開關(guān)電源雷擊浪涌的產(chǎn)生與防護(hù)雷擊浪涌的產(chǎn)生
雷擊浪涌在開關(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)仍然可以在戶外架空線上感應(yīng)出浪涌電壓和電流。此外，大型電力開關(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，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。
3.2 電子產(chǎn)品的浪涌抑制方式
以上介紹的浪涌(雷擊)防護(hù)措施原則上可以將電子產(chǎn)品遭受浪涌(雷擊)損害的可能性大大減低，為電子產(chǎn)品提供一個(gè)相對(duì)安全的使用環(huán)境。但僅靠這些措施要想保證電子產(chǎn)品免遭浪涌沖擊還是不夠的，只有同時(shí)提高電子產(chǎn)品本身對(duì)(雷擊)浪涌的抵抗能力，才能形成一個(gè)完整的綜合浪涌防護(hù)體系。浪涌沖擊主要通過(guò)交直流電源和與室外連接的信號(hào)/控制線以傳導(dǎo)方式進(jìn)入電子產(chǎn)品內(nèi)部，對(duì)產(chǎn)品形成危害。要有效地防止浪涌沖擊對(duì)產(chǎn)品的危害，就必須在產(chǎn)品的交直流電源端口和信號(hào)/控制端口安裝浪涌抑制器件，對(duì)浪涌沖擊加以吸收，阻止其進(jìn)入產(chǎn)品內(nèi)部對(duì)電路形成危害。
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)體放電管等專門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?。從而可選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
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)。
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。
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。
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?。?duì)平衡傳輸?shù)耐ㄐ沤涌?，T2通道也應(yīng)如Tl通道對(duì)稱加上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，否則很難滿足傳輸要求。
5.3 天線端口的浪涌抑制
天線端口是一類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。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。
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。
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