详解雷击浪涌的防护

详解雷击浪涌的防护

1、电子设备雷击浪涌抗扰度试验标准

电子设备雷击浪涌抗扰度试验的国家标准为GB/T17626.5（等同于国际标准IEC61000-4-5 ）。

标准主要是模拟间接雷击产生的各种情况：

（1）雷电击中外部线路，有大量电流流入外部线路或接地电阻，因而产生的干扰电压。

（2）间接雷击（如云层间或云层内的雷击）在外部线路上感应出电压和电流。

（3）雷电击中线路邻近物体，在其周围建立的强大电磁场，在外部线路上感应出电压。

（4）雷电击中邻近地面，地电流通过公共接地系统时所引进的干扰。

标准除了模拟雷击外，还模拟变电所等场合，因开关动作而引进的干扰（开关切换时引起电压瞬变），如：

（1）主电源系统切换时产生的干扰（如电容器组的切换）。

（2）同一电网，在靠近设备附近的一些较小开关跳动时的干扰。

（3）切换伴有谐振线路的晶闸管设备。

（4）各种系统性的故障，如设备接地网络或接地系统间的短路和飞弧故障。

标准描述了两种不同的波形发生器：一种是雷击在电源线上感应生产的波形；另一种是在通信线路上感应产生的波形。

这两种线路都属于空架线，但线路的阻抗各不相同：在电源线上感应产生的浪涌波形比较窄一些（50uS），前沿要陡一些（1.2uS）；而在通信线上感应产生的浪涌波形比较宽一些，但前沿要缓一些。后面我们主要以雷击在电源线上感应生产的波形来对电路进行分析，同时也对通信线路的防雷技术进行简单介绍。

2、模拟雷击浪涌脉冲生成电路的工作原理

上图是模拟雷电击到配电设备时，在输电线路中感应产生的浪涌电压，或雷电落地后雷电流通过公共地电阻产生的反击高压的脉冲产生电路。4kV时的单脉冲能量为100

焦耳。

图中Cs是储能电容（大约为10uF，相当于雷云电容）；Us为高压电源；Rc为充电电阻；Rs为脉冲持续时间形成电阻（放电曲线形成电阻）；Rm为阻抗匹配电阻Ls为电流上升形成电感。

雷击浪涌抗扰度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不同，稍有改动。

基本参数要求：

（1）开路输出电压：0.5～6kV，分5等级输出，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，供不同等级试验用;

（3）内阻：2 欧姆，附加电阻10、12、40、42欧姆，供其它不同等级试验用；

（4）浪涌输出极性：正/负；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。

雷击浪涌抗扰度试验的严酷等级分为5级:

1级：较好保护的环境；

2级：有一定保护的环境；

3级：普通的电磁骚扰环境、对设备未规定特殊安装要求，如工业性的工作场所；

4级：受严重骚扰的环境，如民用空架线、未加保护的高压变电所。

X级：由用户与制造商协商确定。

图中18uF电容，可根据严酷等级不同，选择数值也可不同，但大到一定值之后，基本上就没有太大意义。

10欧姆电阻以及9uF电容，可根据严酷等级不同，选择数值也不同，电阻最小值可选为0欧姆（美国标准就是这样）， 9uF电容也可以选得很大，但大到一定值之后，基本上就没有太大意义。

3、共模浪涌抑制电路

防浪涌设计时，假定共模与差模这两部分是彼此独立的。然而，这两部分并非真正独立，因为共模扼流圈可以提供相当大的差模电感。这部分差模电感可由分立的差模电感来模拟。

为了利用差模电感，在设计过程中，共模与差模不应同时进行，而应该按照一定的顺序来做。首先，应该测量共模噪声并将其滤除掉。采用差模抑制网络（Differential Mode Rejection Network），可以将差模成分消除，因此就可以直接测量共模噪声了。

如果设计的共模滤波器要同时使差模噪声不超过允许范围，那么就应测量共模与差模的混合噪声。因为已知共模成分在噪声容限以下，因此超标的仅是差模成分，可用共模滤波器的差模漏感来衰减。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，因为差模辐射的源阻抗较小，因此只有极少量的电感是有效的。

对4000Vp以下的浪涌电压进行抑制，一般只需采用LC电路进行限流和平滑滤波，把脉冲信号尽量压低到2~3倍脉冲信号平均值的水平即可。电感很容易饱和，因此，L1、L2一般都采用一种漏感很大的共模电感。

用在交流，直流的都有，通常我们在电源EMI滤波器，开关电源中常见到，而直流侧少见，在汽车电子中能够看到用在直流侧。

加入共模电感是为了消除并行线路上的共模干扰（有两线的，也有多线的）。由于电路上两线阻抗的不平衡，共模干扰最终体现在差模上。用差模滤波方法很难滤除。

共模电感到底需要用在哪。共模干扰通常是电磁辐射，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。?对L1进行精确计算，须要求解一组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。

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

气体放电管指作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1000~1500V，4.5mm爬电距离的放电电压大约为4500~6800Vp，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。

避雷器与浪涌保护器

避雷器和电涌保护器运用说明

目录 一、定义 二、防雷器与浪涌保护器的比较 三、线路避雷器运用及其说明 四、浪涌保护器设计原理、特性、运用范畴 五、参考依据与文献

一、定义 1.避雷器 避雷器是变电站保护设备免遭雷电冲击波袭击的设备。当沿线路传入变电站的雷电冲击波超过避雷器保护水平时，避雷器首先放电，并将雷电流经过良导体安全的引入大地，利用接地装置使雷电压幅值限制在被保护设备雷电冲击水平以下，使电气设备受到保护。 2.浪涌保护器 也叫防雷器，是一种为各种电力设备、仪器仪表、通讯线路等提供安全防护的装置。当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。

?从以下资料可以看出，浪涌保护器也是防雷器的一种，但是有很大的区别。 二、避雷器与浪涌保护器的比较 避雷器指建筑物避雷器，与避雷针、接地排等一起形成一个法拉第笼，防止建筑物被损坏，避雷器的基本原理是把雷击电磁脉冲(LEMP)导入地进行消解。但是为什么在安装避雷器后仍有大量的建筑物及其里面的设备被雷击损坏呢? 首先，避雷器的导线采用铜铁合金，因此其导线性能是有限的，反应速度仅为200微妙(uS)。而LEMP的半峰速度(能量达到最大值)为20微妙(uS)，也就是说LEMP的速度快于避雷器，这样避雷器把第一次直击雷导入地后，对于二次雷、三次雷往往反应不过来，直接泄漏打在设备上。也就是说，避雷器对二次雷、三次雷几乎不起作用。 其次，LEMP导入地后，会从地返回形成感应雷。感应雷会从所有含有金属的导线上泄漏到设备(网线、电源线、信号线、传输线等)。由于避雷器是单向作用的，因此它对感应雷不起作用，感应雷可以直接打坏设备。更何况，导线部分往往不会安装避雷器。 再次，浪涌只有20%来自雷击等外部环境，80%来自系统内部运行，避雷器对这80%是不起任何作用的。

