開(kāi)關(guān)電源雷擊浪涌的產(chǎn)生與防護(hù)

開(kāi)關(guān)電源雷擊浪涌的產(chǎn)生與防護(hù)雷擊浪涌開(kāi)關(guān)電源中的流通回路的分析(共模信號(hào)與差模信號(hào))

一種防雷擊浪涌的開(kāi)關(guān)電源電路的設(shè)計(jì),。

雷擊浪涌電路的人工產(chǎn)生與防雷擊浪涌的電路的可靠性測(cè)試,。

雷擊浪涌的產(chǎn)生

雷擊是指帶電云層之間或帶電云層和地面之問(wèn)相互靠近產(chǎn)生的一種放電現(xiàn)象,。這個(gè)放電過(guò)程會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的閃電和巨大的聲響,,并伴隨大量的能量傳遞。雷擊的形式主要有3種:直擊雷,、傳導(dǎo)雷和感應(yīng)雷,。 隨著對(duì)雷電形成機(jī)體的了解和深入的研究,人們已經(jīng)對(duì)直擊雷和傳導(dǎo)雷的災(zāi)害性破壞有較好的防護(hù)措施,,但間接雷(如云層內(nèi),、云層間的雷擊,或鄰近物體遭到的雷擊)仍然可以在戶(hù)外架空線上感應(yīng)出浪涌電壓和電流,。此外,,大型電力開(kāi)關(guān)切換時(shí).也會(huì)在供電線路上感應(yīng)出大的浪涌電壓和電流:電磁兼容領(lǐng)域所指的浪涌一般來(lái)源于此雷擊瞬態(tài)和開(kāi)關(guān)瞬態(tài)。

2 電子產(chǎn)品的浪涌(雷擊)損壞機(jī)理

2.1 浪涌(雷擊)進(jìn)入電子設(shè)備的途徑

雷擊電子設(shè)備的途徑可分為兩種情況:1)高能雷電沖擊波通過(guò)戶(hù)外傳輸線路,、設(shè)備間的連接線以及電力線侵人設(shè)備.使串接在線路中間或終端的電子設(shè)備遭到損害;2)雷擊大地或接地導(dǎo)體,,引起局部瞬間地電位上升.波及附近的電子設(shè)備,對(duì)設(shè)備產(chǎn)生沖擊,,損害其對(duì)地絕緣,。

2.2 電子設(shè)備的浪涌損壞機(jī)理

一般浪涌脈沖的上升時(shí)間較長(zhǎng),脈寬較寬,,不含有較高的頻率成分,,多通過(guò)傳導(dǎo)方式進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部??v向(共模)沖擊對(duì)設(shè)備平衡電路元部件的影響有:損壞跨接在線與地問(wèn)的元部件或其絕緣介質(zhì):擊穿在線路和設(shè)備間起阻抗匹配作用的變壓器匝間,、層問(wèn)或線對(duì)地絕緣等。橫向(差模)沖擊則同樣可在電路中傳輸.損壞內(nèi)部電路的電容 電感及耐沖擊能力差的半導(dǎo)體器件,。設(shè)備中元部件遭受浪涌損壞的程度.取決于該部件的絕緣水平及沖擊的強(qiáng)度:對(duì)具有自恢復(fù)能力的絕緣,,擊穿只是暫時(shí)的.一旦沖擊消失,絕緣很快便得到恢復(fù),。有些非自恢復(fù)的絕緣介質(zhì),,如果擊穿后只流過(guò)很小電流.常不會(huì)立即中斷設(shè)備的運(yùn)行,但隨時(shí)間的推移.元部件受潮絕緣會(huì)逐漸地下降,,電路特性變壞,,最后將使電路中斷。有的部件,,如晶體管的集電極與發(fā)射極或發(fā)射擻與基極,,若發(fā)生反向擊穿.常出現(xiàn)永久性損壞 對(duì)易受能量損壞的元器件.受損壞程度主要取決于流過(guò)其上的電流及持續(xù)時(shí)間。

3 浪涌(雷擊)的綜合防護(hù)

