電源口防雷電路設(shè)計(jì)方案

電源口防雷電路的設(shè)計(jì)需要注意的因素較多，有如下幾方面：

1、防雷電路的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足規(guī)定的防護(hù)等級(jí)要求，且防雷電路的殘壓水平應(yīng)能夠保護(hù)后級(jí)電路免受損壞。

2、在遇到雷電暫態(tài)過(guò)電壓作用時(shí)，保護(hù)裝置應(yīng)具有足夠快的動(dòng)作響應(yīng)速度，即能盡早的動(dòng)作限壓和旁路泄流。

3、防雷電路加在饋電線路上，不應(yīng)影響設(shè)備的正常饋電。例如，采用串聯(lián)式電源防雷電路時(shí)，防雷電路應(yīng)可通過(guò)設(shè)備滿負(fù)荷工作時(shí)的電流并有一定的裕量。

4、防護(hù)電路在系統(tǒng)的最高工作電壓時(shí)不應(yīng)動(dòng)作。通常在交流回路中，防護(hù)電路的動(dòng)作電壓是交流工作電壓有效值的2.2～2.5倍，在直流回路中，防護(hù)電路的動(dòng)作電壓是直流額定工作電壓的1.8～2倍。

5、防雷電路加在饋電線路上，不應(yīng)給設(shè)備的安全運(yùn)行帶來(lái)隱患。例如，應(yīng)避免由于電路設(shè)計(jì)不當(dāng)而使防雷電路存在著火等安全隱患。

6、在整個(gè)饋電通路上存在多級(jí)防雷電路時(shí)，應(yīng)注意各級(jí)防雷電路間有良好的配合關(guān)系，不應(yīng)出現(xiàn)后級(jí)防雷電路遭到雷擊損壞而前級(jí)防雷電路完好的情況。

7、防雷電路應(yīng)具有損壞告警、遙信、熱容和過(guò)流保護(hù)功能，并具有可替換性。

下面分別給出交流電源口和直流電源口的防雷電路設(shè)計(jì)指導(dǎo)。

01 交流電源口防雷電路設(shè)計(jì)

1、交流電源口防雷電路

交流電源口防雷電路

上圖是一個(gè)兩級(jí)的交流電源口防護(hù)電路：

1、G1和G2為氣體放電管

2、Rvz1～Rvz6為壓敏電阻

3、F1和F2為空氣開(kāi)關(guān)

4、F3和F4為保險(xiǎn)

5、L1和L2是退耦電感

電路原理簡(jiǎn)述如下：

第1級(jí)防雷電路為具有共模和差模保護(hù)的電路，差模保護(hù)采用的壓敏電阻。共模保護(hù)采用壓敏電阻和氣體放電管串聯(lián)。第1級(jí)防雷電路的通流能力較高，通常在幾十kA（8/20us）。第1級(jí)防雷電路宜選用空氣開(kāi)關(guān)做短路過(guò)流故障的保護(hù)器件。

第2級(jí)防雷電路的形式與第1級(jí)相同，合理設(shè)計(jì)第1級(jí)電路和第2級(jí)電路間的電感值，可以使大部分的雷電流通過(guò)第1級(jí)防雷電路泄放，第2級(jí)電路只泄放少部分雷電流，這樣就可以通過(guò)第2級(jí)電路將防雷器的輸出殘壓進(jìn)一步降低以達(dá)到保護(hù)后級(jí)設(shè)備的目的。第2級(jí)防雷電路應(yīng)選用保險(xiǎn)作保護(hù)器件。

防護(hù)電路中各保護(hù)器件的通流量的選擇應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求并有一定裕量；差模壓敏電阻的壓敏電壓取值可按壓敏電阻章節(jié)給出的方法選擇；壓敏電阻和氣體放電管串聯(lián)的共模防護(hù)電路中，壓敏電阻、空氣放電管的取值仍可按壓敏、放電管單獨(dú)并接在線路中時(shí)的相關(guān)章節(jié)給出的計(jì)算方法來(lái)選取。

02 交流電源口防雷電路變型

1、變型電路1

交流電源口變型電路1

變型電路1將原電路中的電感換成了一定長(zhǎng)度的饋電線。規(guī)定長(zhǎng)度的饋電線所具有的電感量與原電路中電感的感值是基本相同的。將電感換成饋電線的優(yōu)點(diǎn)是：在設(shè)備的工作電流很大的情況下，合理的選擇饋電線線徑就可以滿足給設(shè)備供電的需求，克服了在設(shè)備供電電流很大時(shí)，空心電感的體積過(guò)大而無(wú)法在電路上實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題。第1級(jí)的防護(hù)電路和第2級(jí)的防護(hù)電路可以分別放置在兩個(gè)不同的設(shè)備中實(shí)現(xiàn)，例如：將第1級(jí)防護(hù)電路設(shè)計(jì)為一個(gè)獨(dú)立的防雷箱，將第2級(jí)防雷電路內(nèi)置于通信設(shè)備中。

由于去掉了電感，變型電路1可以看作為兩個(gè)并聯(lián)式的防雷電路。當(dāng)這兩級(jí)防雷電路做成兩個(gè)單獨(dú)的防雷器時(shí)，需要注意防雷器的安裝問(wèn)題。