开关电源防雷电路设计1

防雷电路开关电源防雷电路设计方案上网时间: 2010-08-30防雷电路开关电源防雷电路设计方案 雷击浪涌分析 最常见的电子设备危害不是由于直接雷击引起的，而是由于雷击发生时在电源和通讯线路中感应的电流浪涌引起的。一方面由于电子设备内部结构高度集成化(VLSI芯片)，从而造成设备耐压、耐过电流的水平下降，对雷电(包括感应雷及操作过电压浪涌)的承受能力下降，另一方面由于信号来源路径增多，系统较以前更容易遭受雷电波侵入。浪涌电压可以从电源线或信号线等途径窜入电脑设备，我们就这两方面分别讨论： 1)电源浪涌 电源浪涌并不仅源于雷击，当电力系统出现短路故障、投切大负荷时都会产生电源浪涌，电网绵延千里，不论是雷击还是线路浪涌发生的几率都很高。当距你几百公里的远方发生了雷击时，雷击浪涌通过电网光速传输，经过变电站等衰减，到你的电脑时可能仍然有上千伏，这个高压很短，只有几十到几百个微秒，或者不足以烧毁电脑，但是对于电脑内部的半导体元件却有很大的损害，正象旧音响的杂音比新的要大是因为内部元件受到损害一样，随着这些损害的加深，电脑也逐渐变的越来越不稳定，或有可能造成您重要数据的丢失。 美国GE公司测定一般家庭、饭店、公寓等低压配电线(110V)在10000小时(约一年零两个月)内在线间发生的超出原工作电压一倍以上的浪涌电压次数达到800余次，其中超过1000V 的就有300余次。这样的浪涌电压完全有可能一次性将电子设备损坏。 2)信号系统浪涌 信号系统浪涌电压的主要来源是感应雷击、电磁干扰、无线电干扰和静电干扰。金属物体(如电话线)受到这些干扰信号的影响，会使传输中的数据产生误码，影响传输的准确性和传输速率。排除这些干扰将会改善网络的传输状况。 基于以上的技术缺陷和状况，本文根据实际使用设计了一种基于压敏电阻和陶瓷气体放电管的单相并联式抗雷击浪涌的开关电源电路。 防雷击浪涌电路的设计 本文所设计的是一种基于压敏电阻和陶瓷气体放电管的单相并联式抗雷击浪涌电路，并将其应用到仪表的开关电源上。整个电路包括防雷电路和开关电源电路，其中防雷电路采用3个压敏电阻和一个陶瓷气体放电管组成复合式对称电路，共模、差摸全保护。与经典的开关电源电路组成防雷仪表的电源电路，采用压敏电阻并联，延长使用寿命，在压敏电阻短路失效后与开关电源电路分离，不会引起失火。 为了实现上述目的所采取的设计方案是：将压敏电阻和陶瓷气体放电管的单相并联式抗雷击浪涌电路应用到仪表的电源上。主要分为防雷电路部分和开关电源电路部分，电路简单，采用复合式对称电路，共模、差摸全保护，可以不分L、N端连接。使压敏电阻RV1位于贴片整流模块前端分别与电源L、N并联，主要来钳位L、N线间电压，压敏电阻RV0、RV2与陶瓷气体放电管FD1串联后接地，RV0与FD1串联主要是泄放L线上感应雷击浪涌电流，RV2与FD1串联主要是泄放由信号口串人24V参考电位上的能量，RV0、RV2短路失效后，FD1可将其与电源电路分离，不会导致失火现象。 RV1前端线路上串联了一个线绕电阻，当此RV1短路失效时，线绕电阻可起到保险丝的作用，将短路电路断开，压敏电阻属电压钳位型保护器件，其钳位电压点即压敏电阻参数选择相对比较重要(选压敏电压高一点的，通流量大一些的更安全、耐用，故障率低)；根据通流容量要求选择外形尺寸和封装形式，本电路中采用561k－10D的压敏电阻与陶瓷气体放电

开关电源适配器浪涌抗扰实验分析

开关电源适配器浪涌抗扰实验分析 自从开关电源适配器开始实行标准以来，我国在1999年和2008年推出了两个有关雷击浪涌抵抗的相关标准。这两个标准分别对应国际上的两种现行标准。虽然与雷击浪涌有关的GB/T17626.5规定在我国已经有两个版本，但因为大多数国内产品迟迟未根据新标准进行修订，所以造成了 GB/T17626.5-1999和GB/T17626.5-2008两个标准并存的局面。本文将为大家介绍开关电源适配器雷击浪涌抗扰度实验方法，以及实验等级。 ?标准主要模拟间接雷击（开关电源通常都无法经受直接雷击），如雷电击中户外电网线路，有大量电流流入外部线路或接地电阻，因而产生了干扰电压；间接雷击（如云层间或云层内的雷击）在外部线路上感应出的脉冲电压和电流；雷电击中线路邻近物体，在其周围建立强大电磁场，在外部线路上感应出电压；雷电击中附近地面，地电流通过公共接地系统时所引进的干扰。 ?电源适配器在浪涌抗扰试验标准处模拟自然界的雷击外，还提到了变电所等场合，因为开关动作而引进的干扰，如主电源系统切换时的干扰；同一电网，在靠近开关电源适配器附近的一些小开关跳动时形成的干扰；切换伴有谐振线路的晶闸管设备；各种系统性的故障，如设备接地网络或者接地系统间的短路和飞弧故障。 ?雷击浪涌抗扰度试验方法 ?1、根据试验品的实际使用和安装条件进行布局和配置，包括有些标准会改变体现波形发生器信号内阻的附加电阻。 ?2、根据产品要求来定试验电压的等级及试验部位。 ?3、在每个选定的试验部位上，正、负极性的干扰至少要各加5次，每次浪涌的最大重复率为1次/min。因为大多数系统用的保护装置在两次浪涌之间

雷击浪涌试验详细介绍

,. 雷击浪涌试验细则 1 试验环境布置 考虑试验安全性问题，建议将试验设备LSG506A以及CDN-532A接地。 LSG背面板 接地线 参考接地板 图1 浪涌试验环境布置 1.1 EUT电源端的试验配置 EUT电源端的试验包括AC主回路三相的试验和控制模块供电端子单相的试验。各项试验中包括线-线与线-地两种方式。示意图分别见图2-图5。

,. 图2 交流线（三相）上电容耦合的试验配置，线-线 图3交流线（三相）上电容耦合的试验配置，线-地 耦合网络

,. 图4 交/直流上电容耦合的配置，线-线 图5 交/直流上电容耦合的配置，线-地 注：图2-图5为干扰叠加在电源线上的原理图，并不是进行试验时我们的接线图。 1.2 EUT非屏蔽互联线的试验配置