3.1建筑物的雷擊防護(hù)

按照防護(hù)范圍可將電子產(chǎn)品的防護(hù)措施分為兩類(lèi),,外部防護(hù)和內(nèi)部防護(hù),。外部防護(hù)是指對(duì)安裝電子產(chǎn)品的建筑物本體的安全防護(hù),可采用避雷針,、分流,、屏蔽網(wǎng),、均衡電位、接地等措施,。對(duì)這些防護(hù)措施人們比較重視,,應(yīng)用也比較普遍,相對(duì)來(lái)說(shuō)比較完善,。內(nèi)部防護(hù)是指在建筑物內(nèi)部電子產(chǎn)品對(duì)過(guò)電壓(雷電或電源系統(tǒng)內(nèi)部過(guò)電壓)的防護(hù),,其措施有:等電位連接、屏蔽,、保護(hù)隔離,、合理布線和使用過(guò)電壓保護(hù)器等措施。

雷擊浪涌的最大特點(diǎn)是能量特別大,,所以采用普通濾波器和鐵氧體磁芯來(lái)濾波,、吸收的方案基本無(wú)效,必須使用氣體放電管,、壓敏電阻,、硅瞬變吸收二極管和半導(dǎo)體放電管等專(zhuān)門(mén)的浪涌抑制器件才行。浪涌抑制器件基本的使用方法是直接將浪涌吸收器件與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián),,以便對(duì)超過(guò)設(shè)備承受能力的浪涌電壓進(jìn)行吸收或能量轉(zhuǎn)移,。浪涌抑制器件的一個(gè)共同特性就是其阻抗在有浪涌電壓出現(xiàn)時(shí)與沒(méi)浪涌電壓時(shí)不同。正常電壓下,,它的阻抗很高,,對(duì)電路的工作沒(méi)有影響,而當(dāng)有很高的浪涌電壓加在它上面時(shí),,它的阻抗變得很低,,將浪涌能量旁路掉。這類(lèi)器件的使用方法是并聯(lián)在線路與參考地之間,,當(dāng)浪涌電壓出現(xiàn)時(shí)迅速導(dǎo)通,,以將電壓幅度限制在一定的數(shù)值上。

壓敏電阻,、瞬態(tài)抑制二極管和氣體放電管具有不同的伏安特性,,因此浪涌通過(guò)它們時(shí)發(fā)生的變化不同。如圖1所示,,對(duì)浪涌通過(guò)這3種器件時(shí)的變化進(jìn)行了比較,。

4 常見(jiàn)的浪涌抑制器件特點(diǎn)及應(yīng)用

4.1 金屬氧化物壓敏電阻(MOV)

壓敏電阻由金屬氧化物(主要是氧化鋅)材料組成,屬箝位型器件,,其特性與兩只背對(duì)背聯(lián)接的穩(wěn)壓管非常相似,,有著毫微秒級(jí)的響應(yīng)速度。壓敏電阻對(duì)瞬變信號(hào)的吸收能力與其體積成正比:其厚度正比于電壓;面積正比于電流,。壓敏電阻是目前在電子產(chǎn)品中使用最廣泛的浪涌抑制器件,。當(dāng)壓敏電阻上的電壓超過(guò)一定幅度時(shí),,電阻的阻值大幅度降低,,從而將浪涌能量泄放掉,。在浪涌電壓作用下,導(dǎo)通后的壓敏電阻上的電壓(一般稱(chēng)為箝位電壓),,等于流過(guò)壓敏電阻的電流乘以壓敏電阻的阻值,,因此在浪涌電流的峰值處箝位電壓達(dá)到最高。 4.1.1壓敏電阻的特點(diǎn):

a)優(yōu)點(diǎn):電壓范圍很寬,,可從幾伏到幾千伏;吸收浪涌電流可從幾十到幾千安培,,反應(yīng)速度快,無(wú)極性,,無(wú)續(xù)流,,峰值電流承受能力較大,價(jià)格低,。 b)缺點(diǎn):鉗位電壓較高,,一般可以達(dá)到工作電壓的2~3倍;而且,隨著受到浪涌沖擊次數(shù)的增加,,漏電流增加;另外,,響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng),寄生電容較大,。 c)適用場(chǎng)合:直流電源線,。

