防雷擊浪涌的開關電源電路設計
中心議題雷擊浪涌分析防雷擊浪涌電路的設計解決方案應用將壓敏電阻和陶瓷氣體放電管的單相并聯使用線繞電阻斷開電路
隨著城市經濟的發展感應雷和雷電波侵入造成的危害卻大大增加一般建筑物上的避雷針只能預防直擊雷而強大的電磁場產生的感應雷和脈沖電壓卻能潛入室內危及電視電話及電子儀表等用電設備特別是太陽能控制儀表由于太陽能安裝位置的特殊情況其使用穩定性是廣大開發人員一直關注的重點
瞬間高電壓的雷擊浪涌以及信號系統浪涌是引起儀表穩定性差的重要原因信號系統浪涌電壓的主要來源是感應雷擊電磁干擾EMI無線電干擾和靜電干擾金屬物體如電話線受到這些干擾信號的影響會使傳輸中的數據產生誤碼影響傳輸的準確性和傳輸速率如何設計防雷電路成為儀表研發的關鍵問題
雷擊浪涌分析
最常見的電子設備危害不是由于直接雷擊引起的而是由于雷擊發生時在電源和通訊線路中感應的電流浪涌引起的一方面由于電子設備內部結構高度集成化VLSI芯片從而造成設備耐壓耐過電流的水平下降對雷電包括感應雷及操作過電壓浪涌的承受能力下降另一方面由于信號來源路徑增多系統較以前更容易遭受雷電波侵入浪涌電壓可以從電源線或信號線等途徑竄入電腦設備我們就這兩方面分別討論
1電源浪涌
電源浪涌并不僅源于雷擊當電力系統出現短路故障投切大負荷時都會產生電源浪涌電網綿延千里不論是雷擊還是線路浪涌發生的幾率都很高當距你幾百公里的遠方發生了雷擊時雷擊浪涌通過電網光速傳輸經過變電站等衰減到你的電腦時可能仍然有上千伏這個高壓很短只有幾十到幾百個微秒或者不足以燒毀電腦但是對于電腦內部的半導體元件卻有很大的損害正象舊音響的雜音比新的要大是因為內部元件受到損害一樣隨著這些損害的加深電腦也逐漸變的越來越不穩定或有可能造成您重要數據的丟失
美國GE公司測定一般家庭飯店公寓等低壓配電線110V在10000小時約一年零兩個月內在線間發生的超出原工作電壓一倍以上的浪涌電壓次數達到800余次其中超過1000V的就有300余次這樣的浪涌電壓完全有可能一次性將電子設備損壞
2信號系統浪涌
信號系統浪涌電壓的主要來源是感應雷擊電磁干擾無線電干擾和靜電干擾金屬物體如電話線受到這些干擾信號的影響會使傳輸中的數據產生誤碼影響傳輸的準確性和傳輸速率排除這些干擾將會改善網絡的傳輸狀況
基于以上的技術缺陷和狀況本文根據實際使用設計了一種基于壓敏電阻和陶瓷氣體放電管的單相并聯式抗雷擊浪涌的開關電源電路
防雷擊浪涌電路的設計
本文所設計的是一種基于壓敏電阻和陶瓷氣體放電管的單相并聯式抗雷擊浪涌電路并將其應用到儀表的開關電源上整個電路包括防雷電路和開關電源電路其中防雷電路采用3個壓敏電阻和一個陶瓷氣體放電管組成復合式對稱電路共模差摸全保護與經典的開關電源電路組成防雷儀表的電源電路采用壓敏電阻并聯延長使用壽命在壓敏電阻短路失效后與開關電源電路分離不會引起失火
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為了實現上述目的所采取的設計方案是將壓敏電阻和陶瓷氣體放電管的單相并聯式抗雷擊浪涌電路應用到儀表的電源上主要分為防雷電路部分和開關電源電路部分電路簡單采用復合式對稱電路共模差摸全保護可以不分LN端連接使壓敏電阻RV1位于貼片整流模塊前端分別與電源LN并聯主要來鉗位LN線間電壓壓敏電阻RV0RV2與陶瓷氣體放電管FD1串聯后接地RV0與FD1串聯主要是泄放L線上感應雷擊浪涌電流RV2與FD1串聯主要是泄放由信號口串人24V參考電位上的能量RV0RV2短路失效后FD1可將其與電源電路分離不會導致失火現象
RV1前端線路上串聯了一個線繞電阻當此RV1短路失效時線繞電阻可起到保險絲的作用將短路電路斷開壓敏電阻屬電壓鉗位型保護器件其鉗位電壓點即壓敏電阻參數選擇相對比較重要選壓敏電壓高一點的通流量大一些的更安全耐用故障率低根據通流容量要求選擇外形尺寸和封裝形式本電路中采用561k－10D的壓敏電阻與陶瓷氣體放電管串聯來延長使用壽命和確保安全
陶瓷氣體放電管的通流容量根據要求的通流容量選擇電路采用3RM470L－7．5－L通流量為5000A線繞電阻R1起限流分壓作用貼片整流模塊為開關電源電路前端整流作用C1為高壓濾波電容Y1為去耦電容電阻R2和電容C2及VD2組成開關電源芯片MOS管的吸收鉗位電路保護芯片開關電源芯片采用PI公司的TNY27系列TR1為高頻變壓器VD3C3構成高頻變壓器次級濾波U2VD4R3R4R5構成開關電源電路的反饋電路可將變壓器次級輸出電壓穩定在設計值此防雷抗浪涌電路在實際使用中取得了較好的效果
基于壓敏電阻和陶瓷氣體放電管的單項并聯式防雷電路在近年的太陽能控制儀表開發中逐漸被廣大設計人員所青睞本文所設計的電路就其嚴謹性完全符合國標GB／T17626．5的試驗標準在實際使用中可以空出PCB板的空間來為開發者提供隨心所欲的設計舞臺