,. 图6 非屏蔽互连线的试验配置，电容耦合方式 注：此方法用于对EUT 的I/O ，控制线端子进行浪涌试验。需使用40欧姆的电阻，以保护EUT 受试设备。 1.3 EUT 屏蔽通信线的试验配置 图7 屏蔽线的试验配置，直接施加 根据GB17626.5中7.6节的要求，非金属外壳产品的屏蔽线试验，可以直

,. 接施加在屏蔽线上。如上图所示，以共模的方式将浪涌干扰加到屏蔽线层上。 2 CPS 试验方法 2.1 KB0-T 、KB0-R 、KB0-B 的 AC 主回路电源端口试验 （1）试验判据 标准中无明确要求，参照试验判据表1，给出试验结果。 （2）施加干扰电压水平 主回路电源线的试验水平为线-地4kV ，线-线2kV 。脉冲在正负两个极性进行，相角为0°、90°。在每一极性和相角施加5次脉冲（共20个脉冲），每个脉冲之间的时间间隔为1min 。 （3）受试设备接线方式 KB0-T 、KB0-R 和KB0-B 主回路串联，进行线-线、线-地试验的接线方式分别如图8、9所示。图8中左图所示为标准中规定的受试设备的AC 主回路接线图，即将主回路三相串联，并用升流器分别给受试设备提供0.9倍和2倍的额定电流（0.9倍时，EUT 中的脱扣器应不动作，2倍额定电流时应在规定的时间内动作）。由于使用了升流器给EUT 供电，因此LSG 试验设备中的EUT 电源不接（悬空）。 升流器 L N PE LSG本机开关 01 背面板 正面板 LSG试验设备 接地 01内置CDN EUT电源 本机电源 EUT AC 主回路 开 开

浪涌抗扰度试验

浪涌冲击抗扰度测试及整改参考 浪涌冲击抗扰度测试及整改参考 1. 浪涌冲击形成的机理 电磁兼容领域所指的浪涌冲击一般来源于开关瞬态和雷击瞬态。 系统开关瞬态与以下内容有关： a ）主电源系统切换骚扰，例如电容器组的切换； b ）配电系统内在仪器附近的轻微开关动作或者负荷变化； c ）与开关装置有关的谐振电路，如晶闸管； d ）各种系统故障，例对设备组接地系统的短路和电弧故障。 雷击瞬态 雷电产生浪涌（冲击）电压的主要原理如下： a）直接雷击于外部电路（户外），注入的大电流流过接地电阻或外部电路阻抗而产生电压； b）在建筑物内、外导体上产生感应电压和电流的间接雷击（即云层之间或云层中的雷击或击于附近物体的雷击，这种雷击产生的磁场）；c）附近直接对地放电地雷电入地电流耦合到设备组接地系统的公共接地路径。 当保护装置动作时，电压和电流可能发生迅速变化，并可能耦合到内部电路。 2. 试验内容： 对电气和电子设备的供电电源端口、信号和控制端口在受到浪涌（冲击）干扰时的性能进行评定。 3 .试验目的： 评定设备在遭受到来自电力线和互连线上高能量浪涌（冲击）骚扰时产品的性能。 4.试验发生器（雷击浪涌发生器） a）信号发生器特性应尽可能地模拟开关瞬态和雷击瞬态现象； b）如果干扰源与受试设备的端口在同一线路中，例如在电源网络中（直接耦合），那么信号发生器在受试设备的端口能够模拟一个低阻抗源； c）如果干扰源与受试设备的端口不在同一线路中（间接耦合），那么信号发生器能够模拟一个高阻抗源。 对于不同场合使用的产品及产品的不同端口，由于相应的浪涌（冲击）瞬态波形各不相同，因此对应模拟信号发生器的参数也不相同。 5.试验实施 电源、信号和其他功能电量应在其额定的范围内使用，并处于正常的工作状态。 根据要进行试验的EUT的端口类型选择相应的试验试验波形发生器和耦合单元及相应的信号源内阻。 使受试设备处于典型工作条件下，根据受试设备端口及其组合，依次对各端口施加冲击电压，。 每种组合应针对不同脉冲极性进行测试，两次脉冲间隔时间不少于1min。 对电源端子进行浪涌测试时，应在交流电压波形的正、负峰值和过零点分别施加试验电压。 对电源线和信号线应分别在不同组合的共模和差模状态下施加脉冲冲击。 每种组合状态至少进行5次脉冲冲击。 若需满足较高等级的测试要求，也应同时进行较低等级的测试。 只有两者同时满足，我们才认为测试通过。 6.试验结果 若电快速速变脉冲群测试通不过，可能产生如下后果： （1 ）引起接口电路器件的击穿损坏。 （2 ）造成设备的误动作。 7.导致浪涌冲击抗扰度试验失败的原因 浪涌脉冲的上升时间较长，脉宽较宽，不含有较高的频率成分，因此对电路的干扰以传导为主。主要体现在过高的差模电压幅度导致输入器件击穿损坏，或者过高的共模电压导致线路与地之间的绝缘层击穿。由于器件击穿后阻抗很低，浪涌发生器产生的很大的电流随之使器件过热发生损坏。对于有较大平滑电容的整流电路，过电流使器件损坏也可能是首先发生的。

浪涌保护电路

利用VDR,TVS等抗浪涌保护器件搭建的浪涌保护电路，加在电源模块的前端，有效消除浪涌电压，已试验过。 1.压敏电阻： 它是以ZnO为主要成分的金属氧化物半导体非线性电阻，当作用在其两端的电压达到一定数值后，电阻对电压十分敏感。它的工作原理相当于多个半导体P-N的串并联。压敏电阻的特点是非线性特性好（I=CUα中的非线性系数α），通流容量大（～2KA/cm2），常态泄漏电流小（10-7～10-6A），残压低（取决于压敏电阻的工作电压和通流容量），对瞬时过电压响应时间快（～10-8s），无续流。 压敏电阻的技术参数主要有：压敏电压（即开关电压）UN，参考电压Ulma；残压Ures；残压比K（K=Ures/UN）；最大通流容量Imax；泄漏电流；响应时间。 压敏电阻的使用条件有：压敏电压：UN≥[（√2×1.2）/0.7]U0（U0为工频电源额定电压） 最小参考电压：Ulma≥（1.8～2）Uac （直流条件下使用） Ulma≥（2.2～2.5）Uac（在交流条件下使用，Uac为交流工作电压） 压敏电阻的最大参考电压应由被保护电子设备的耐受电压来确定，应使压敏电阻的残压低于被保护电子设备的而损电压水平，即（Ulma）max≤Ub/K，上式中K为残压比，Ub为被保护设备的而损电压。 2.抑制二极管： 抑制二极管具有箝位限压功能，它是工作在反向击穿区，由于它具有箝位电压低和动作响应快的优点，特别适合用作多级保护电路中的最末几级保护元件。抑制二极管在击穿区内的伏安特性可用下式表示：I=CUα，上式中α为非线性系数，对于齐纳二极管α=7～9，在雪崩二极管α=5～7. 抑制二极管的技术参数 击穿电压，它是指在指定反向击穿电流（常为lma）下的击穿电压，这于齐纳二极管额定击穿电压一般在2.9V～4.7V范围内，而雪崩二极管的额定击穿电压常在5.6V～200V范围内。 ⑵最大箝位电压：它是指管子在通过规定波形的大电流时，其两端出现的最