4.1.2壓敏電阻的選擇

a)從抑制瞬變干擾的角度出發(fā),壓敏電壓要盡量,、低頻信號(hào)線,,或者與氣體放電管串聯(lián)起來(lái)用在交流電源線上。

降低以接近被保護(hù)電路的工作電壓;從提高元件壽命來(lái)看,,又要拉開(kāi)兩者差距,。一般折衷的選取方案為:對(duì)交流工作電路,壓敏電壓值為工作電壓的2.2倍;對(duì)直流工作電路,,壓敏電壓值為工作電壓的1.5倍,。 b)通流量的選取:在實(shí)際應(yīng)用中,,壓敏電阻所吸收的最大浪涌電流應(yīng)小于它的最大通流量,。對(duì)同一應(yīng)用場(chǎng)合,當(dāng)最大通流量增加一倍,,壓敏電阻的壽命也同步增加一倍,。

4.2硅瞬變電壓吸收二極管(TVS)

TVS為電壓箝位型工作方式,亞納秒級(jí)的響應(yīng)速度,。TVS有多種封裝方式,,可滿(mǎn)足不同場(chǎng)合的需要,。當(dāng)TVS上的電壓超過(guò)一定的幅度時(shí),器件迅速導(dǎo)通.通過(guò)PN結(jié)反向過(guò)壓雪崩擊穿將浪涌能量泄放掉,。由于這類(lèi)器件導(dǎo)通后阻抗很小,,因此它的箝位電壓很平坦,并且很接近工作電壓,。

4.2.1硅瞬變電壓吸收二極管的特點(diǎn) a)優(yōu)點(diǎn):響應(yīng)時(shí)間短,,漏電流小,擊穿電壓偏差小,。箝位電壓低(相對(duì)于工作電壓),,動(dòng)作精度高,無(wú)跟隨電流(續(xù)流),,體積小,,每次經(jīng)受瞬變電壓后其性能不會(huì)下降,可靠性高,。 b)缺點(diǎn):由于所有功率都耗散在二極管的PN結(jié)上,,因此它所承受的功率值較小,允許流過(guò)的電流較小,。一般的TVS器件的寄生電容較大,,如在高速數(shù)據(jù)線上使用。要用特制的低電容器件,,但是低電容器件的額定功率往往較小,。 c)適用場(chǎng)合:浪涌能量較小的場(chǎng)合。如果浪涌能量較大,。要與其它大功率浪涌抑制器件一同使用,,則把它作為后級(jí)防護(hù)。

4.2.2硅瞬變電壓吸收二極管的選擇

a)最大箝位電壓VCMAX應(yīng)不大于電流的最大允許安全電壓,。 b)最大反向工作電壓VRWM應(yīng)不低于電路的最大工作電壓,。一般略高于電路的工作電壓。 c)TVS額定的最大脈沖功率必須大于電路中出現(xiàn)的最大瞬態(tài)浪涌功率,。 d)對(duì)小電流負(fù)載的保護(hù),,可在二極管之前串接適當(dāng)?shù)南蘖麟娮琛亩蛇x用小的峰值吸收功率的TVS來(lái)?yè)?dān)任這一功能,。 4.3氣體放電管 氣體放電管采用陶瓷密閉封裝,,內(nèi)部由兩個(gè)或數(shù)個(gè)帶間隙的金屬電極,充以惰性氣體(氬氣或氖氣)構(gòu)成,。當(dāng)加到兩電極端的電壓達(dá)到使氣體放電管內(nèi)的氣體擊穿時(shí),,氣體放電管便開(kāi)始放電,器件變?yōu)槎搪窢顟B(tài),使電極兩端的電壓不超過(guò)擊穿電壓,。氣體放電管一旦導(dǎo)通后,,它兩端的電壓會(huì)很低。氣體放電管有兩極和三極之分,,可分別用于線間和線一地間的保護(hù),。

