要顺利通过CS106试验，需要采取什么措施？

交流供电的设备，一般情况下不会出现敏感的问题，这得益于整流电路后面的纹波滤波电容，这个电容平滑了脉冲电压，因此只有在工作电压为较低的直流电压时，才需要特别考虑防护措施。

前面的文章中，我们分析了滤波电容对于CS106脉冲电压的作用，得出的结论是：只要滤波电容的容量足够大，就可以平滑掉干扰脉冲。因此，一个简单的措施就是在直流电源的输入端并联一个容量足够大的电容，将脉冲电压的幅度平滑到可以接受的程度。但是使用较大的电容，在电路加电的瞬间会造成较大的瞬间冲击电流，也会导致加电过程延长。如果对于较大的电容所导致的这些副作用不能接收，可以考虑用浪涌保护器件吸收一部分能量，这样可以使用较小的电容来达到预期的效果。

浪涌保护器件一般是并联在电源线输入端的一个器件，在没有较高的脉冲电压时，它的电阻很高，不影响电路的正常工作，当出现幅度较高的脉冲电压时，它的电阻迅速降低，将脉冲的能量旁路掉。浪涌保护器件主要有三种：气体放电管、压敏电阻、TVS二极管。这三种器件各有各的特点，适用于不同的场合，有兴趣的读者可以查阅相关的资料。

对于CS106试验，使用TVS二极管可以构成理想的保护电路。

图1 TVS二极管的参数

图1是TVS二极管上的电压和电流的关系图（U-I图），这个图给出了TVS二极管上电压与电流的关系，各个参数的意义，大家可以查阅关于TVS二极管的说明，这里不赘述。

请大家注意两个现象：

1、当电压在VBR-VF之间时，电流与电压的关系不大，相当于一个开路的器件，我们称TVS工作在截止区；

2、当电压超出这个范围时，电流骤然变大，而与电压几乎无关，这相当于一个短路的器件，我们称TVS工作在导通区。

利用TVS二极管的这个特性，就可以构成一个CS106脉冲电压的保护电路，如图2所示：

图2 针对CS106干扰电压采取的措施

我们假设图2所示的电路工作电压为12V，保护电路的工作原理大致如下。我们选取的TVS二极管的VBR = 15，这意味着在没有施加脉冲电压时，TVS二极管工作在截止区，电阻很高，不会影响电路的正常工作。当施加正极性的CS106脉冲电压时，电压超过15V，TVS二极管导通，对脉冲电压的能量起到旁路作用。TVS导通时，它上面的电压并不会为0，而是残留一些电压，这称为残留电压VC。这时，CS106脉冲电压不再是400V，而是VC，要消除这个较低的脉冲电压，仅需要一个容量较小的电容即可，电路中的电容C就起到这个作用。

对于负极性的脉冲电压，TVS二极管相当于正向偏压，当正向偏压大于VF时，TVS导通，残留的电压为VF。这时，负极性的脉冲电压似乎不会导致过大的电压，但是相当于电源的输出被短路，电容C上的电能会被释放掉，导致电路瞬间失去电压。为了解决这个问题，我们安装了二极管D，防止电容向电源侧放电。

图2是一个CS106保护电路的原理图。图中器件的选择方法如下：

1、第一，选择TVS二极管时，请参照图1中所示的典型参数，我们主要关心两个参数：一个是TVS的持续工作电压，也就是图1中的VRWM这个参数。这个参数的含义是，电路的工作电压不能高于这个数值。通常按照电路工作电压的120%左右选择，例如对于12V供电的电路，可以选VRWM = 15的品种。一般持续工作电压确定以后，残留电压也就确定了，也就是图2中的VC这个参数，VC通常是VRWM的1.6-1.8倍，考虑冗余量，我们认为是1.8倍，因此VC = 27V。

2、第二个需要考虑的参数是TVS二极管能够承受的功率，这个功率要保证TVS二极管在进行CS106试验时不会损坏。二极管承受的功率有时用峰值电流表示。实际上，在选择TVS二极管时，首先应该确定峰值功率，因为很多厂家的TVS二极管产品是按照峰值功率来划分系列的，如果不知道峰值功率，就不知道在那个产品系列中选择产品。例如，图3是一个厂家提供的TVS二极管的参数表，表中的第一栏是TVS二极管的系列，这是按照最大承受功率划分的，3KP代表能够承受的峰值功率为3kW（第四栏所示），5KP代表能够承受的峰值功率为5kW（第四栏所示）。显然，在选择TVS二极管时，首先要确定峰值功率，然后才能够在相应的系列中进行型号的确定。下面介绍怎样确定TVS二极管的峰值功率要求。

峰值功率等于残留电压与峰值电流的乘积。首先，我们需要确定流过TVS的峰值电流。CS106试验电压是400V，脉冲发生器的内阻是2W，如果忽略TVS上的电压降，峰值电流是200A。

前面我们已经确定了残留电压的数值为27V，因此按照峰值功率的定义，峰值功率为（200A ´ 27V = 540W）。所以，在选择TVS二极管时，只要峰值功率大于1kW就可以了。也就是，可以在1kW这个系列中选择合适的器件类型。

需要注意的是，TVS管的峰值功率PPP数值通常是在1000ms脉宽情况下定义的，CS106脉冲的宽度仅5ms，因此实际允许的峰值功率大于TVS厂家给出的数值，可以认为实际允许的峰值功率为实际的5倍。因此，如上计算的500W峰值功率，可以选择峰值功率为100W的TVS器件。当然，选择峰值功率较大的TVS固然安全，但是往往体积较大。实际上，由于CS106试验的能量较小，一般的TVS二极管都可以满足要求。

图3 TVS二极管的参数表举例

另外一个关键的器件是电容C。我们主要关心电容C的两个参数：

1、一个是耐压

首先，电容的耐压要能够承受残留脉冲电压。所谓残留脉冲电压，就是TVS二极管对脉冲进行钳位后，残留下来的部分，对于上面的例子，钳位电压为27V，因此可以选择额定电压为50V的品种。

2、其次是电容的容量

电容的作用有两个：

1、是对正极性的脉冲电压进行平滑，保证不会导致电路故障；

2、是在负极性脉冲的状态下，储存支撑电路工作的能量。也就是在负极性脉冲期间，电源瞬间掉电，这时电容所存储的能量要满足电路工作的需要。

因此电容的容量与电路的功率有关，电路的功率越大，电容的容量要求越大。另外，实际对电容量的要求，还与电路允许的最大电压跌落有关。具体的容量可以通过实验来确定。

二极管D的选型非常简单。二极管的作用在施加负极性脉冲时，阻断电容向电源侧放电的路径。由于TVS二极管将负极性脉冲钳位在接近零伏，因此二极管的耐压不用特别考虑。我们仅需要考虑二极管的正向最大电流即可，这个电流就是电路的最大工作电流，实际上，一般的整流二极管都没有问题。