PFC电路防浪涌二极管的选用

PFC电路防浪涌二极管的选用 摘要：本文主要介绍了采用BOOST拓扑结构的PFC电路在浪涌二极管上的选用，对有浪涌二极管和无浪涌二极管的PFC电路进行了相应的试验验证。 关键词：BOOST PFC电路，浪涌二极管。 在目前常用的PFC电路中大多是采用BOOST拓扑结构，BOOST拓扑结构的PFC 电路能够起到很好的功率因素矫正和输出预稳压的作用，有利于较少交流输入电网的电流谐波分量，同时输出的预稳压对后的设计起到一个优化的作用。 在我们常用的BOOST PFC电路中常会用到一个浪涌二极管，如图1中的VD15,该二极管跨接在升压电感和升压二极管两端。浪涌的二极管的作用在理论上主要为在交流输入端存在有电压尖峰浪涌时，二极管能够在输入尖峰浪涌到达时导通，利用PFC输出的滤波电容对尖峰浪涌进行吸收，避免尖峰浪涌通过升压电感冲击到开关管，起到保护开关管的作用。但在实际应用中浪涌二极管的作用存在有一定的质疑，下面主要对有浪涌二极管和没有浪涌二极管的BOOST PFC电路进行比较试验。 如图1中的BOOST PFC电路，输入电压范围为154Vac~310Vac，输出为410Vdc，输出功率2KW，PFC输出过压保护点为440Vdc，控制电路采用UC3854B的平均电路控制模式。在电路中的VD15为浪涌二极管，在有浪涌二极管的PFC电路和无浪涌二极管的PFC电路进行比较试验，试验的内容主要考核在高压输入和浪涌输入时的PFC开关管保护能力。

图1 带有防浪涌二极管的PFC电路 在图1中PFC电路的正常工作输入电压范围达到300Vac以上，VD15使用的是RS806，针对在高压输入时RS806导通问题进行相应的试验，PFC输出电压为410Vdc，带额定负载，但输入电压调高到295Vac以上时浪涌二极管开始导通，同时PFC电路的功率因素开始降低，试验结果如下： 图1 CH1：升压电感电流 CH2：VD15电流图2 CH1：升压电感电流 CH2：VD15电流

信号口浪涌防护电路设计

信号口浪涌防护电路设计 通讯设备的外连线和接口线都有可能遭受雷击（直接雷击或感应雷击），比如交流供电线、用户线、ISDN接口线、中继线、天馈线等，所以这些外连线和接口线均应采取雷击保护措施。 设计信号口防雷电路应注意以下几点： 1、防雷电路的输出残压值必须比被防护电路自身能够耐受的过电压峰值低，并有 一定裕量。 2、防雷电路应有足够的冲击通流能力和响应速度。 3、信号防雷电路应满足相应接口信号传输速率及带宽的需求，且接口与被保护设 备兼容。 4、信号防雷电路要考虑阻抗匹配的问题。 5、信号防雷电路的插损应满足通信系统的要求。 6、对于信号回路的峰值电压防护电路不应动作，通常在信号回路中，防护电路的 动作电压是信号回路的峰值电压的1.3～1.6倍。 1.1网口防雷电路 网口的防雷可以采用两种思路：一种思路是要给雷电电流以泄放通路，把高压在变压器之前泄放掉，尽可能减少对变压器影响，同时注意减少共模过电压转为差模过电压的可能性。另一种思路是利用变压器的绝缘耐压，通过良好的器件选型与PCB设计将高压隔离在变压器的初级，从而实现对接口的隔离保护。下面的室外走线网口防雷电路和室内走线网口防雷电路就分别采用的是这两种思路。 1.1.1室外走线网口防雷电路 当有可能室外走线时，端口的防护等级要求较高，防护电路可以按图1设计。

a b 图1 室外走线网口防护电路 图1a 给出的是室外走线网口防护电路的基本原理图，从图中可以看出该电路的结构与室外走线E1口防雷电路类似。共模防护通过气体放电管实现，差模防护通过气体放电管和TVS 管组成的二级防护电路实现。图中G1和G2是三极气体放电管，型号是3R097CXA ，它可以同时起到两信号线间的差模保护和两线对地的共模保护效果。中间的退耦选用2.2Ω/2W 电阻，使前后级防护电路能够相互配合，电阻值在保证信号传输的前提下尽可能往大选取，防雷性能会更好，但电阻值不能小于2.2Ω。后级防护用的TVS 管，因为网口传输速率高，在网口防雷电路中应用的组合式TVS 管需要具有更低的结电容，这里推荐的器件型号为SLVU2.8-4。图 1b TX RX ，低节电容 ，低节电容

RS485抗雷击技术介绍

RS485抗雷击技术介绍 详细说明： RS485数据总线雷击过压防护 1．RS485总线的应用领域 工业控制，DCS，数据采集系统 高速公路收费系统 过程控制及制造 电力系统采集与控制系统 远程终端互连 2．雷击过压防护的必要性 由于RS485总线实行长距离传输(1200米以上)，而且其传输线通常暴露于户外，因此极易因为雷击等原因引入过电压。而RS485收发器工作电压较低（5V左右），其本身耐压也非常低（-7V~+12V），一旦过压引入，就会击穿损坏。在有强烈的浪涌能量出现时，甚至可 以看到收发器爆裂，线路板焦糊的现象。 3．防护方法及原理 以上为RS485总线的两级防护电路图。当雷击发生时，感应过电压由T与R端引入，G1.G2进行共模防护，G3进行差模保护，此时过电压被大大削弱到约500V左右，在经过电阻R1R2限流，TVS1/2二次限压后，到收发器的电压被钳制在6.8V左右，从而实现对收发器的保 护。 型号（G1/G2/G3）直流开启电压Vs(100V/S) 绝缘电阻Ir(DC100V) 静电电容（1KHZ） 通流能量（10/700us） TED485 120V~240V ≥100MΩ ≤2PF 4KV/500A 4．方案选择与对比 G1/G2/G3 R1/R2 TVS1/2 比较 方案一TED485 10Ω/1W P6KE6.8CA 体积小/防护中/成本低 方案二3R090 10Ω/1W P6KE6.8CA 体积大/防护高/成本高 方案三P0640 10Ω/1W P6KE6.8CA 体积小/防护低/成本中 5．知识问答 问：各种器件的选择依据是什么？ 答：G1G2G3的选择首先考虑其耐压耐流能力。如TED485能承受10/700us，4KV雷击测试；90V陶瓷管（3R090）可承受10/700us，8KV雷击测试；64V固体管（P0640）只能承受10/700us，3KV雷击测试。R1R2可选择限流效果最好的高成本PTC电阻，也可以选择低成本线绕电阻。经过实际测试，该方案中的线绕电阻选择10Ω/1W，价格低廉，效果不错；PTC则可采用10欧左右，200~300mA,耐压250V以上的陶瓷或高分子热敏电阻。