4.3氣體放電管

氣體放電管采用陶瓷密閉封裝,內(nèi)部由兩個(gè)或數(shù)個(gè)帶間隙的金屬電極,,充以惰性氣體(氬氣或氖氣)構(gòu)成,。當(dāng)加到兩電極端的電壓達(dá)到使氣體放電管內(nèi)的氣體擊穿時(shí),,氣體放電管便開(kāi)始放電,,器件變?yōu)槎搪窢顟B(tài),使電極兩端的電壓不超過(guò)擊穿電壓,。氣體放電管一旦導(dǎo)通后,,它兩端的電壓會(huì)很低。氣體放電管有兩極和三極之分,,可分別用于線間和線一地間的保護(hù),。

4.3.1氣體放電管的特點(diǎn)

a)優(yōu)點(diǎn):承受電流大,絕緣電阻高,,漏電流小,,寄生電容小。 b)缺點(diǎn):點(diǎn)火電壓高,,殘壓較高,,反應(yīng)時(shí)間慢(≥100 ns),動(dòng)作電壓精度較低,,會(huì)慢性漏氣,、有光敏效應(yīng)、離散性大,。有跟隨電流(續(xù)流),。若跟隨電流的時(shí)間較長(zhǎng),會(huì)導(dǎo)致放電管觸點(diǎn)迅速燒毀,,從而縮短放電管的壽命,。 c)適用場(chǎng)合:信號(hào)線或工作電壓低于導(dǎo)通維持電壓的直流電源線上(一般低于10 V);與壓敏電阻組合起來(lái)用在交流電源線上。它具有很強(qiáng)的沖擊電流吸收能力,。但有著較高的起弧電壓,,所以比較適合做一級(jí)粗保護(hù)。

4.3.2氣體放電管的選擇

在直流電路中氣體放電管的標(biāo)稱(chēng)電壓選擇為工作電壓的1.8倍:在交流電路中選擇為工作電壓有效值的2.5倍,。氣體放電管標(biāo)稱(chēng)電流容量應(yīng)大于被保護(hù)電路的可能最大浪涌沖擊容量,。 由于有跟隨電流(續(xù)流),氣體放電管一般不可使用在直流電路中,除非直流工作電壓低于氣體放電管的擊穿維持電壓,。

4.4 其它浪涌吸收器件

4.4.1固體放電管

固體放電管是一種新的瞬變電壓吸收器件,,與氣體放電管一樣同屬能量轉(zhuǎn)移型保護(hù)器件,但性能更理想,。如通態(tài)壓降僅3 V左右,,接近短路;納秒級(jí)的響應(yīng)速度;動(dòng)作電壓穩(wěn)定;使用壽命長(zhǎng);能雙方向吸收正/負(fù)極性的瞬變電壓。

固體放電管有一定的結(jié)電容;在脈沖狀態(tài)下觸發(fā)電壓較直流擊穿電壓稍有提高(如200 V的管子其脈沖觸發(fā)電壓為350 V),,比氣體放電管要好得多,。 固體放電管的失效模式是短路.其意義在于不會(huì)使故障擴(kuò)大。也便于值班人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障和處理故障,。

4.4.2 晶閘管型防護(hù)器件

晶閘管型防護(hù)器件有兩種: a)控制柵極型雙向三端器件,, 如SCR、TRLAO等,。因?yàn)榇蠖鄶?shù)電源電路的輸出端都有電壓過(guò)載保護(hù),,用一個(gè)電平觸發(fā)SCR的控制柵極將輸出短路而中斷供電。響應(yīng)時(shí)間約100 IXs,,這對(duì)電壓敏感的器件有可能造成損壞,,它的優(yōu)點(diǎn)是耐電流量大。缺點(diǎn)是點(diǎn)火電壓易變化,,響應(yīng)時(shí)間慢,。 b)控制維持電流型雙向兩端器件。由PNPNP五層組成,,其結(jié)構(gòu)是在單芯片上逆向并聯(lián)組成的復(fù)合器件,。該器件還具有響應(yīng)速率快、不需多級(jí)防護(hù)電路,、耐電流量大,、靜電容量小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn),,特別適用于防護(hù)雷電浪涌,。

