1． 什么是浪涌？
浪涌，又称突波，顾名思义，是超过正常工作电压的瞬时过电压。本质上，浪涌是一种剧烈的脉冲，发生在几百万分之一秒内。浪涌可能是由重型设备、短路、电源开关或大型发动机引起的。含有浪涌阻挡装置的产品能有效吸收突然的巨大能量，保护连接设备免受损坏。
2. 浪涌的特点
浪涌产生的时间很短，大约在微秒级。当浪涌出现时，电压电流的振幅值是正常值的两倍以上。由于输入滤波器电容器充电快，峰值电流远大于稳态输入电流。电源应受到限制AC开关、整流桥、保险丝、EMI滤波器能承受的浪涌水平。反复开关环路，AC输入电压不得损坏电源或导致保险丝断裂。 
这种现象通常只持续几纳秒到几毫秒
电压和电流值超过正常值的两倍。
3． 浪涌的表现
浪涌在配电系统中很常见，也就是说，浪涌无处不在。配电系统浪涌的主要表现如下：
电压波动 机械设备在正常工作时会自动停止或启动 有空调、压缩机、电梯、泵或电机 计算机控制系统经常无理由复位 电机经常被更换或重围 由于故障、复位或电压问题，电气设备缩短了使用寿命
浪涌对敏感电子电气设备的影响如下：
破坏 ? 电压击穿半导体器件 ? 破坏元器件金属表层 ? 破坏印刷电路板印刷线路或接触点 ? 破坏三端双可控硅元件/晶闸管……
干扰 ? 锁定晶闸管或三端双向可控硅元件失控 ? 部分数据文件损坏 ? 错误的数据处理程序 ? 接收和传输数据的错误和失败 ? 故障原因不明……
过早老化 ? 零部件提前老化、电器寿命大大缩短 ? 输出音质下降，画面质量下降
4.浪涌的来源
以配电系统为参考，浪涌可分为系统外和系统内。据统计，系统外的浪涌主要来自雷电等系统的冲击，约占 20%；系统内的浪涌主要来自系统内部用电负荷的冲击，约占 80%。 ?外部-主要是雷击
?内部– 电气设备开关等
雷电：
?1.直接击雷，在避雷针、避雷带、建筑物或炼油塔的某部位。
?2.雷电电磁辐射；强大的雷击点磁场辐射到周围。
即使雷击没有直接击中建筑物，也会损坏建筑物内的微电子设备，因为只要雷击中心点发生在距离建筑物半径2的地方Km在这个范围内，在这个范围内的空间中会产生强大的电磁场。所有通过电磁场的供电线路、网络和信号线路都会因电磁感应而在线路上产生浪涌电压，沿线路进入建筑物内的设备输入端口，从而电子设备。
?3.电源和信号线上的雷电流分流；
?4、雷电感应：在引下线泄漏过程中，雷电流在周围形成强大的交变磁场，在磁场中的金属导体上产生感应电压。
?5.雷击部位形成的局部高电位。
?6.雷电部入侵。
当直接雷击中电力线路或引下线疏导雷电流时，电力线路上会产生雷击过电压，电力线缆周围会产生强大的电磁脉冲。电磁脉冲范围内的各种电力、信号和控制线都会感应到过电压，这部分过电压会沿各种线路传输到后端设备，造成设备误动或损坏。
电网内部浪涌：
（1）电力大负荷的投入和切除；
空调、压缩机、泵或电机
(2)投资和切除感性负荷；
(3)功率因素补偿电容器的投入和切除
(4)短路故障
(5)机械触点
机械开关包括电磁继电器的开关触点和按钮开关 关闭、按钮、带开关电位器等
?5、 浪涌的分类
保护雷击浪涌
1.电子设备雷击浪涌抗扰试验标准
电子设备雷击浪涌抗扰试验的国家标准是GB/T17626.5.相当于国际标准IEC61000-4-5 ）。
标准主要是模拟间接雷击的各种情况：
(1)雷电击中外线，大量电流流入外线或接地电阻，导致干扰电压。
(2)间接雷击(如云层间或云层内的雷击)在外线上感应电压和电流。
(3)雷电击中线路附近的物体，周围建立的强大电磁场在外线上感应电压。
(4)当地电流通过公共接地系统共接地系统引入地电流的干扰。
除模拟雷击外，标准还模拟变电站等场合因开关动作引入的干扰(开关开关时电压瞬变)，如:
