、漏电流更小，适合中低功率浪涌防护（如电源适配器入口）。
浪涌保护器（SPD）：集成 MOV、GDT、TVS 等器件的模块化产品，按 “分级防护” 设计（如一级 SPD 防雷击、二级 SPD 防电网开关浪涌），常用于工业设备、建筑配电系统。

适用于功率器件（如 H 桥 MOS 管、继电器）两端，抑制开关动作产生的电压尖峰：

RC 吸收电路：并联在开关器件（如 MOS 管漏源极、继电器线圈两端），由电阻（R）和电容（C）串联组成；电容吸收浪涌电压的能量，电阻消耗能量并抑制电容谐振，有效缓解 “开关断开时的电压尖峰”（如电机驱动电路中 MOS 管关断时的浪涌）。
续流二极管：反向并联在感性负载（如电机、继电器线圈）两端，当负载断电时，线圈产生的反向浪涌电流通过二极管形成回路，避免高电压击穿开关器件；需选择快恢复二极管（如 FR 系列），匹配负载电流。
钳位二极管：将浪涌电压钳位在安全值（如芯片电源轨的上限电压），例如在 MCU 的 IO 口或电源引脚并联 TVS 二极管，防止外部信号浪涌击穿芯片。

单点接地：浪涌泄放路径需独立且短，避免泄放电流流经敏感电路（如模拟信号地、控制地）；例如，压敏电阻、GDT 的接地端直接连接 “功率地”，并通过单独过孔到 PCB 地层，不与信号地共用走线。
功率回路布线：浪涌常伴随大电流，功率回路（如电源输入 - 浪涌防护器件 - 地）需用粗铜线（如 2mm 以上），减少寄生电感；寄生电感过大会导致浪涌电流流过时产生额外电压尖峰（U=L*di/dt），加剧浪涌危害。
隔离设计：通过光耦、磁耦或隔离电源将 “高压浪涌侧”（如电网端）与 “敏感控制侧”（如 MCU）隔离，避免浪涌通过共地或信号线窜入控制电路。

选择防护器件时，需明确关键参数：
1. 额定电压（Vr）：大于电路正常工作电压（如 220V 电网用 MOV，Vr 选 275V AC），避免正常工作时误导通。
2. 浪涌电流（Ipp）：防护器件的最大泄放电流需大于实际可能的浪涌电流（如电机驱动电路，按电机启动电流的 2-3 倍选型）。
3. 响应时间：敏感芯片（如 MCU）前端需选响应快的 TVS（ns 级），而电源入口可容忍 GDT 的 μs 级响应。

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