4.5氣體放電管和壓敏電阻組合應(yīng)用

氣體放電管和壓敏電阻都不適合單獨(dú)在交流電源線上使用。一個(gè)實(shí)用的方案是將氣體放電管與壓敏電阻串聯(lián)起來(lái)使用,。如果同時(shí)在壓敏電阻上并聯(lián)一個(gè)電容,,浪涌電壓到來(lái)時(shí),可以更快地將電壓加到氣體放電管上,??s短導(dǎo)通時(shí)間。這種氣體放電管與壓敏電阻的組合除了可以避免上述缺點(diǎn)以外.還有一個(gè)好處就是可以降低限幅電壓值,??梢允褂脤?dǎo)通電壓較低的壓敏電阻,,從而可以降低限幅電壓值。 該連接方式對(duì)浪涌電壓的抑制作用如圖2所示,。 采用組合式保護(hù)方案能發(fā)揮不同保護(hù)器件的各自特點(diǎn),,從而取得最好的保護(hù)效果

開(kāi)關(guān)電源雷擊浪涌的產(chǎn)生與防護(hù)
5 電子產(chǎn)品浪涌防護(hù)設(shè)計(jì)

產(chǎn)品的浪涌抵抗能力要通過(guò)浪涌(沖擊)抗擾度測(cè)試來(lái)檢驗(yàn)。該測(cè)試項(xiàng)目適用于電氣和電子設(shè)備在規(guī)定的工作狀態(tài)下工作時(shí),。對(duì)由開(kāi)關(guān)或雷電作用所產(chǎn)生的有一定危害電平的浪涌(沖擊)電壓的反應(yīng),。該測(cè)試項(xiàng)目適用于由公共供電網(wǎng)絡(luò)供電的電子電氣設(shè)備的交流電源端1:3測(cè)試。也適用于有室外電線,、電纜連接的電源,、控制、信號(hào)端口的測(cè)試,。施加方式有共模和差模兩種方式.因此,,產(chǎn)品設(shè)計(jì)中就需要針對(duì)這些端口的共/差模浪涌采取相應(yīng)的抑制措施。

5.1電源端口的浪涌抑制

一個(gè)理想的交流電源浪涌抑制方案如圖3所示,。它充分利用不同吸收器件各自的優(yōu)點(diǎn),。

開(kāi)關(guān)電源雷擊浪涌的產(chǎn)生與防護(hù)
理想工作狀態(tài)是:當(dāng)浪涌到來(lái)時(shí),。TVS首先起動(dòng),。會(huì)把瞬間過(guò)電壓精確控制在一定的水平;如果浪涌電流大。則壓敏電阻接著起動(dòng),,并泄放一定的浪涌電流;兩端的電壓會(huì)有所提高,,直至推動(dòng)前級(jí)氣體放電管的放電。把大電流泄放到地,。該電路匯集動(dòng)作快,、限壓低和放電能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。中間的濾波電感起高頻濾波(吸收浪涌脈沖的前沿高頻能量)和級(jí)間隔離的作用,。

對(duì)220 V/50 Hz的交流電源系統(tǒng),,第三級(jí)TVS可取380 V額定電壓產(chǎn)品.第二級(jí)的壓敏電阻可取470 V額定電壓產(chǎn)品。第一級(jí)氣體放電管選550 V額定電壓產(chǎn)品.第一級(jí)壓敏電阻可選400 V額定電壓產(chǎn)品,。為了減少前級(jí)氣體放電管反映時(shí)間,,可以在前級(jí)壓敏電阻上并聯(lián)一個(gè)1 000 pF到10 000 pF的高頻電容。