(1)主电源系统开关时产生的干扰(如电容器组开关)。
(2)在设备附近跳动一些小开关时，同一电网的干扰。
(3)用谐振线切换晶闸管设备。
(4)设备接地网络或接地系统之间的短路和飞弧故障等各种系统性故障。
标准描述了两种不同的波形发生器：
一种是电源线上雷击感应产生的波形；
另一种是在通信线路上感应产生的波形。
这两条线都属于空架线，但线路阻抗不同：电源线上感应产生的浪涌波形较窄（50uS），前沿要陡(1.2uS）；在通信线感应产生的浪涌波形较宽，但前沿较慢。后来，我们主要分析了电路上雷击感应产生的波形，并简要介绍了通信线路的防雷技术。
2.模拟雷击浪涌脉冲生成电路的工作原理
上图显示了传输线路中感应到的浪涌电压，或雷电着陆后通过公共电阻产生的反击高压。kV单脉冲能量为100焦耳。
图中Cs储能电容(约10)uF，相当于雷云电容)；
Us高压电源；
Rc充电电阻；
Rs脉冲连续时间形成电阻(放电曲线形成电阻)；
Rm匹配匹配电阻Ls为电流上升形成电感。
雷击浪涌抗扰试验对不同产品有不同的参数要求，上图中的参数可根据产品标准要求稍有变化。
基本参数要求：
(1)开路输出电压:0.5～6kV，输出分为5级，最后一级由用户与制造商协商确定；
(2)短路输出电流:0.25～2kA，不同等级的试验；
（3）内阻：2 附加电阻为10、12、40、42欧姆的欧姆，用于其他不同等级的试验；
(4)浪涌输出极性:正/负；当浪涌输出与电源同步时，移相0~360度；
（5）重复频率：至少每分钟一次。
雷击浪涌抗扰试验的严酷等级分为5级：
一级：环境保护较好；
二级：有一定保护的环境；
三级：普通电磁骚扰环境，对工业工作场所等设备没有特殊安装要求；
4级：民用空架线、未受保护的高压变电站等受严重骚扰的环境。
X级：由用户与制造商协商确定。
图中18uF根据不同的严酷等级，电容器可以选择不同的值，但大到一定值后，基本意义不大。
10欧姆电阻和9uF根据严酷的等级，电容可以选择不同的值，最小电阻值可以选择0欧姆(这是美国的标准)， 9uF电容器也可以选择很大，但大到一定值后，基本没有太大意义。
3.共模浪涌抑制电路
在防浪涌设计中，假设共模和差模是独立的。然而，这两部分并不是真正独立的，因为共模扼流圈可以提供相当大的差模电感。这部分差模电感可以通过分离差模电感来模拟。 在设计过程中，共模与差模不应同时进行，而应按一定顺序进行。首先，共模噪声应测量并过滤掉。利用差模抑制网络（Differential Mode Rejection Network），可消除差模成分，因此可直接测量共模噪声。若设计的共模滤波器应同时使差模噪声不超过允许范围，则应测量共模与差模的混合噪声。由于已知共模成分低于噪声容限，因此只有差模成分超标，可以通过共模滤波器的差模泄漏来衰减。对于低功率电源系统，共模扼流圈的差模电感足以解决差模辐射问题。由于差模辐射的源阻抗较小，只有少量电感有效。
对4000Vp抑制以下浪涌电压，一般只需使用LC限流和平滑过滤电路，尽量将脉冲信号降低到2~脉冲信号平均值的3倍。L1、L电网电流流过50周，电感容易饱和，所以，L1、L一般采用漏感大的共模电感。
通常我们在电源中使用交流和直流EMI滤波器常见于开关电源，而直流侧很少见，可用于汽车电子中的直流侧。
添加共模电感是为了消除平行线上的共模干扰（有两条线和多条线）。由于电路上两条线路阻抗的不平衡，共模干扰最终反映在差模上。很难用差模滤波器过滤。