2、?變型電路2

交流電源口變型電路2

變型電路2是交流防雷電路的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)：只保留防雷電路中的第1級(jí)防雷電路或者第2級(jí)防雷電路，其它設(shè)計(jì)要點(diǎn)同交流電源口防雷電路。

電路a在后級(jí)電路抗浪涌過(guò)電壓能力較強(qiáng)時(shí)采用，電路b在外部具有一級(jí)保護(hù)措施時(shí)采用，一般設(shè)計(jì)在電源模塊內(nèi)部。變形電路2降低了電路的復(fù)雜性，并且由于去掉了電感，不需要考慮滿足通過(guò)設(shè)備正常工作電流的需要，方案更容易實(shí)現(xiàn)。由于該電路去掉了電感，它由一個(gè)串聯(lián)式防雷電路變成了一個(gè)并聯(lián)式防雷電路。當(dāng)這個(gè)電路做成一個(gè)獨(dú)立的防雷器時(shí)，需要注意防雷器的安裝問(wèn)題。

03 直流電源口防雷電路設(shè)計(jì)

1、直流電源口防雷電路

直流電源口防雷電路

上圖是一個(gè)具有串聯(lián)式2級(jí)差模防護(hù)的電路，可以做到標(biāo)稱放電電流5kA，電路原理簡(jiǎn)述如下：

第1級(jí)采用兩個(gè)壓敏電阻并聯(lián)的差模保護(hù)，兩個(gè)氣體放電管并聯(lián)進(jìn)行共模保護(hù)（注：這里選用兩個(gè)器件并聯(lián)的目的是降低殘壓和增大通流能力，在使用單個(gè)器件滿足要求的情況下可以只使用一個(gè)器件），可以達(dá)到標(biāo)稱放電電流5kA的設(shè)計(jì)指標(biāo)，第2級(jí)采用壓敏電阻和TVS管保護(hù)，將殘壓降低到后級(jí)電路能夠承受的水平，其中TVS管T1推薦采用雙向TVS管，可以防反接，也可以采用單向的TVS管，但具有不防反接的缺點(diǎn)。共模保護(hù)采用兩個(gè)氣體放電管并聯(lián)構(gòu)成的1級(jí)防護(hù)電路。該電路的優(yōu)點(diǎn)是具有較低的輸出殘壓，適用于后級(jí)電路抗過(guò)電壓水平很低的情況。防雷電路中各保護(hù)元件通流量、壓敏電壓、反向擊穿電壓的選擇、電感的取值可參照相關(guān)章節(jié)給出的方法進(jìn)行。兩級(jí)防雷電路都應(yīng)選用保險(xiǎn)做保護(hù)器件。

該防護(hù)電路的應(yīng)用場(chǎng)合是后級(jí)電路的抗浪涌過(guò)電壓的能力較弱，一級(jí)防雷電路不足以保護(hù)后級(jí)的設(shè)備，需要通過(guò)第2級(jí)的防雷電路將殘壓進(jìn)一步降低。

04 直流電源口防雷電路類型

1、變型電路1

直流電源口變型電路1

變型電路1將圖6-4直流電源口防雷電路中的電感換成了一定長(zhǎng)度的饋電線。規(guī)定長(zhǎng)度的饋電線所具有的電感量與原電路中電感的感值是基本相同的。將電感換成饋電線的優(yōu)點(diǎn)是：在設(shè)備的工作電流很大的情況下，合理的選擇饋電線線徑就可以滿足給設(shè)備供電需求，克服了在設(shè)備供電電流很大時(shí)，空心電感的體積過(guò)大而無(wú)法在電路上實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題。第1級(jí)的防護(hù)電路和第2級(jí)的防護(hù)電路可以分別放置在兩個(gè)不同的設(shè)備中實(shí)現(xiàn)，例如：將第1級(jí)防護(hù)電路設(shè)計(jì)到直流高阻柜中，將第2級(jí)防雷電路內(nèi)置于通信設(shè)備中。

由于去掉了電感，變型電路1可以看作為兩個(gè)并聯(lián)式的防雷電路。當(dāng)這兩級(jí)防雷電路做成兩個(gè)單獨(dú)的防雷器時(shí)，需要注意防雷器的安裝問(wèn)題。

2、變型電路2

直流電源口變型電路2

變型電路2是直流電源口防雷電路的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)：保留防雷電路中的第1級(jí)防雷電路（注：這里選用兩個(gè)器件并聯(lián)的目的是降低殘壓和增大通流能力，在使用單個(gè)器件滿足要求的情況下可以只使用一個(gè)器件），去掉電感及第2級(jí)防雷電路。其它設(shè)計(jì)要點(diǎn)同直流電源口防雷電路。

變型電路2的應(yīng)用場(chǎng)合是在后級(jí)電路抗浪涌過(guò)電壓能力較強(qiáng)時(shí)采用，這個(gè)方案可以降低電路的復(fù)雜性。同時(shí)由于去掉了電感，不需要考慮滿足通過(guò)設(shè)備正常工作電流的需要，方案更容易實(shí)現(xiàn)。由于變型電路2去掉了電感，它由一個(gè)串聯(lián)式防雷電路變成了一個(gè)并聯(lián)式防雷電路。當(dāng)這個(gè)電路做成一個(gè)獨(dú)立的防雷器時(shí)，需要注意防雷器的安裝問(wèn)題。

審核編輯：湯梓紅