第一保護(hù)電路的電流容量應(yīng)大于電路可能承受的最大電流容量,。第二級(jí),、第三級(jí)保護(hù)電路的浪涌電流容量可以逐級(jí)遞減。對(duì)浪涌電壓不需太高測(cè)試等級(jí)的產(chǎn)品,,可以省略第一級(jí)的氣體放電管和壓敏電阻串聯(lián)電路以及相應(yīng)的級(jí)間隔離電感,。對(duì)保護(hù)器殘壓不敏感的產(chǎn)品,可以省略第三級(jí)的TVS保護(hù)電路及相應(yīng)的級(jí)間隔離電感,。由于TVS吸流能力有限,,一般不單獨(dú)在交流電源端口使用。該剪裁不影響上面舉例的保護(hù)器件額定電壓的選擇,但是保護(hù)電路的電流容量應(yīng)相應(yīng)地變化,。 對(duì)于直流電源端口,,一般總有一極接地,我們可以采取如圖4所示的組合保護(hù)電路,。該電路只是對(duì)圖3的適當(dāng)剪裁,,工作原理相同。

開(kāi)關(guān)電源雷擊浪涌的產(chǎn)生與防護(hù)
此保護(hù)電路有一點(diǎn)需要注意:若被測(cè)設(shè)備需耐受的浪涌電流不是很大,,建議盡量不要使用第一級(jí)的氣體放電管;若直流電路工作電壓大于10 V,,第一級(jí)氣體放電管不可使用。此時(shí)可通過(guò)提高第二級(jí)壓敏電阻的電流容量來(lái)滿(mǎn)足設(shè)備的浪涌等級(jí)要求,。對(duì)保護(hù)器殘壓不敏感的產(chǎn)品,,可以省略第三級(jí)的TVS保護(hù)電路。在此電路中,,氣體放電管的額定電壓應(yīng)大于等于工作電壓的1.8倍,,壓敏電阻的額定電壓應(yīng)大于等于工作電壓的1.5倍。最前級(jí)保護(hù)元件的電流容量應(yīng)大于最大浪涌電流,。后級(jí)保護(hù)電路的電流容量可以逐級(jí)遞減,。

5.2 通信端口的浪涌抑制

通信接口的浪涌抑制電路的技術(shù)要求較高,因?yàn)槌藵M(mǎn)足浪涌防護(hù)要求外,,還須保證傳輸指標(biāo)符合要求,。加上與通信線路相連的設(shè)備耐壓很低,對(duì)浪涌殘壓要求嚴(yán)格,,因此在選擇防護(hù)器件時(shí)較困難,。理想的浪涌抑制電路應(yīng)是電容小、殘壓低,、通流大,、響應(yīng)快。

開(kāi)關(guān)電源雷擊浪涌的產(chǎn)生與防護(hù)
如圖5所示,,通信接El組合保護(hù)電路其實(shí)是圖4的變形,,只是為滿(mǎn)足通信接口的高速信號(hào)傳遞的要求,將圖4的高頻濾波電感換成了PTC型的自恢復(fù)保險(xiǎn)絲,。該P(yáng)TC在正常工作阻抗近似為零,,對(duì)通信線路無(wú)任何不良影響,當(dāng)浪涌到達(dá)時(shí),,TVS和壓敏電阻導(dǎo)通,,大的浪涌電流通過(guò)PTC,PTC發(fā)熱后變?yōu)楦咦锠顟B(tài),,從而分壓了大的浪涌電壓,,保護(hù)了后續(xù)的浪涌抑制元件和通信電路;當(dāng)浪涌消失后,,PTC溫度下降,恢復(fù)正常的低阻狀態(tài),,通信電路還原到正常狀態(tài),。若通信電路對(duì)接口阻抗要求較寬,可以用低阻抗電阻代替PTC,,以降低線路成本,。此電路適用于非平衡傳輸?shù)膯温吠ㄐ沤涌凇?duì)平衡傳輸?shù)耐ㄐ沤涌?,T2通道也應(yīng)如Tl通道對(duì)稱(chēng)加上PTC,。若為多路通信接口,每路的保護(hù)電路均與此相同,。對(duì)平衡傳輸?shù)耐ㄐ沤涌趤?lái)說(shuō),,當(dāng)設(shè)備為金屬外殼時(shí),還需考慮設(shè)備與外殼地之間的浪涌沖擊,,各通信線對(duì)地的保護(hù)電路與圖5電路相同,,只需將T2換成外殼地即可。各保護(hù)元件的額定電壓應(yīng)與通信接口的正常工作電壓的峰值相適應(yīng),,通流電流應(yīng)與最大浪涌電流相適應(yīng),。