全厂防雷击浪涌方案(仪表部分)

大唐多伦年产46万吨煤基烯烃项目

一、情况介绍 大唐多伦年产46万吨煤基烯烃项目是采用SHELL粉煤气化技术将多伦的褐煤气化,采用LURGI技术制甲醇,然后转化为丙烯(简称三合一), 经聚合后制成聚丙烯(DOW技术)的项目。 装置分为: 预干燥装置: 将原煤干燥并处理成煤气化和动力站需要的粉煤,由粉煤输送系统将粉煤分配至煤气化 和动力站,二套控制系统均采用随机械设备带来的PLC系统,进行顺序控制,因这二处的PLC控 制与其他控制方式不同,为方便操作,分别设置独立的预干燥装置控制室和粉煤输送系统控制 室对原煤干燥和粉煤输送进行控制,其监控数据通过光纤输送至上位机管理系统,为生产调度 提供第一手一线生产资料。 预干燥装置分为三套生产系列（每套生产系列五套煤干燥系统，四开一备）, 分别对应 三台煤气炉。 粉煤输送装置分为三套输送系统（每套输送系统二条粉煤输送线，一开一备）, 分别对 应三台煤气炉。 煤气化装置<三套>: 三套SHELL大型煤气化装置并联运行,为全厂源源不断提供大量合格煤气。 煤气化装置独立设置一套DCS和ESD, 对三套煤气化炉采用分区控制, 各套煤气化炉均 可单独投运或停车, 负荷运行灵活。 空分装置(杭氧总承包): 空分装置配置三套大型空分,包括三台空气压缩机,按惯例,均由空分厂总承包。 空分装置的控制系统主要是冷箱内的自动控制,由杭氧负责设计施工。 空分装置采用三套DCS, 分别对三套空分装置实施控制, 各套空分均可单独投运或停车, 负荷运行灵活, 空分DCS与煤气化装置的DCS光纤通讯。

三台空气压缩机的控制由ITCC(机组综合控制系统)完成,由ITCC集成商负责安装指导,软件组态,调试投运等工作。 甲醇装置 甲醇装置流程较长, 包括一氧化碳变换<三套>，酸性气体脱除，合成气压缩，甲醇合成，甲醇精馏，中间罐区，硫回收，冷冻等工序。 由煤气化装置生产的煤气进一氧化碳变换工序(也是三套并联运行),将CO在触媒的作用下加H2O转换为CO2和H2,进入酸性气体脱除工序,脱除掉大部分的CO2和全部的硫化物(H2S, 脱除的气体叫酸气),净化后的气体经合成气压缩后送至甲醇合成,在触媒的作用下生成粗甲醇,再经过甲醇精馏工序制成精甲醇(成品甲醇)。 中间罐区主要用于贮存粗甲醇和精甲醇,在生产过程中起缓冲调节作用。 酸性气体脱除工序脱掉的酸气在硫回收装置里燃烧成SO2(产生蒸汽热能回收),再转化成单体硫(化工产品)。 冷冻工序负责装置的冷却吸收。 脱除的CO2返回煤气化装置。 合成气压缩机组和冷冻工序的大型蒸汽透平压缩机组的控制各自采用ITCC进行监控。 MTP装置: MTP装置是LURGI公司的新技术,包括反应, 再生,气体分离, 烯烃压缩及干燥, 净化, 乙烯制取,冷冻站等工序。 甲醇装置生产的甲醇在反应工序中经DME反应器转化成二甲醚,再经MTP反应器转变成烯烃,进气体分离脱除水份,由烯烃压缩机加压后在净化工序里分离成丙烯、汽油、LPG等分别进入各自贮罐,出净化的气体在乙烯制取工序分离出乙烯后返回前述之反应器,乙烯进入贮罐备用。

雷击浪涌发生器-雷击浪涌抗扰度试验首选3ctest

8 ●　超大L C D 显示，计算机控制，一次设定，自动完成测试项目； ●　试验时智能采集试品击穿电流 电压值，直接L C D 显示； ●　内置电流传感器、电压衰减器，B N C 连接示波器观测波形（高配）； ●　进口电子式主开关，波形稳定，可比性强，寿命长； ●　正负自动切换，正负极性可以交替切换； ●　程控高压电源，电压稳定精度高； ●　浪涌注入相位角度0~359°自由设定； ●　内置I E C 61000-4-5标准试验等级； ●　E M C K 3000测量软件保存波形和试验记录（选配）； ●　R S -232通讯接口，可实施远程控制。 全自动雷击浪涌模拟器 S G -5006G （台式）用于评估设备电源线和内部连接线在经受来自开关切换及自然界雷击所引起高能量瞬变干扰时的性能提供一个共同依据。 性能完全满足最新的IEC61000-4-5 和GB/T17626.5 GB/T16927.1要求。 根据客户要求可以满足A N S I C 62.41/45、U L 1449要求。 技术特点 S G -5006G 主要技术参数 0.1~3kA 2Ω±10% 1.2μs±30%50μs ±20% 自由设定0～359°IEC 四种标准试验等级10V/10kV 或6kV ，10V/5kA 或3kA 阻容耦合,其中差模时18μF 、共模时9μF /10Ω8μs ±30% 20μs±20% 正或负 正负交替输出电压波 输出阻抗浪涌注入相位内置标准等级浪涌耦合方式输出波形BNC 端口电压极性 输出电流波输出短路电流触发方式智能耦合/去耦网络（选配）工作电源电压范围 项 目 SG-5006G 0.2~6kV 同步/异步自由设置SGN-20G （三相五线,20A ）SGN-5010G （单相三线,20A ）单相AC220V ±10% 、50/60Hz 环境温度内包装尺寸（长×宽×高）重 量770×680×485mm 10°C ~ 40°C 约30kg

