หลักการของการป้องกันไฟกระชากของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) หรือที่เรียกว่าอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก เป็นอุปกรณ์ป้องกันแบบไม่เชิงเส้นที่ใช้ในระบบที่มีกระแสไฟฟ้าเพื่อจำกัดแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวและนำกระแสไฟกระชากออก ใช้เพื่อป้องกันระบบไฟฟ้าหรืออิเล็กทรอนิกส์ที่มีระดับแรงดันไฟฟ้าต่ำทนต่อฟ้าผ่า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า หรือความเสียหายจากแรงดันไฟฟ้าเกินในการทำงาน ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ระบบข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ (เช่น โทรทัศน์ โทรศัพท์ การสื่อสาร เครือข่ายคอมพิวเตอร์ ฯลฯ) มีการพัฒนาอย่างรวดเร็ว และอุปกรณ์ข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากก็ได้เกิดขึ้นและแพร่หลาย ระบบและอุปกรณ์ประเภทนี้มักจะมีราคาแพงและมีความสำคัญ โดยมีแรงดันไฟฟ้าในการทำงานต่ำและทนทานต่อระดับแรงดันไฟฟ้า ทำให้อุปกรณ์เหล่านี้ไวต่อพัลส์แม่เหล็กไฟฟ้าจากฟ้าผ่าอย่างมาก ดังนั้นควรใช้ SPD สำหรับการป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน
หลักการทำงานของ SPD
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากเหมาะสำหรับการป้องกันแหล่งจ่ายไฟแรงดันต่ำ 220/380V และเป็นส่วนประกอบที่ไม่เป็นเชิงเส้น ตามมาตรฐาน IEC อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากเป็นอุปกรณ์ที่ใช้เป็นหลักในการป้องกันแรงดันไฟเกินและกระแสไฟเกินของสายส่ง ข้อกำหนดพื้นฐานสำหรับเครื่องป้องกันไฟกระชากเพื่อมีบทบาทในการป้องกันคือการทนต่อกระแสฟ้าผ่าที่คาดหวัง และดับความถี่กำลังไฟฟ้าต่อเนื่องที่เกิดขึ้นหลังจากกระแสฟ้าผ่าไหลผ่านแรงดันไฟฟ้าหนีบสูงสุดของไฟกระชากได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยจำกัดแรงดันไฟฟ้าเกินทันทีที่เข้าสู่สายไฟหรือสายส่งสัญญาณให้อยู่ในช่วงแรงดันไฟฟ้าที่อุปกรณ์หรือระบบสามารถทนได้ หรือปล่อยกระแสฟ้าผ่าแรงลงสู่พื้นเพื่อปกป้องอุปกรณ์หรือระบบที่ได้รับการป้องกันจากความเสียหายที่เกิดจากการกระแทก
ประเภทและโครงสร้างของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแตกต่างกันไปตามการใช้งานที่แตกต่างกัน แต่มีองค์ประกอบจำกัดแรงดันไฟฟ้าแบบไม่เชิงเส้นอย่างน้อยหนึ่งองค์ประกอบ อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ MOV (MetalOxideVaristor) และท่อระบายก๊าซ ไฟกระชากมีพลังงานอันทรงพลังและไม่สามารถหยุดได้ ด้วยเหตุนี้ กลยุทธ์ในการปกป้องอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีความละเอียดอ่อนจากความเสียหายจากไฟกระชากคือการเปลี่ยนทิศทางไฟกระชากออกจากอุปกรณ์แล้วไหลลงดิน
MOV อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากประกอบด้วยสามส่วน: วัสดุโลหะออกไซด์ที่อยู่ตรงกลาง เชื่อมต่อกันด้วยเซมิคอนดักเตอร์สองตัวเข้ากับแหล่งจ่ายไฟและสายกราวด์ เมื่อไฟกระชากเกิดขึ้น MOV จะดำเนินการทันทีด้วยเวลาตอบสนอง 1-3 นาโนวินาที ตัว "V" ใน MOV คือลิโน่ ในขณะที่ตอบสนอง ความต้านทานของ MOV จะลดลงจากค่าสูงสุดจนเกือบเป็นศูนย์โอห์ม และกระแสเกินจะไหลลงสู่พื้นผ่าน MOV อุปกรณ์ไฟฟ้าที่ได้รับการป้องกันยังคงทำงานต่อไปที่แรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานปกติ ส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์มีคุณสมบัติในการเปลี่ยนแปลงความต้านทานเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้า เมื่อแรงดันไฟฟ้าลดลงต่ำกว่าค่าที่กำหนด การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในเซมิคอนดักเตอร์จะสร้างความต้านทานสูง ในทางตรงกันข้าม เมื่อแรงดันไฟฟ้าเกินค่าเฉพาะนี้ การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจะเปลี่ยนไป และความต้านทานของเซมิคอนดักเตอร์จะลดลงจนเกือบเป็นศูนย์โอห์ม แรงดันไฟฟ้าเป็นปกติ และตัวป้องกันไฟกระชาก MOV ไม่ได้ใช้งานที่ด้านข้าง โดยไม่ส่งผลกระทบต่อสายไฟ
ตัวบ่งชี้ข้อดีและข้อเสียของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (MOV):
(1) แรงดันไฟฟ้าในการหนีบ: หมายถึงค่าแรงดันไฟฟ้าที่จะทำให้ MOV เชื่อมต่อกับสายกราวด์ ยิ่งแรงดันแคลมป์ต่ำ ประสิทธิภาพการป้องกันก็จะยิ่งดีขึ้น
(2) ความสามารถในการดูดซับ/กระจายพลังงาน: ค่าที่ระบุนี้แสดงถึงปริมาณพลังงานที่อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากสามารถดูดซับได้ก่อนที่จะถูกเผาไหม้ มีหน่วยเป็นจูล ยิ่งค่าสูง ประสิทธิภาพการป้องกันก็จะยิ่งดีขึ้น
(3) เวลาตอบสนอง: อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากไม่ได้ตัดการเชื่อมต่อทันที และจะมีความล่าช้าเล็กน้อยในการตอบสนองต่อไฟกระชาก
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากทั่วไปอีกชนิดหนึ่งคือท่อระบายแก๊ส ท่อระบายก๊าซเหล่านี้มีฟังก์ชันเหมือนกับ MOV โดยจะย้ายกระแสส่วนเกินจากสายไฟที่มีไฟฟ้าไปยังสายกราวด์ และบรรลุฟังก์ชันนี้โดยใช้ก๊าซเฉื่อยเป็นตัวนำระหว่างสายไฟทั้งสอง เมื่อแรงดันไฟฟ้าอยู่ในช่วงที่กำหนด องค์ประกอบของก๊าซจะกำหนดว่าเป็นตัวนำที่ไม่ดี หากแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นและเกินช่วงนี้ ความแรงของกระแสไฟฟ้าจะเพียงพอที่จะทำให้ก๊าซแตกตัวเป็นไอออน ทำให้ท่อระบายก๊าซเป็นตัวนำที่ดีมาก โดยจะนำกระแสไปที่สายกราวด์จนกระทั่งแรงดันไฟฟ้ากลับคืนสู่ระดับปกติแล้วกลายเป็นตัวนำที่ชำรุด