此保護(hù)電路需要注意的是:若通信接口電路中含有絕對(duì)值超過(guò)l0 V的直流信號(hào)(如電話網(wǎng)絡(luò)含有48 V直流),氣體放電管不可用;壓敏電阻電容較大,,只適用于音頻通信信號(hào)傳輸,。對(duì)不含直流的高頻接口保護(hù)電路,可取消第二級(jí)的壓敏電阻,,這種保護(hù)電路大約可到幾十MHz的頻率(若通信電路含有直流,應(yīng)選用滅弧電壓高于工作直流的氣體放電管;或保護(hù)電路僅由PTC與TVS組成,,此時(shí)浪涌保護(hù)能力較低),。更高頻率的保護(hù)就主要是采用放電管了,否則很難滿(mǎn)足傳輸要求,。

5.3 天線端口的浪涌抑制

天線端口是一類(lèi)非常容易遭受浪涌損壞的接口,。無(wú)線通訊設(shè)備的外接天線端口一般需要與室外高處的天線連接以實(shí)現(xiàn)無(wú)線信號(hào)的收發(fā).AV產(chǎn)品的天線端口也會(huì)與室外天線或CATV系統(tǒng)連接,這些接口都與室外引線連接,。盡管室外高處的天線一般都應(yīng)有避雷針保護(hù),,進(jìn)入室內(nèi)后都還有前級(jí)(雷擊)浪涌保護(hù)器保護(hù)。但是,,一方面避雷針和保護(hù)器未必保護(hù)得很到位(這些保護(hù)措施失效也很難被產(chǎn)品用戶(hù)發(fā)現(xiàn),,一般是出現(xiàn)浪涌對(duì)產(chǎn)品破壞之后才發(fā)現(xiàn)保護(hù)早已失效);另一方面,這些室外天線很可能由用戶(hù)自行安裝(如農(nóng)村的室外電視天線),,保護(hù)措施缺失;另外,,產(chǎn)品的天線均為長(zhǎng)期連接,,除非產(chǎn)品移動(dòng),一般連接好后,,不會(huì)經(jīng)常斷開(kāi),。這些特點(diǎn)決定了產(chǎn)品天線端口很容易遭受浪涌的沖擊,不幸的是.與產(chǎn)品天線端口相連的電路都是對(duì)浪涌非常敏感的低壓電子電路,,因此,,對(duì)天線端口的浪涌保護(hù)非常必要。

開(kāi)關(guān)電源雷擊浪涌的產(chǎn)生與防護(hù)
射頻同軸天線端口組合保護(hù)電路如圖6所示,。該電路前級(jí)保護(hù)電路由氣體放電管構(gòu)成,,后級(jí)保護(hù)電路由TVS與高頻扼流電感L構(gòu)成。加入電感L的目的是防止天線上高頻信號(hào)被TVS極間電容短路到地,。為減少保護(hù)電路的高頻衰減.去掉了級(jí)間隔離電阻,。這種保護(hù)電路的工作頻率上限可達(dá)2GHz。若天線端口含有直流(如給前級(jí)天線放大器供電),,應(yīng)選用滅弧電壓高于工作直流的氣體放電管,。也有保護(hù)電路采用高通濾波器.因浪涌的能量頻譜集中在幾十赫茲到一兆赫茲之間,其能量主要集中在數(shù)十千赫茲以下,,相對(duì)于天線端口的高頻工作頻率很低,,可通過(guò)高通濾波器將浪涌從工作信號(hào)中分離加以吸收。對(duì)于點(diǎn)頻通信天線也可采用四分之一波長(zhǎng)的短路線構(gòu)成帶通濾波器,,防雷效果更好,。但這兩種方法都會(huì)將天線上傳送的直流短路,其應(yīng)用范圍有限,。