雷击浪涌发生器操作规程

雷击浪涌发生器操作规程 为正确、安全、规范的使用雷击浪涌发生器，以评定样机在经受来自电力线上高能量骚扰时的性能，特制定本操作规程。 一、【注意事项】 1.试验人员必须经培训合格后才能进行设备操作； 2.当手潮湿或相对湿度超过75%时，不要使用本设备； 3.因为有高压脉冲加到输出接线端子（如，2Ω，500Ω，L1，L2，L3等端口）， 如果改换接线，务必要在确认高压电源处于断开状态才能进行； 4.仪器的F.G.端子要良好接地； 5.本设备是利用高压水银开关来产生高压脉冲，严禁在设备倾斜状态下，进 行试验； 6.内带高压，请勿随意拆卸或敞开机壳工作； 7.当发生紧急情况时按EMERGENCY键仪器将迅速停止浪涌输出，关闭内部高压， 快速切断电源； 8.为保证试验的可比性和可重复性，试验配置必须规范； 9.非有关人员严禁操作本仪器。 二、【测试条件】 1.环境温度: 15℃～35℃； 2．相对湿度: 25％～75％。 三、【操作程序】 1.检查实验室雷击浪涌发生器的配置，需要按照相关标准和产品说明书进行配置， 特别注意的是仪器接地端子必须接入大地系统； 2.根据实验内容和仪器使用说明书的要求，完成相关接线，特别注意对需要接地的 设备必须接地，确认无误时再接入电网； 3.按雷击浪涌发生器使用说明书的要求，接好仪器电源和EUT电源输入端，打开前 面板上的POWER开关，并将仪器前面板的LINE ON空气开关向上合上，处于通路 状态； 4.设置参数：分别通过5个功能键选中需要设置对应的参数，再通过“△“增加健 和“▽“减小健设置。LEVEL为试验等级，试验按国标第4等级设置；VOLTAGE

浪涌防护器中的常用器件

浪涌防护器中的常用器件 目前在浪涌防护器中常用的器件主要包括： 1．金属氧化物压敏电阻（MOV） 金属氧化物压敏电阻是非线性的电子元件，允许大电流通过维持接线端（指定端）很低的残余电压。当金属氧化物压敏电阻遇到瞬时超过它的启动电压时，他立即由电阻抗变为低阻抗，让瞬间巨大的浪涌泻放到大地，是危险的高电压远离敏感的电子设备。典型的有氧化锌（ZnO）浪涌吸收器，它是一种以ZnO材料为主，添加多种过渡性金属氧化物经高温烧成处理而成的多晶半导体陶瓷元件。由于电微观结构的隧道效应，使它具有与齐纳二极管相似的非线性电压一电流特性曲线。另外，该元件的承受脉冲能量几乎是齐纳二极管的几十或几百倍。至今，这种元件已广泛地应用于电源设备或其他低频电路防雷击和吸引开关电涌。 2．滤波电容器 滤波电容器能够消除脉冲危害，并可以过滤高频噪音。当幅度为几十伏到几百伏的高脉冲进入电涌时，若没经过处理，这些脉冲会导致电子系统混乱和元件劣变。瞬间浪涌可以经金属氧化物压敏电阻与硅雪崩二极管的反应快并具钳位电压低的特性。为您提供最低的平稳钳位电压。同时由滤波电容器消除高频噪音。 3．混合型器件 混合型器件兼容了金属氧化物压敏电阻的大过流容量特性，提高浪涌电流导通能力，又具有硅雪二极管的反应快并具钳位电压低的特性。为您提供最低的平稳钳位电压。同时由滤波器消除高频噪音。 4．NTC热敏电阻器 抑制浪涌电流用负温度系数热敏电阻能有效地将开机瞬间的浪涌电流抑制在十分之一以内，而不影响仪器的正常工作，并且在正常工作时其阻值很小，从而所耗散的功率也很少。这类元件已广泛用于各类开关电源中。 5．瞬变电压抑制器（TVS） 瞬变电压抑制器（TVS）是一种特殊的硅二极管雪崩器件，故也称为闭变电压抑制二极管，其工作原理与齐纳二极管相似。特性及符号与齐纳二极管相同，但与一般的齐纳二极管不同的是对TVS器件有大面积的PN结，具有承受瞬间大电流的能力，另外它的反向特位为典型的雪崩型，在雪崩时有低动态阻抗及低竿位电压，只要将TVS并接受要保护的电路上，当有瞬态电压发生时，TVS将快速响应（击穿），以耗散大的浪涌电流，电路被塔位于低电压，使电路得以保护。

防雷开关电源电路的设计方案

一般建筑物上的避雷针只能预防直击雷，而强大的电磁场产生的感应雷和脉冲电压却能潜入室内危及电视、电话及电子仪表等用电设备。特别是太阳能控制仪表，由于太阳能安装位置的特殊情况，其使用稳定性是广大开发人员一直关注的重点。 瞬间高电压的雷击浪涌以及信号系统浪涌是引起仪表稳定性差的重要原因，信号系统浪涌电压的主要来源是感应雷击、电磁干扰(EMI)、无线电干扰和静电干扰。金属物体(如电话线)受到这些干扰信号的影响，会使传输中的数据产生误码，影响传输的准确性和传输速率。如何设计防雷电路成为仪表研发的关键问题。 雷击浪涌分析 防雷击浪涌电路的设计 解决方案： 应用将压敏电阻和陶瓷气体放电管的单相并联 使用线绕电阻断开电路 雷击浪涌分析 最常见的电子设备危害不是由于直接雷击引起的，而是由于雷击发生时在电源和通讯线路中感应的电流浪涌引起的。一方面由于电子设备内部结构高度集成化(VLSI芯片)，从而造成设备耐压、耐过电流的水平下降，对雷电(包括感应雷及操作过电压浪涌)的承受能力下降，另一方面由于信号来源路径增多，系统较以前更容易遭受雷电波侵入。浪涌电压可以从电源线或信号线等途径窜入电脑设备，我们就这两方面分别讨论： 1、电源浪涌 电源浪涌并不仅源于雷击，当电力系统出现短路故障、投切大负荷时都会产生电源浪涌，电网绵延千里，不论是雷击还是线路浪涌发生的几率都很高。当距你几百公里的远方发生了雷击时，雷击浪涌通过电网光速传输，经过变电站等衰减，到你的电脑时可能仍然有上千伏，这个高压很短，只有几十到几百个微秒，或者不足以烧毁电脑，但是对于电脑内部的半导体元件却有很大的损害，正象旧音响的杂音比新的要大是因为内部元件受到损害一样，随着这些损害的加深，电脑也逐渐变的越来越不稳定，或有可能造成您重要数据的丢失。 美国GE公司测定一般家庭、饭店、公寓等低压配电线(110V)在10000小时(约一年零两个月)内在线间发生的超出原工作电压一倍以上的浪涌电压次数达到800余次，其中超过1000V的就有300余次。这样的浪涌电压完全有可能一次性将电子设备损坏。 2、信号系统浪涌 信号系统浪涌电压的主要来源是感应雷击、电磁干扰、无线电干扰和静电干扰。金属物体(如电话线)受到这些干扰信号的影响，会使传输中的数据产生误码，影响传输的准确性和传输速率。排除这些干扰将会改善网络的传输状况。 基于以上的技术缺陷和状况，本文根据实际使用设计了一种基于压敏电阻和陶瓷气体放电管的单相并联式抗雷击浪涌的开关电源电路。 防雷击浪涌电路的设计 本文所设计的是一种基于压敏电阻和陶瓷气体放电管的单相并联式抗雷击浪涌电路，并将其应用到仪表的开关电源上。整个电路包括防雷电路和开关电源电路，其中防雷电路采用3个压敏电阻和一个陶瓷气体放电管组成复合式对称电路，共模、差摸全保护。与经典的开关电源电路组成防雷仪表的电源电路，采用压敏电阻并联，延长使用寿命，在压敏电阻短路失效后与开关电源电路分离，不

LED 照明电源防雷击浪涌保护电路

====================================================================== LED照明电源及驱动电路的保护 由于LED电源和驱动电路容易遭受过电冲击和短路故障而损坏，因此在驱动电路设计中要充分考虑各 种故障状态的保护措施，以提高电路的可靠性，从而降低返修率。PTC可以实现交流电源的过流和短路保 护，MOV用于过电冲击和浪涌保护。PTC+TVS系列是用于直流电源输入口的过压过流综合保护元件，LED 灯串联的表面贴装保险丝则是实现负载过流或断路故障保护。 如图为LangTuo Electronics可用于开关模式电源供应（SMPS）和LED 驱动输入输出的综合保护机制。PPTC 也是一种过流保护器件，可以安装在同电源输入串联的位置上，用来防止电路短接、电流过载或者 用户误操作引起的危害。另外，在输入端放置一个MOV 也可以为LED模块提供过压保护。 MOV与GDT气体放电管的组合使用-----许多设备生产商倾向于使用联合的保护电路，把可重置PPTC 器件 同上游的防雷保护结合在一起。 LED 驱动器也很容易受到不当的直流电压和极性错误的损害。其输出也可能被未加留意的短接破坏。电 源接口同样也会受到瞬间电压过压的损害，另外还有ESD 冲击。驱动器输入端，简单提供了一个传统的箝 位二极管，可以防止瞬变提供反向偏置保护和过流保护。 总结 可重置PPTC 器件可以防止LED照明应用中由过流或温度过高导致的损害。MOV+GDT（LT-B5G600L）过 压保护器件可以帮助生产商满足一系列的安全管理机构的要求，同时还能提供高电流处理及能量吸收处理 能力，另外还能对瞬变过压作出快速反应。ESD 保护器件可以防止ESD 问题，且保持很低的电容。

RS485防雷击浪涌技术介绍

RS485数据总线雷击过压防护技术介绍 2006年06月24日浏览 669次 论文摘要：由于RS485总线实行长距离传输(1200米以上)，而且其传输线通常暴露于户外，因此极易因为雷击等原因引入过电压。而RS485收发器工作电压较低（5V左右），其本身耐压也非常低（-7V~+12V），一旦过压引入，就会击穿损坏。在有强烈的浪涌能量出现时，甚至可以看到收发器爆裂，线路板焦糊的现 象。 作 者：赵吉祥 RS485数据总线雷击过压防护 1． RS485总线的应用领域 工业控制，DCS，数据采集系统 高速公路收费系统 过程控制及制造 电力系统采集与控制系统 远程终端互连 2． 雷击过压防护的必要性 由于RS485总线实行长距离传输(1200米以上)，而且其传输线通常暴露于户外，因此极易因为雷击等原因引入过电压。而RS485收发器工作电压较低（5V左右），其本身耐压也非常低（-7V~+12V），一旦过压引入，就会击穿损坏。在有强烈的浪涌能量出现时，甚至可以看到收发器爆裂，线路板焦糊的现象。 3． 防护方法及原理 以上为RS485总线的两级防护电路图。当雷击发生时，感应过电压由T与R端引入，G1.G2进行共模防护，G3进行差模保护，此时过电压被大大削弱到约500V左右，在经过电阻R1R2限流，TVS1/2/3二次限压后，到收发器的电压被钳制在6.8V左右，从而实现对收发器的保护。 型 号（G1/G2/G3） 直流开启电压Vs(100V/S) 绝缘电阻Ir(DC100V) 静电电容（1KHZ） 通流能量

（10/700us） GS41-181N 120V~240V ≥100MΩ ≤2PF 4KV/500A 4． 方案选择与对比 G1/G2/G3 R1/R2 TVS1/2/3 比较 方案一 GS41-181N 10Ω/1W P6KE6.8CA 体积小/防护中/成本低 方案二 3R090 10Ω/1W P6KE6.8CA 体积大/防护高/成本高 方案三 P0640 10Ω/1W P6KE6.8CA 体积小/防护低/成本中 5． 知识问答 问：各种器件的选择依据是什么？ 答：G1G2G3的选择首先考虑其耐压耐流能力。如GS41-181N能承受10/700us，4KV雷击测试；90V陶瓷管（3R090）可承受10/700us，8KV雷击测试；64V固体管（P0640）只能承受10/700us，3KV雷击测试。R1R2可选择限流效果最好的高成本PTC电阻，也可以选择低成本线绕电阻。经过实际测试，该方案中的线绕电阻选择10Ω/1W，价格低廉，效果不错；PTC则可采用10欧左右，200~300mA,耐压600V 的陶瓷或高分子热敏电阻。TVS1/2/3选择根据芯片的工作电压与耐压决定，一般略高于芯片最高工作电压。 问：过压防护标准的依据是什么？ 答：IEC61000-4-5，ITU-T K20/K21及国标GB9043均有关于雷击浪涌抗扰度测试标准。其通信线路的最高测试标准为10/700us,4KV。10/700us为通信线路中感应出的雷电压波形，表示从零值上升至峰值为时 间为10us，下降至峰值的一半为700us。 问：雷击过压防护的接地要求？ 答：雷击浪涌防护除了需要选择优质的防护器件，进行良好的电路板设计，接地也是其最重要的要求。一般防雷地都必要可靠的连接至大地，且接地电阻不能超过10欧。可靠的接地可以大大提高防护效果，而不 良的接地也会大大消弱防护效果。

雷击浪涌试验细则

. . . . 雷击浪涌试验细则 1 试验环境布置 考虑试验安全性问题，建议将试验设备LSG506A以及CDN-532A接地。 LSG背面板 接地线 参考接地板 图1 浪涌试验环境布置 1.1 EUT电源端的试验配置 EUT电源端的试验包括AC主回路三相的试验和控制模块供电端子单相的试验。各项试验中包括线-线与线-地两种方式。示意图分别见图2-图5。 . 资 料. .. .

. . . . . 资料. .. . 图2 交流线（三相）上电容耦合的试验配置，线-线 图3交流线（三相）上电容耦合的试验配置，线-地 耦合网络

. . . . . 资料. .. . 图 4 交/直流上电容耦合的配置，线-线 图 5 交/直流上电容耦合的配置，线-地 注：图2-图5为干扰叠加在电源线上的原理图，并不是进行试验时我们的接线图。 1.2 EUT 非屏蔽互联线的试验配置

. . . . . 资料. .. . 图6 非屏蔽互连线的试验配置，电容耦合方式 注：此方法用于对EUT 的I/O ，控制线端子进行浪涌试验。需使用40欧姆的电阻，以保护EUT 受试设备。 1.3 EUT 屏蔽通信线的试验配置 图7 屏蔽线的试验配置，直接施加 根据GB17626.5中7.6节的要求，非金属外壳产品的屏蔽线试验，可以直接施加在屏蔽线上。如上图所示，以共模的方式将浪涌干扰加到屏蔽线层上。

. . . . . 资料. .. . 2 CPS 试验方法 2.1 KB0-T 、KB0-R 、KB0-B 的 AC 主回路电源端口试验 （1）试验判据 标准中无明确要求，参照试验判据表1，给出试验结果。 （2）施加干扰电压水平 主回路电源线的试验水平为线-地4kV ，线-线2kV 。脉冲在正负两个极性进行，相角为0°、90°。在每一极性和相角施加5次脉冲（共20个脉冲），每个脉冲之间的时间间隔为1min 。 （3）受试设备接线方式 KB0-T 、KB0-R 和KB0-B 主回路串联，进行线-线、线-地试验的接线方式分别如图8、9所示。图8中左图所示为标准中规定的受试设备的AC 主回路接线图，即将主回路三相串联，并用升流器分别给受试设备提供0.9倍和2倍的额定电流（0.9倍时，EUT 中的脱扣器应不动作，2倍额定电流时应在规定的时间内动作）。由于使用了升流器给EUT 供电，因此LSG 试验设备中的EUT 电源不接（悬空）。 升流器 L N PE LSG本机开关 01 背面板 正面板 LSG试验设备 接地 01内置CDN EUT电源 本机电源 EUT AC 主回路 开 开 图8 AC 主回路浪涌试验电路，线-线

485通信防雷击浪涌方案

RS485数据总线雷击过压防浪涌保护方案 2008-11-08 15:45:51| 分类：串口系列| 标签：|字号大中小订阅 1、RS485 总线的应用领域： 工业控制，DCS，数据采集系统 高速公路收费系统 过程控制及制造 电力系统采集与控制系统 远程终端互连 2、雷击过压防护的必要性： 由于RS485总线实行长距离传输(1200米以上)，而且其传输线通常暴露于户外，因此极易因为雷击等原因引入过电压。而RS485收发器工作电压较低（5V左右），其本身耐压非常低（-7~+12V），一旦过压引入，就会击穿损坏芯片。还有强烈的浪涌能量出现时，甚至可以看到收发器爆裂，线路板焦糊的 现象。 3、防护方法及原理图： 以上为RS485总线的两级防护电路图。当雷击发生时，感应过电压由两端引入，G2与G3进行共模防护，G1进行差模防护，此时过电压被大大削弱到约500V左右，在经过电阻R1、R2限浪，TVS1/2二次限压后，到收发器的电压被箝制在6.8V左右，从而实现对收器的保护。 4、方案选择与对比

该方案中的线绕电阻选择为10Ω/1W,价格低廉，效果不错；PTC则可以采用10Ω左右，100~200MA，耐压250V以上的自恢复保险丝。TVS1/2选择根据芯片的工作电压与耐压决定，一般略高于芯片最高工作电压，可以6.8V-10V之间选择。 问：过压防护标准的依据是什么？ IEC6100-4-5，ITU-T K20/K21及国标GB9043均有关于雷击浪涌抗扰度测试标准。其通信线路的最高测试标准为10/700μS,4KV。10/700μS为通信线路中感应出的雷电压波形，表示从零值上升至峰为时间为10ms , 下降至峰值的一半为700μS。 问：雷击过压防护的接地要求？ 雷击浪涌防护除了需要选择优质的防护器件，进行良好的电路板设计，接地也是其最重要的要求。一般防雷地都必要可靠的连接至大地，且接地电阻不能超过10欧，可靠的接地可以大大提高防护效果，而不良的接地也会大大削弱防护效果。 问：为了降低成本及体积，可不可以只采用一级防护？ 不好，能承受大能量雷击的器件不可能一次将雷击电压钳制到芯片可以承受的水平，TVS虽然可以将雷击电压一次钳制到芯片可在承受的水平，但是 不能承受大的雷击能量，因此必须两级防护。 问：RS232，RS422的防护与RS485有何区别？ 防护方法完全相同。只是根据其工作电压的不同，精细保护器件TVS的电压参数应选择不同。如RS232最大工作电压为15V，则TVS选择为P6KE18CA 或贴片SMBJ15CA，RS422最大工作电压为12V，则TVS选择为P6KE15CA或贴片SMBJ12CA RS485口较常见的损坏情况如下： ●R1或R2被烧断，(10Ω/1W的电阻根本就不能承受雷击测试.)TV1、TV2和485芯片完好。这是由于有较大的瞬态干扰电流经R1或R2、会将 其烧断。 ●485芯片损坏(YS301..等300V放电管起不到任何保护作用)R1、R2和TV1、TV2完好。这主要可能是受到静电冲击或瞬态过电压速度快于TV1、 TV2的动作速度造成的，静电无处不在，仅人体模式也会产生±15kV的静电。 ●TV1或TV2、485芯片损坏，R1和R2完好。这可能是受到高电压低电流的瞬态干扰电压将TV1或TV2和485芯片击穿，由于电流较小和发 生时间较短因而R1、R2不至于发热烧断。 由以上分析得知485接口损坏的主要原因是由于瞬态过电压和静电造成，产生瞬态过电压和静电的原因很多也较复杂，所以EIA-485标准要求将各个RS485接口的信号地用一条低阻值导线连接在一起以保证各节点的地电位相等，消除地线环流！ 当带电插拔未隔离的连接电缆时，由于两端电位不相等电路中又存在诸多电感、电容之类的器件，插拔瞬间必然产生瞬态过电压或过电流。 连接在RS485总线上的其它设备产生的瞬态过电压或过电流同样会流入，总线上连接的设备站点数越多，产生瞬态过电压的因素也越多。 当通信线路较长或有室外架空线时，雷电必然会在线路上造成过电压，其能量往往是巨大的。 解决办法： ●应将瞬态抑制二极管靠近接口，限流(匹配)电阻靠近芯片。 ●选用带静电保护、过热保护、输入失效保护等保护措施完善的高挡次RS485芯片。 ●采用响应速度更快、承受瞬态功率更大的新型保护器件TVS或陶瓷浪涌吸收器，如LT-BS0080MS的,2KV 10/700uS，宽频优化保护器 LT-B3D420L则可抗击5KA以上大电流冲击。 ●R1和R2采用正温度系数的自恢复保险PTC，如K250-120，正常情况下的电阻值为5欧，并不影响正常通信，当受到浪涌冲击时，大电流流 过PTC和保护器件TVS，PTC的电阻值将骤然增大，使浪涌电流迅速减小。