瞬變和浪涌抑制器通常用于保護(hù)系統(tǒng)免受雷擊、靜電放電和短路情況的影響。它們大致分為兩類，第一類是“保險絲和撬棒電路”；圖 1 顯示了其示例。此類電路用于防止輸入過壓（浪涌）情況損壞下游電路。它們都通過創(chuàng)建非常低電阻的路徑（使用晶閘管、三端雙向可控硅、三硅基二極管或閘流管）來有效地產(chǎn)生暫時短路。然后通過斷路器跳閘或保險絲熔斷來限制源側(cè)的電流?；蛘邠Q句話說，斷路器和保險絲依靠過電流來防止過壓。一旦跳閘/熔斷，兩者都會導(dǎo)致下游電路斷電。

　　各種保險絲和短路器浪涌保護(hù)電路。短路元件（從左到右）為 MOSFET、TRIAC 和晶閘管 (SCR)。在所有情況下，短路元件都會產(chǎn)生過電流，從而燒斷保險絲。

　　圖 1：各種保險絲和短路器浪涌保護(hù)電路。短路元件（從左到右）為 MOSFET、TRIAC 和晶閘管 (SCR)。在所有情況下，短路元件都會產(chǎn)生過電流，從而燒斷保險絲。
　　第二種瞬變/浪涌抑制器是鉗位裝置。雖然不會短路，但它會降低電阻以限制電壓（至額定鉗位電壓）。常用的裝置是齊納二極管和金屬氧化物壓敏電阻 (MOV)，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)。例如，在理想世界中，鉗位電壓是恒定的，與電流無關(guān)。實際上，MOV 和齊納二極管不是線性裝置，超過一定電流時電壓將開始上升。在這兩種裝置類型中，MOV 能夠承受高電壓并耗散大量能量，但超過一定電流時其端子之間的電壓將再次增加。相反，齊納二極管可以保持相對恒定的電壓，但在觸發(fā)時無法耗散大量能量（通常只有幾 mJ）?！　★@然，為了有效地保護(hù)下游電路免受雷擊或 ESD 的影響，僅靠電壓鉗位是不夠的。最佳浪涌保護(hù)裝置 (SPD) 必須：鉗制負(fù)載上的過壓；限制過流；消散電源浪涌能量并在浪涌過去后保持功能。它還必須具有快速響應(yīng)時間，因為傳統(tǒng)硅基抑制器的一個限制因素是它們需要大約 10μs 才能短路。

　　當(dāng)受到脈沖形狀為 8/20 或 4/440 的 ESD 時，SPD 有四個不同的工作階段：
　　階段 1 [0 < t < 0:8μs]：感應(yīng)過電流限制在 SiC 基 CLD 的飽和電流以內(nèi)；
　　階段 2 [0：8μs < t < 2 μs]：增加的（但飽和的）電流在齊納二極管（雪崩電壓 Vz）兩端產(chǎn)生電壓（并被齊納二極管鉗位），該電壓在不到 10ns 的時間內(nèi)鉗位；
　　階段 3 [2μs < t < 2.5 μs]：當(dāng)電流限制為 CLD 飽和電流值且負(fù)載兩端的電壓限制為 Vz 時，MOV 兩端的電壓將增加到其鉗位電壓。
　　階段 4 [t > 2.5 μs]：一旦觸發(fā)，電壓鉗位裝置就會耗散浪涌的剩余能量，直到電壓降至觸發(fā)值以下（VCLAMP 和 VZ）。與此同時，只要電流處于飽和狀態(tài)，CLD 兩端的壓降就會保持較高水平。
　　工作原理取決于 MOV 鉗位電壓是否高于齊納雪崩電壓 (Vz)。此外，CLD 必須能夠維持短路操作并具有非常快的響應(yīng)時間。在這方面，碳化硅的低電子遷移率發(fā)揮了作用；1,000cm2/Vs，而硅為 1,500cm2/Vs（順便說一下，GaN 為 1,250cm2/Vs）。CLD 必須能夠消散大部分浪涌能量，它通過產(chǎn)生熱量來實現(xiàn)這一點(diǎn)。在這里，碳化硅的高熱導(dǎo)率至關(guān)重要；4.9W/cm.K，而硅為 1.5W/cm.K（GaN 為 1.3W/cm.K）。此外，當(dāng)兩個 CLD 背對背串聯(lián)放置時，電路能夠保護(hù)交流和直流電源線?！　榱嗽O(shè)置 MOV 和齊納二極管的最佳鉗位電壓以及 CLD 的 ISAT，研究人員探索了這三種器件的 Spice 模型，并于 2015 年底在西班牙 Terrassa 的 Mersen 工廠生產(chǎn)并測試了一個原型電路。該電路旨在保護(hù) 540V 負(fù)載（例如，飛機(jī)或太陽能發(fā)電廠的直流總線的典型負(fù)載），并承受一系列浪涌。為了進(jìn)行比較，負(fù)載也承受了同樣的浪涌，僅使用 MOV 進(jìn)行保護(hù)，而沒有任何保護(hù)（見表 1）。

　　混合 SPD 的架構(gòu)，其中基于 SiC 的 CLD 能夠獲得 MOV 和齊納二極管 (TVS) 的最佳鉗位優(yōu)勢
　　圖 2：混合 SPD 的架構(gòu)，其中基于 SiC 的 CLD 能夠獲得 MOV 和齊納二極管 (TVS) 的最佳鉗位優(yōu)勢　　SCVLD 提供的保護(hù)比單獨(dú)使用 MOV 要多得多。

　　表 1：SCVLD 提供的保護(hù)比單獨(dú)使用 MOV 提供的保護(hù)要多得多。
　　結(jié)果非常令人鼓舞，當(dāng)浪涌電流為 1.8kA 時，該電路提供的保護(hù)是 MOV（單獨(dú)）的 2.7 倍以上 - 見圖 3。此外，電壓和電流在一納秒內(nèi)被鉗位，而 MOV 則需要超過 25 納秒?！　?MOV（僅）和 HSPD 防護(hù) 1.8kA 浪涌的實驗比較。在所有情況下，短路元件都會產(chǎn)生過電流，從而燒斷保險絲。

　　圖 3：MOV（僅）和 HSPD 防護(hù) 1.8kA 浪涌的實驗比較。在所有情況下，短路元件都會產(chǎn)生過電流，從而燒斷保險絲。