5.4 其它信號(hào)/控制端口的浪涌抑制

對(duì)其它信號(hào)腔制端口,,若端口接線來(lái)自室外或線長(zhǎng)超過(guò)一定的長(zhǎng)度.則相應(yīng)端口就有遭受感應(yīng)的浪涌沖擊損壞的危險(xiǎn).也需要采取相應(yīng)的浪涌抑制措施。若工作信號(hào)為直流電平,,其浪涌抑制方式可參考直流電源端口的浪涌抑制方式進(jìn)行設(shè)計(jì)即可;若工作信號(hào)為中低頻信號(hào),,其浪涌抑制方式可參考通信端口的浪涌抑制方式進(jìn)行設(shè)計(jì);若工作信號(hào)為高頻信號(hào),其浪涌抑制方式可參考天線端子的浪涌抑制方式進(jìn)行設(shè)計(jì),。

但需要注意的是,,若端口是由變壓器或光耦隔離的,為防止變壓器或光耦因浪涌擊穿,,除接口線線間需要浪涌抑制外,,接口線對(duì)產(chǎn)品的接地端之間也應(yīng)有相應(yīng)的浪涌抑制電路。為保證內(nèi)外電路的電氣隔離,,此處只可采用氣體放電管進(jìn)行浪涌抑制,。為保證氣體放電管浪涌擊穿后能正常滅弧.變壓器或光耦隔離的兩端應(yīng)無(wú)大于10 V的直流電位差。

5.5 地線反彈的抑制

當(dāng)并聯(lián)型的浪涌抑制器發(fā)揮作用時(shí).它將浪涌能量旁路到地線上,。由于地線都是有一定阻抗的,。因此當(dāng)電流流過(guò)地線時(shí),,地線上會(huì)有電壓。這種現(xiàn)象一般稱(chēng)為地線反彈,。當(dāng)浪涌抑制器的地與設(shè)備的地不在同一點(diǎn),,設(shè)備的線路實(shí)際上沒(méi)有受到保護(hù).較高的浪涌電壓仍然加到了設(shè)備的電源線與地之間。解決辦法是在線路(地)與設(shè)備的外殼(地)之間再并聯(lián)一只浪涌抑制器,,或?qū)傻剡x擇在同一點(diǎn),。受到保護(hù)的設(shè)備與其他設(shè)備連接在一起。由于地線反彈的原因,,另一臺(tái)設(shè)備就要承受共模電壓,。 這個(gè)共模電壓會(huì)出現(xiàn)在所有連接設(shè)備1(受保護(hù)設(shè)備)與設(shè)備2(未保護(hù)設(shè)備)的電纜上。解決的方法是在互連電纜的設(shè)備2一端安裝浪涌抑制器,。

6 ,。結(jié)束語(yǔ)

隨著半導(dǎo)體器件的集成度的提高和廣泛使用,電子產(chǎn)品變得越來(lái)越脆弱,,對(duì)浪涌沖擊的抵抗能力越來(lái)越低,。為保障電子產(chǎn)品的安全,就應(yīng)了解浪涌侵入產(chǎn)品的途徑和破壞的機(jī)理,,并找到相應(yīng)的對(duì)策,,以提高產(chǎn)品的浪涌抵抗能力。本文就浪涌破壞機(jī)理,、浪涌抑制對(duì)策,、產(chǎn)品抗浪涌設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題進(jìn)行了一些探討.并對(duì)不同的浪涌對(duì)策器件進(jìn)行了多方面介紹.以方便產(chǎn)品設(shè)計(jì)者參考和選擇。

avatar

發(fā)表評(píng)論

:?: :razz: :sad: :evil: :!: :smile: :oops: :grin: :eek: :shock: :???: :cool: :lol: :mad: :twisted: :roll: :wink: :idea: :arrow: :neutral: :cry: :mrgreen: