防雷防静电知识简介

4.其它措施： *印刷电路板的布局好坏 *电气隔离：安装光耦等 *信号线路上加阻容组件 *一种广泛使用的方法就是加TVS管
谢谢大家！
二、常见的防雷器件
常用的浪涌抑制器件有：
1. 气体放电管； 2.金属氧化物压敏电阻MOV； 3. 瞬变电压抑制器TVS管；
1.气体放电管
气体放电管利用气体放电短路的原理。它跨接在线路输入端，没 有浪涌时阻抗非常大，可达10G欧姆，电容约1-5pF，所以不会对 线路有任何影响。当浪涌高电压脉冲输入时放电管放电导通，这 时阻抗很小只有几个毫欧，从而给浪涌能量提供了泄放通路，不 至于进入内部电路。
在选用TVS时，应考虑以下几个主要因素： (1)若TVS有可能承受来自两个方向的尖峰脉冲电压(浪涌电压)冲击 时，应当选用双极性的，否则可选用单极 (2)所选用TVS的Vc值应低于被保护元件的最高电压。Vc是二极管在 截止状态的电压，它不能大于被保护回路的可承受极限电压，否 则器件面临被损坏的危险。 (3)TVS在正常工作状态下不要处于击穿状态，最好处于VR以下，应 综合考虑VR和VC两方面的要求来选择适当的TVS。
放电管的优点是能承受很高的冲击电流，大于20kA， 几十微妙，脉冲过后的后续电流最长可持续半个电源周期 （10mS），幅度仍高达300A，但大多数放电管持续电流 只能承受100A，所以最好在使用时串联一个金属氧化物薄 膜电阻，以限制后续电流幅值。对于电源中的重复浪涌脉 冲，放电管可承受5000A蜂值、10us上升时间、1000us宽 度的浪涌50次，其后寿命降低，起始放电电压逐渐变小

2. 而当雷电放电在周围空间辐射电磁场，从而使 地面上的金属导体感应出很高的电压，此即感应雷。 系统中的信号线、电源线上都可能由于感应雷的作用 而产生浪涌高压脉冲，对此我们必须采用适当的浪涌 抑制器件。
如果把防雷器安装与在需要保护设备的前端，在因 雷击而使内部设施感应到高电压时，由防雷器提供一 条雷电流对地泄放的合理的阻抗路径，而不能让其随 机性地选择放电通道，从而能确保被保护设备的安全。
3. TVS管 TVS是普遍使用的一种新型高效电路保护器件，它具 有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能 力。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时，TVS能以极 高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以 吸收一个瞬间大电流，从而把它的两端电压箝制在一 个预定的数值上，从而保护后面的电路元件不受瞬态 高压尖峰脉冲的冲击。正因为如此，TVS可用于保护设 备或电路免受静电、电感性负载切换时产生的瞬变电 压，以及感应雷所产生的过电压。

除了静电放电直接造成设备的损坏和故障外，还有一 种情况就是，设备遭受静电放电后，不立即损坏，而 是性能下降，为设备埋下了隐性故障，这种情况尤其 难防范。
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四、静电防护



1.介质隔离：最有效的防护措施，通过绝缘介质把内 部电路和外界隔离开。尽量避免静电放 电的发生。 2.屏蔽： 利用屏蔽材料的屏蔽功能，保持机箱 导电的连接性，将干扰拒之门外 3.接地
防雷防静电知识简介
开发二部
2009. 3

一、防雷介绍 二、常见的防雷器件 三、静电介绍 四、静电防护
一、防雷介绍

雷电是由大气放电产生的，当带正电荷的雷云和带负 电的雷云离得较近时就会产生强烈的放电，持续时间 约50-100us，电流可达200-300KA，温度可达2万 从而出现耀眼的光和雷鸣。 雷电对系统的危害分为直击雷危害和感应雷危害。 1. 当雷云很低周围又没有异性电荷雷云时就在地面 的凸出物上感应异性电荷，继而造成与地面凸出物之 间的放电，此即直击雷。为预防直击雷，应该在建筑 物外架设避雷针。

典型防雷电路


GDT：Bourns的2036-07（脉冲崩溃电压@1KV/uS为525V，耐冲 击电流@8/20uS为20KA）； R1、R2：10Ω/1W的功率电阻； TVS：SMBJ12CA
三静电介绍

静电多由绝缘体物体间互相磨擦或干燥空气与绝 缘物磨擦产生.当它能量积累到一定程度,防碍它中和 的绝缘体再也阻挡不住时,即发生剧烈放电,即静电放 电(ESD),这时的最高电压可达几千乃至几万伏.势必对 静电敏感组件造成损害 生活,生产中静电可谓无处不在,无时不在,从举 手投足间服装的磨擦,到干燥空气的流动,都是静电产 生的原因.
特性： 在浪涌电压的作用下，TVS两极间的电压由
额定反向关断电压VWM上升到击穿电压VBR，而被击 穿。随着击穿电流的出现，流过TVS的电流将达到峰值 脉冲电流IPP，同时在其两端的电压被箝位到预定的最 大箝位电压VC以下。其后，随着脉冲电流按指数衰减， TVS两极间的电压也不断 下降， 最后恢复到初态，这就 是TVS 抑制可能出现的浪涌脉 冲功率， 保护电子元器件的过 程。

静电放电引起的干扰可以通过多种途径进入电子设备：
1.初始的电压差可以在设备表面的较大范围内建立起很 强的电场 2.电弧注入器件，常会造成MOS器件CMOS器件栅极的击 穿，烧坏晶体管单元等等 3. 放电电流会在导体上产生电压脉冲，电压脉冲会循 着连线进入到每一个与之相连的元器件。 4.电弧还会产生强磁场。
带浪涌的电压波形
放电管上的电压波形

注意： （1）浪涌的尖蜂虽然大大降低了，但仍留有残存 的尖蜂。这是因为放电管对上升时间很快的脉冲 有个响应时间，一般约为100nS。残留尖蜂还要依 靠放电管后面的装置例如二次抑制器件或滤波器 等来抑制。 （2）放电管放电时呈短路状态，由图可知短路不 仅发生在浪涌尖蜂时刻，而且浪涌过后仍持续一 段时间，直到电源下半周才恢复，这对内部电路 的正常工作是不利的，是放电管的一个缺陷。
2. 压敏电阻



该器件在一定温度下，导电性能随电压的增加而急剧增大。 它是一种以氧化锌为主要成分的金属氧化物半导体非线性电 阻。没有过压时呈高阻值状态，一旦过电压，立即将电压限 制到一定值。 优点：通流容量大，残压较低，反应时间较快(≤50ns)， 无跟随电流(续流)； 缺点：漏电流较大，老化速度相对较快 而因为不稳定的漏电流，性能较差的压敏电阻使用一段 时间后，因漏电流变大可能会发热自爆 。因此压敏电阻不 适合用在较高灵敏度的测量电路和较高频率的通讯电路中。
(4)如果知道比较准确的浪涌电流IPP，则可利用VCIpp来确定功率。 PM是TVS能承受的最大峰值脉冲功率耗散值。在给定的最大箝位电 压下，功耗PM越大，其浪涌电流的承受能力越大；在给定的功耗 PM下，箝位电压VC越低，其浪涌电流的承受能力越大。
(5)对于小电流负载的保护，可有意识地在线路中增加限流电阻，只 要限流电阻的阻值适当，一般不会影响线路的正常工作，但限流 电阻对干扰所产生的电流却会大大减小。但这样可能选用峰值功 率较小的TVS管来对小电流负载线路进行保护。 (6)电容量C是由TVS雪崩结截面决定的，这是在特定的1 MHz频率下 测得的。C的大小与TVS的电流承受能力成正比，C太大将使信号 衰减。因此，C是数据接口电路选用TVS的重要参数