需要在哪里使用共模电感？共模干扰是电磁辐射，空间耦合过来的，那么无论是交流还是直流，你有长线传输，就涉及到共 模滤波就得加共模电感。例如：USB线好多就在线上加磁环。 开关电源入口，交流电是远距离传输过来的，就需要加。通常直流侧不需要远传就不需要加了。没有共模干扰，加了就是浪费，对电路没有增益。
电源滤波器的设计通常可从共模和差模两方面来考虑。共模滤波器最重要的部分就是共模扼流圈，与差模扼流圈相比，共模扼流圈的一个显著优点在于它的电感值极高，而且体积又小，设计共模扼流圈时要考虑的一个重要问题是它的漏感，也就是差模电感。通常，计算漏感的办法是假定它为共模电感的1%，实际上漏感为共模电感的0.5% ～4%之间。在设计最优性能的扼流圈时，这个误差的影响可能是不容忽视的。 漏感的重要性 漏感是如何形成的呢？紧密绕制，且绕满一周的环形线圈，即使没有磁芯，其所有磁通都集中在线圈“芯”内。但是，如果环形线圈没有绕满一周，或者绕制不紧密，那么磁通就会从芯中泄漏出来。这种效应与线匝间的相对距离和螺旋管芯体的磁导率成正比。共模扼流圈有两个绕组，这两个绕组被设计成使它们所流过的电流沿线圈芯传导时方向相反，从而使磁场为0。如果为了安全起见，芯体上的线圈不是双线绕制，这样两个绕组之间就有相当大的间隙，自然就引起磁通“泄漏”，这即是说，磁场在所关心的各个点上并非真正为0。共模扼流圈的漏感是差模电感。事实上，与差模有关的磁通必须在某点上离开芯体，换句话说，磁通在芯体外部形成闭合回路，而不仅仅只局限在环形芯体内。
一般CX电容可承受4000Vp的差模浪涌电压冲击，CY电容可承受5000Vp的共模电压冲击。正确选择L1、L2和CX2、CY参数的大小，就可以抑制4000Vp以下的共模和差模浪涌电压。但如果两个CY电容是安装在整机线路之中，其总容量不能超过5000P，如要抑制浪涌电压超过4000Vp，还需选用耐压更高的电容器，以及带限幅功能的浪涌抑制电路。
所谓抑制，只不过是把尖峰脉冲的幅度降低了一些，然后把其转换成另一个脉冲宽度相对比较宽，幅度较为平坦的波形输出，但其能量基本没有改变。
两个CY电容的容量一般都很小，存储的能量有限，其对共模抑制的作用并不很大，因此，对共模浪涌抑制主要靠电感L1和L2，但由于L1、L2的电感量也受到体积和成本的限制，一般也难以做得很大，所以上面电路对雷电共模浪涌电压抑制作用很有限。
图（a）中L1与CY1、 L2与CY2，分别对两路共模浪涌电压进行抑制，计算时只需计算其中一路即可。Ø对L1进行精确计算，需要求解一组2阶微分方程，结果表明：电容充电是按正弦曲线进行，放电是按余弦曲线进行。但此计算方法比较复杂，这里采用比较简单的方法。
假说，共模信号是一个幅度为Up、宽度为τ的方波，以及CY电容两端的电压为Uc，测流过电感的电流为一宽度等于2τ的锯齿波：
流过电感的电流为：
流过电感的最大电流为：
在2τ期间流过电感的平均电流为：
由此可以求得CY电容在2τ期间的电压变化量为：
上面公式是计算共模浪涌抑制电路中电感L和电容CY参数的计算公式，式中，Uc为CY电容两端的电压，也是浪涌抑制电路的输出电压，∆Uc为CY电容两端的电压变化量，但由于雷电脉冲的周期很长，占空比很小，可以认为Uc = ∆Uc，Up为共模浪涌脉冲的峰值，q为CY电容存储的电荷，τ为共模浪涌脉冲的宽度，L为电感，C为电容。
根据上面公式，假设浪涌峰值电压Up=4000Vp，电容C=2500p，浪涌抑制电路的输出电压Uc=2000Vp，则需要电感L的数值为1H。显然这个数值非常大，在实际中很难实现，所以上面电路对雷电共模抑制的能力很有限，此电路还需进一步改进。
差模浪涌电压抑制，主要是靠图中的滤波电感L1、L2 ，和滤波电容CX ，L1、L2滤波电感和CX滤波电容等参数的选择，同样可以用下面公式来进行计算。
但上式中的L应该等于L1和L2两个滤波电感之和，C=CX，Uc等于差模抑制输出电压。一般，差模抑制输出电压应不大于600Vp，因为很多半导体器件和电容的最大耐压都在此电压附近，并且，经过L1和L2两个滤波电感以及CX电容滤波之后，雷电差模浪涌电压的幅度虽然降低了，但能量基本上没有降低，因为经过滤波之后，脉冲宽度会增加，一旦器件被击穿，大部分都无法恢复到原来的状态。
根据上面公式，假设浪涌峰值电压Up=4000Vp，脉冲宽度为50uS，差模浪涌抑制电路的输出电压Uc=600Vp，则需要LC的数值为14mH×uF。显然，这个数值对于一般电子产品的浪涌抑制电路来说还是比较大的，相比之下，增加电感量要比增加电容量更有利，因此最好选用一种有3个窗口、用矽钢片作铁芯，电感量相对较大（大于20mH）的电感作为浪涌电感，这种电感共模和差模电感量都很大，并且不容易饱和。 顺便指出，整流电路后面的电解滤波电容，同样也具有抑制浪涌脉冲的功能，如果把此功能也算上，其输出电压Uc就不能选600Vp，而只能选为电容器的最高耐压Ur（400Vp）。
4、雷击浪涌脉冲电压抑制常用器件
避雷器件主要有陶瓷气体放电管、氧化锌压敏电阻、半导体闸流管（TVS）、浪涌抑制电感线圈、X类浪涌抑制电容等，各种器件要组合使用。
气体放电管的种类很多，放电电流一般都很大，可达数十kA，放电电压比较高，放电管从点火到放电需要一定的时间，并且存在残存电压，性能不太稳定；氧化鋅压敏电阻伏安特性比较好，但受功率的限制，电流相对比放电管小，多次被雷电过流击穿后，击穿电压值会下降，甚至会失效；半导体TVS管伏安特性最好，但功率一般都很小，成本比较高；浪涌抑制线圈是最基本的防雷器件，为防流过电网交流电饱和，必须选用三窗口铁芯；X电容也是必须的，要选用容许纹波电流较大的电容。
气体放电管
气体放电管指 过电压保护用的避雷管或天线开关管一类，管内有二个或多个电极，充有一定量的惰性气体。气体放电管是一种间隙式的防雷保护元件，它用在通信系统的防雷保护。
放电管的工作原理是气体间隙放电i当放电管两极之间施加一定电压时，便在极间产生不均匀电场：在此电场作用下，管内气体开始游离，当外加电压增大到使极间场强超过气体的绝缘强度时，两极之间的间隙将放电击穿，由原来的绝缘状态转化为导电状态，导通后放电管两极之间的电压维持在放电弧道所决定的残压水平，这种残压一般很低，从而使得与放电管并联的电子设备免受过电压的损坏。
气体放电管有的是以玻璃作为管子的封装外壳．也有的用陶瓷作为封装外壳，放电管内充入电气性能稳定的惰性气体（如氩气和氖气等），常用放电管的放电电极一般为两个、三个，电极之间由惰性气体隔开。按电极个数的设置来划分，放电管可分为二极、三极放电管。
陶瓷二极放电管由纯铁电极、镍铬钴合金帽、银铜焊帽和陶瓷管体等主要部件构成。管内放电电极上涂覆有放射性氧化物，管体内壁也涂覆有放射性元素，用于改善放电特性。放电电极主要有杆形和杯形两种结构，在杆形电极的放电管中，电极与管体壁之间还要加装一个圆筒热屏，该热屏可以使陶瓷管体受热趋于均匀，不致出现局部过热而引起管断裂。热屏内也涂覆放射性氧化物，以进一步减小放电分散性。在杯形电极的放电管中，杯口处装有钼网，杯内装有铯元素，其作用也是减小放电分散性。
三极放电管也是由纯铁电极、镍铬钴合金帽、银铜焊帽和陶瓷管体等部件构成。与二极放电管不同，在三极放电管中增加了镍铬钴合金圆筒，作为第三极，即接地电极。
主要参数：
（1）直流击穿电压。此值由施加一个低上升速率（dv/dt=100V/s）的电压值来决定。
（2）冲击（或浪涌）击穿电压。它代表放电管的动态特性，常用上升速率为dv/dt=1kV/us的电压值来决定。
（3）标称冲击放电电流。8/20us波形（前沿8us，半峰持续时间20us）的额定放电电流，通常放电10次。
（4）标准放电电流。通过50Hz交流电流的额定有效值，规定每次放电的时间为1s，放电10次。
（5）最大单次冲击放电电流。对8/20us电流波的单次最大放电电流。
（6）耐工频电流值。对8/20us电流波的单次最大放电电流。对50Hz交流电，能经受连续9个周波的最大电流的有效值。
（7）绝缘电阻。对8/20us电流波的单次最大放电电流。对50Hz交流电，能经受连续9个周波的最大电流的有效值。
（8）电容。放电管电极间的电容，一般在2～10pF之间，是所有瞬变干扰吸收器件中最小的。
金属氧化物压敏电阻
压敏电阻一般都是以氧化锌为主要成分，另加少量的其它金属氧化物（颗粒），如：鈷、猛、铋等压制而成。由于两种不同性质的物体组合在一起，相当于一个PN结（二极管），因此，压敏电阻相当于众多的PN结串、并联组成。
5、超高浪涌电压抑制电路
实例1
上图是一个可抗击较强雷电浪涌脉冲电压的电原理图，图中：G1、G2为气体放电管，主要用于对高压共模浪涌脉冲抑制，对高压差模浪涌脉冲也同样具有抑制能力；VR为压敏电阻，主要用于对高压差模浪涌脉冲抑制。经过G1、G2和VR抑制后，共模和差模浪涌脉冲的幅度和能量均大幅度降低。
G1、G2的击穿电压可选1000Vp~3000Vp，VR的压敏电压一般取工频电压最大值的1.7倍。
G1、G2击穿后会产生后续电流，一定要加保险丝以防后续电流过大使线路短路。
实例2
增加了两个压敏电阻VR1、VR2和一个放电管G3，主要目的是加强对共模浪涌电压的抑制，由于压敏电阻有漏电流，而一般电子产品都对漏电流要求很严格（小于0.7mAp），所以图中加了一个放电管G3，使平时电路对地的漏电流等于0。G3的击穿电压要远小于G1、G2的击穿电压，采用G3对漏电隔离后，压敏电阻VR1或VR2的击穿电压可相应选得比较低，VR1、VR2对差模浪涌电压也有很强的抑制作用。
实例3
G1是一个三端放电管，它相当于把两个二端放电管安装在一个壳体中，用它可以代替上面两个实例中的G1、G2放电管。除了二端、三端放电管之外，放电管还有四端、五端的，各放电管的用途也不完全相同。
实例4
增加了两个压敏电阻（VR1、VR2），主要目的是为了隔断G1击穿后产生的后续电流，以防后续电流过大使输入电路短路，但由于VR1、VR2的最大峰值电流一般只有G1的几十分之一，所以，本实例对超高浪涌电压的抑制能力相对实例3要的抑制能力差很多。
实例5 直接在PCB板上制作避雷装置
在PCB板上直接制作放电避雷装置，可以代替防雷放电管，可以抑制数万伏共模或差模浪涌电压冲击，避雷装置电极之间距离一般要求比较严格，输入电压为AC110V时，电极之间距离可选4.5mm，输入电压为AC220V时，可选6mm；避雷装置的中间电极一定要接到三端电源线与PCB板连接的端口上。
实例6 PCB板气隙放电装置代替放电管
在PCB板上直接制作气隙放电装置，正常放电电压为每毫米10001500V，4.5mm爬电距离的放电电压大约为45006800Vp，6mm爬电距离的放电电压大约为6000~9000Vp。
6、各种防雷器件的连接
避雷器件的安装顺序不能搞错，放电管必须在最前面，其次是浪涌抑制电感和压敏电阻（或放电管），再其次才是半导体TVS闸流管或X类电容及Y类电容。
部分内容整理自
《电子设计可靠性工程》庄弈琪
《雷电浪涌和内部浪涌的防护》航天科工深圳集团东方华创投资有限公司（百度文库）
《雷电与浪涌防护》（百度文库）
《公模电感的测量与诊断
本文来源于网络：《浪涌》