防雷专题报告

防雷专题报告一、器件特点目前，在过压保护应用的场合中，通常使用三种基本的保护器件：火花间隙、压敏电阻、抑制二极管，以下介绍三种保护其间的特点。1．火化间隙从名字我们就可以对它知道个大概.高电压通过一个被击穿的火化间隙来对地放电(比如：气体防电管)。火化间隙的放电电流非常大---可至100KA。气体火化间隙组合在玻璃或陶瓷(氧化铝)外壳内。由特殊电极制成的火化间隙电极放置在真空管内，内部充入惰性气体，比如氩气或氖气。当外界的电压增大到使火化间隙电极间的电场超过气体的绝缘强度，两极间的间隙将被击穿，整个火化间隙呈低阻状态。通常火化间隙为两极的。火化间隙的点火(动作)电压同过电压的上升陡度有关。从火化间隙的点火电压特性曲线可以看出，过电压上升的速率越大,响应的时间越短。相应的点火电压也比较高.结果是当过电压上升得非常快时，火化间隙的实际点火电压将很高，可以比火化间隙的额定电压高许多(大约600~800V)，火化间隙点火后熄弧的特性是它的一个缺点。动作后电弧两端的电压降很低，而且只有在低于这个值的情况下电弧才会熄灭。所以在设计火化间隙尺寸时要非常注意，比如电极间距离的长短和冷却的效果.使得电弧两端的电压降足够高,最终电弧可以迅速熄灭。否则将会产生一个电网后续电流。这个后续电流将把电网的能量通过保护元件对地释放。.一个非常有效的解决方法是在火化间隙的前端串联一个快速熔丝。2．压敏电阻用于过压保护的压敏电阻(MOV---金属氧化物电阻)其实是一种电阻随着电压而变化的氧化锌电阻。当压敏电阻两端电压高于其额定电压时，它的电阻将变得非常小，就如同导体一样。过电压就通过压敏电阻被泻放到大地上。压敏电阻通常是两极的。压敏电阻具有中等的放电能力，大约在40~80KA.它的响应时间小于25ns。残压同火化间隙相比小许多。比较低的过压防护等级使其对设备可以提供更好的保护，而且没有续流的问题。然而压敏电阻也有缺点，它的寿命和相对比较大的电容值在使用时必须加以考虑。频繁的开关动作会导致内部的单个电阻单元被损坏，最终产生泄漏电流.而长时间的泄漏电流会造成温升或者完全地毁坏了整个压敏电阻。压敏电阻高的电容值会在高频电路中产生问题.当电路的频率超过100KHz时，如果使用了压敏电阻，将会使信号衰减.所以不建议使用在数据传输系统中。3．抑制二极管抑制二极管工作方式同齐纳二极管的很像。有单极和双极两种类型。单极的抑制二极管通常用于直流电路中。同传统的齐纳二极管相比，抑制二极管具有更大的电流泻放能力而且动作更迅速。当电压超过抑制二极管的动作电压，它导通使过电压短路的时间非常短，为皮秒级。而且抑制二极管的过压防护等级低也是它的一大优点。然而，抑制二极管电流泻放能力还是不够大，小于1800W/ms。不幸的是，抑制二极管的也有一个固有的电容值。所以就象压敏电阻一样，它会造成高频信号的衰减，所以在设计时需考虑可能产生的影响。二、保护电路我们的产品主要需要三种保护电路：强电输入侧保护、工作电源保护、通信接口保护。1．强电输入保护主要针对交流电压的情况，电路结构如下：L和N分别通过压敏电阻（MOV）接到泄放大地PE，电压互感器输入两端并联一只TVS。从目前的实验情况来看，由于交流输入是高阻（一般为几百千欧）不加MOV，只加TVS也能够通过6000V的浪涌试验，但是从现场应用的情况来看，当产品遭受雷击时，整个产品完全损坏，因此在交流电压的进线端增加10KA的MOV，将主要的能量泄放到大地，这样到达TVS处的能量就比较小，保护了整个产品。2．工作电源保护主要针对-48V通信电源供电的情况，电路结构如下：我们以前采用的电源保护电路中没有串联电阻R，同时MOV压敏电阻也换为气体放电管，在试验中可以通过4000V的浪涌实验，但是在现场应用过程中发现，保护电路前端的PCB走线容易烧断，主要是气体放电管其保护后，其熄弧电压只有十几伏，而通信电源一般为48V，负载能力可以高达100A，这样气体放电管一直处于放电状态，导致PCB走线烧断。而该电路中，采用压敏电阻，则没有熄弧问题，但是压敏电阻的残压较高（高于TVS的动作电压），如果不串入限流电阻，将导致TVS过流损坏。通信接口保护主要针对RS232/RS485接口，电路结构如下：G1、G2、G3采用气体放电管R078XA，不能采用YS301。