(完整版)信号口浪涌防护电路设计
浪涌防护设计思路与常见防护电路
摘要: 浪 涌 冲 击 是 电子 产 品 的 常 见 问题 之 一 , 它经常造成产品损坏。 浪 涌 防 护 一 直 以来 是 令 电 子产 品设 计 者 头 痛 的 问题 。
本文从原理上 ,介绍几种 浪涌防护设计 的思路 与方法,并结合具体案例 与电路原理图,进行深层剖析 ,以期 能提供借
鉴作用。 关键 词 :浪 涌 ( 冲 击 ) ;浪 涌 抑 制 器 ; 防护 电路 ; 引导 ;限 压 ; 限流 ;隔 离 中 图 分 类 号 :T N 7 0 9 文献 标 识 码 :B 文章编号 :1 0 0 4 — 7 2 0 4( 2 0 0 3 )0 5 — 0 0 2 1 — 0 4
浪涌保护电路设计
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浪涌防护电路设计
浪涌防护电路设计一、引言浪涌防护电路是指在电路中采用一定的电气或电子技术手段,以保护设备免受突发的、短暂的高电压脉冲的影响,从而保证设备的正常工作。
浪涌防护电路设计是现代电子技术中非常重要的一部分,因为在工业生产和日常生活中,各种突发事件都有可能导致电网中出现高压脉冲,如果没有浪涌防护措施,就会对设备造成不可逆转的损害。
二、浪涌现象及其影响1.浪涌现象浪涌是指突发的、短暂的高压脉冲,通常由雷击、开关操作、线路故障等原因引起。
在实际应用中,由于各种原因导致的高压脉冲可能会以不同形式进入电子设备内部。
2.影响当高压脉冲进入设备内部时,就会对设备产生不同程度的影响。
例如:(1)直接损坏器件:当高压脉冲达到一定程度时,可能会直接击穿器件内部的绝缘层,导致器件损坏。
(2)降低器件寿命:即使高压脉冲没有直接击穿器件,也会在器件内部产生热量,从而使器件温度升高,进而缩短器件的寿命。
(3)引起系统故障:高压脉冲可能会干扰设备内部的信号传输,从而引起系统故障。
三、浪涌防护电路设计原则1.选择合适的防护元件在浪涌防护电路中,选择合适的防护元件非常重要。
一般来说,常用的浪涌防护元件有气体放电管、金属氧化物压敏电阻、二极管等。
不同类型的防护元件具有不同的特点和应用范围,在选择时需要根据实际情况进行考虑。
2.合理布局在电路设计中,合理布局也是非常重要的一点。
例如,在PCB板上布局时,需要将输入端和输出端分开布置,并尽量减少线路长度和环形线路等因素对信号稳定性造成影响。
3.保证接地良好良好的接地是保证浪涌防护电路有效的关键。
在电路设计中,需要保证接地点的数量充足,并尽量减小接地电阻,从而提高接地效果。
四、浪涌防护电路设计实例以下是一种简单的浪涌防护电路设计实例:1.选择合适的防护元件在本例中,选择了气体放电管作为浪涌防护元件。
气体放电管具有响应速度快、容量大、寿命长等优点,在浪涌防护中得到了广泛应用。
2.合理布局在PCB板上,将输入端和输出端分开布置,并采用短线连接,避免环形线路对信号稳定性造成影响。
电路中的浪涌保护技术如何实现
电路中的浪涌保护技术如何实现在我们日常的电路系统中,浪涌现象就像是电路世界里的“不速之客”,可能会给电子设备带来严重的损害。
为了保障电路的稳定运行和设备的安全,浪涌保护技术应运而生。
那究竟什么是浪涌,浪涌保护技术又是怎样实现的呢?首先,我们来了解一下浪涌的概念。
浪涌简单来说,就是电路中突然出现的瞬间过电压或过电流。
它可能是由于外部的雷击、电网的故障、大型设备的启停,甚至是内部电路的故障等原因引起的。
这些浪涌就像是电路中的“洪水猛兽”,如果不加以防范,就会对电子设备造成冲击,导致设备损坏、数据丢失,甚至引发火灾等严重后果。
为了应对这些“洪水猛兽”,我们需要采取有效的浪涌保护技术。
常见的浪涌保护器件有气体放电管、压敏电阻和瞬态电压抑制二极管等。
气体放电管是一种早期使用的浪涌保护器件。
它的工作原理就像是一个“安全阀”,当电压超过一定阈值时,管内的气体被电离,形成导电通道,将浪涌电流迅速释放到地,从而保护后端的电路。
气体放电管的优点是通流量大、绝缘电阻高,但缺点是响应速度较慢,一般在微秒级别。
压敏电阻则是另一种常见的浪涌保护元件。
它的电阻值会随着电压的变化而迅速改变。
在正常工作电压下,压敏电阻呈现高阻状态,几乎不影响电路的正常工作。
而当浪涌电压出现时,压敏电阻的电阻值急剧下降,将浪涌电流吸收并限制在一个安全的范围内。
压敏电阻的响应速度相对较快,一般在纳秒级别,但其通流量相对较小。
瞬态电压抑制二极管(TVS)则是一种高效的浪涌保护器件。
它具有极快的响应速度,通常在皮秒级别,可以在瞬间将浪涌电压钳位在一个安全的水平。
TVS 的功率小、体积小,适用于对保护速度要求较高的电路。
除了这些单个的保护器件,实际应用中常常会采用多种保护器件组合的方式来提高浪涌保护的效果。
例如,将气体放电管和压敏电阻串联使用,可以在保证通流量的同时提高响应速度。
在电路设计中,浪涌保护的布局也非常重要。
保护器件应该尽可能靠近被保护的设备端口,以减少浪涌在传输过程中的能量积累。
防开机浪涌电路毕业设计
目录摘要 (1)1、绪论................................................................ .22、防开机浪涌电路设计的简述 (2)2.1 浪涌电流的涵义 (2)2.2 开机浪涌电路存在问题 (3)2.3 浪涌电流影响 (3)2.4 常用防浪涌电流电路 (4)2.4.1 串联电阻法 (4)2.4.2 采用SCR—R电路 (4)3、新型浪涌电流限制器.................................................. .53.1 限制器的概述 (5)3.2 限制浪涌电流的传统方法及其存在的问题 (5)3.2.1 传统方法 (5)3.2.2 存在问题 (6)3.3 KJH型浪涌电流限制器 (6)3.3.1 工作原理 (6)3.3.2 应用电路 (8)3.4 特点 (8)3.5 结语 (10)4、新型抑制浪涌电流电路设计 (10)4.1 设计电路的概述 (10)4.2 电路设计 (10)4.3 试验结果 (13)4.4 结语 (14)5、小结 (14)参考文献 (15)防开机浪涌电路设计摘要电源的供应是所有电子和电气装置都不能回避的大问题。
早年的线性稳压电源因其稳定而可靠的工作,获得了技术界广泛的应用。
但是随着集成电路的出现,特别是大规模集成电路的出现,使得电子装置的测量、控制和执行部分大大地缩小了,电源部分的尺寸和重量问题就突现出来。
自从开关电源问世以来,电子装置中的电源部分开始朝高效率(电源自身的损耗被大大降低了)、高功率密度和更高可靠性方向发展。
但干扰问题却随之而来。
在现代电子设备中有许多继电器用于电源开关。
但在开关过程中常伴随着几十个毫秒的触点回跳和抖动过程,单次抖跳的时间可达几十微秒到几微秒,因此会引起被控电路的多次误动作。
同时存在不同程度的机械碰撞噪声,由于触点电弧火花,会引发严重的EMI和RFT,关断时的线圈反电势高达几百到几千伏,严重时会危及驱动电路,由于超过规定的尖峰电压、浪涌电流会使触点击穿、烧损或粘结,从而误导通或丧失功能。
防浪涌电路图
防浪涌电路图
浪涌电流指电源接通瞬间,流入电源设备的峰值电流。
由于输入滤波电容迅速充电,所以该峰值电流远远大于稳态输入电流。
电源应该限制AC开关、整流桥、保险丝、EMI滤波器件能承受的浪涌水平。
反复开关环路,AC 输入电压不应损坏电源或者导致保险丝烧断。
浪涌电流也指由于电路异常情况引起的使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流。
浪涌电流抑制电路----开关电源浪涌抑制电路
开关电源在加电时,会产生较高的浪涌电流,因此必须在电源的输入端安装防止浪涌电流的软启动装置,才能有效地将浪涌电流减小到允许的范围内。
浪涌电流主要是由滤波电容充电引起,在开关管开始导通的瞬间,电容对交流呈现出较低的阻抗。
如果不采取任何保护措施,浪涌电流可接近数百A。
开关电源的输入一般采用电容整流滤波电路如图2所示,滤波电容C可选用低频或高频电容器,若用低频电容器则需并联同容量高频电容器来承担充放电电流。
图中在整流和滤波之间串入的限流电阻Rsc是为了防止浪涌电流的冲击。
合闸时Rsc限制了电容C的充电电流,经过一段时间,C上的电压达到预置值或电容C1上电压达到继电器T动作电压时,Rsc被短路完成了启动。
同时还可以采用可控硅等电路来短接Rsc。
当合闸时,由于可控硅截。
浪涌10kv防护方案
浪涌10kv防护方案全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:浪涌10kv防护方案,是为了防护电力系统中的设备免受由于浪涌电流引起的损坏,保障电力系统的正常运行和设备的长期稳定工作。
在电力系统中,浪涌电流是指由于电压的突然变化或闪电等原因造成的瞬时过电压,它可能导致设备损坏和系统故障。
制定有效的浪涌10kv防护方案对于电力系统的稳定运行至关重要。
在防护浪涌10kv的过程中,需要采取一系列措施来降低浪涌电流对设备的影响。
需要在电力系统中安装避雷器。
避雷器是一种能够将浪涌电流引向地面的设备,可以有效地减少浪涌电流对设备的冲击。
还需要对电力系统中的设备进行全面的检测和维护,确保设备运行正常,并及时更新设备,以提高设备的防护能力。
还需要根据具体情况对电力系统中的电缆进行合理的布局,避免电缆之间的电磁干扰和浪涌电流的传导。
除了上述措施外,还可以采取其他一些方法来提高浪涌10kv的防护能力。
可以在电力系统中增加防雷接地装置,以增加电力系统的接地能力,减少浪涌电流的冲击。
还可以采用多级过电压保护装置,对电力系统进行多层次的保护,以提高电力系统的稳定性和可靠性。
第二篇示例:浪涌是一种瞬时电压过高的现象,通常由雷电、电源开关、感应负载等因素引起。
在电力系统中,浪涌问题是一个普遍存在的难题,如果不加以有效防护,就会给电器设备带来严重的损害甚至导致设备故障。
10kv电压等级下的浪涌问题尤为突出,因此制定一份浪涌10kv 防护方案是非常必要的。
要了解10kv电压等级的特点。
10kv电压等级在电力系统中是一种较高的电压等级,广泛应用于城市供电网、工业用电等场合。
由于电压等级较高,一旦发生浪涌问题,对于设备的损害程度会更加严重,因此对于10kv电压等级下的浪涌防护要求更高。
要选择合适的浪涌防护器件。
在10kv电压等级下,常用的浪涌防护器件包括浪涌保护器、避雷器、电源滤波器等。
这些器件可以有效地吸收、分解、消散来自外部的浪涌电压,保护设备免受损害。
浪涌防护电路设计
浪涌防护电路设计1. 简介浪涌防护电路设计是指为了保护电气设备免受浪涌电压的影响而设计的一种电路。
浪涌电压是指突然出现在电力系统中的高峰电压,可能由于雷击、开关操作或其他原因而引起。
这些浪涌电压可以对设备造成严重的损坏甚至损坏。
在本文中,我们将讨论浪涌防护电路设计的原理、常见的设计方法以及一些实际应用案例。
2. 原理浪涌防护电路的设计基于以下原理:2.1 浪涌保护器件浪涌保护器件是用于限制和分散浪涌能量的关键组成部分。
常见的浪涌保护器件包括金属氧化物压敏器(MOV)、气体放电管(GDT)和二极管等。
这些器件可以通过将过大的电流引导到地线或其他接地路径来吸收和分散过多的能量,从而保护设备免受损坏。
2.2 接地系统良好的接地系统对于有效地排除浪涌电压也至关重要。
接地系统可以提供一条低阻抗路径,使浪涌电流能够安全地流入地。
合适的接地系统设计可以减少浪涌电压对设备的影响。
2.3 过载保护过载保护是防止浪涌电流超过设备承受能力的重要手段。
通过在电路中添加过载保护器件,如熔断器或断路器,可以在浪涌电流超过设备额定值时切断电路,从而保护设备免受损坏。
3. 设计方法以下是常见的浪涌防护电路设计方法:3.1 防雷装置防雷装置是用于防止雷击引起的浪涌电压对设备造成损害的重要组成部分。
常见的防雷装置包括避雷针和避雷网等。
这些装置可以将雷击引起的浪涌电压引导到地下,从而保护设备免受损坏。
3.2 浪涌保护器件选择在设计浪涌防护电路时,需要选择合适的浪涌保护器件以确保其可靠性和有效性。
根据不同应用场景的需求,可以选择不同类型和规格的浪涌保护器件。
例如,在低电压应用中,可以选择MOV作为浪涌保护器件;在高电压应用中,可以选择GDT或二极管等。
3.3 接地系统设计良好的接地系统设计对于浪涌防护至关重要。
在设计接地系统时,需要考虑接地电阻、接地导体的材料和布线方式等因素。
合适的接地系统设计可以降低设备受到浪涌电压影响的风险。
3.4 过载保护过载保护是防止浪涌电流超过设备额定值的重要手段。
完整版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设计。
1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R1TX组合式G1PE,低节电容TVS R2R3组合式RXG2PE,低节电容TVS R4a变/22.23R097CXTXUNUSESLVU2.8-UNUSE10/10TXTXENTERNERX PH RXUNUSETXUNUSERX RJ47777RXVCVCCGND b 1 室外走线网口防护电路图从图中可以看出该电路的结构与室给出的是室外走线网口防护电路的基本原理图,图1aTVS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外走线E1它可以同时是三极气体放电管,,型号是3R097CXAG1管组成的二级防护电路实现。
电源电路中的浪涌防护设计
1
电源电路中的浪涌防护设计
We protect what you care !
2
电源电路中的浪涌防护设计
以下主要内容
浪涌及防护器件 电源电路的防护设计
3
浪涌
¾ 开关过电压
电力线路 通信线路
电源电路中的浪涌防护设计
浪涌及防护器件
¾ 雷电电磁感应
通
信
线
路
4
z 瞬态抑制二极管(TVS)
Glory achievements (prize):
(1) Pegatron & Unihan Corporation Green Product Management System Certification Certification No.C-QC4-C00410
(2) Awarded 2009 Top 10 famous semiconductor brand of China
初级
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电源电路中的浪涌防护设计
浪涌及防护器件
防护器件基本选型原则
¾ 条件:正常工作 1. 最小动作电压(TVS截止电压、MOV允许工作电压)高于线路最大正常工作电压
例:设备DC24V电源接口,根据供电允许范围不同(9~28/30/36V),通常选择 30-36V工作电压的TVS;
2 .有源线路不单独使用开关型过压保护器件 3. 信号线路:器件结电容尽量小,满足信号完整性;
高工作电压线路,如 DC220V,单独用TVS防护级别较低
13
24V汽车仪表 方案一(3 颗器件的两级防护):
电源电路中的浪涌防护设计
电源电路的防护设计
方案二(1 颗器件的单级防护):
浪涌防护电路方案的设计与验证
测试与测量摘要由于设备的浪涌防护电路既需要通流大的粗防护,又需要精确防护,因此提出了两种基于压敏电阻和TVS 浪涌防护电路的设计方案。
对这两种方案进行测试、分析和实验验证,说明了防护器件之间的连接不能仅采用简单的并联方式,需要在其中增加退耦器件,以实现浪涌防护器件组合防护。
关键词浪涌防护电路;压敏电阻;TVS ;方案设计;退耦AbstractTwo design schemes of surge protection circuit based on varistor and TVS are proposed. Because the surge protection circuit of the equipment needs both rough protection and precise protection. The test, analysis and experimental verification of the two schemes show that the connection between the protective devices can not only adopt the simple parallel mode, but also need to add decoupling devices to realize the combined protection of surge protective devices.Keywordssurge protection circuit; varistor; TVS; scheme design; decoupling引言在产品防浪涌设计中,针对应用中可能出现的浪涌应力和测试应力,都进行了相应的器件选型和配合设计。
但时常会发生测试不通过,或者应用中防护器件和后端被保护电路被浪涌打坏的现象。
本文就此现象,结合了两种设计方案进行了实际测试、对比分析,并对浪涌防护器件组合防护方式进行了实验验证。
直流防浪涌电流电路设计
直流防浪涌电流电路设计直流防浪涌电流电路设计,这个听上去就有点儿“高大上”的名字,不知道你是不是觉得有些陌生?没关系,今天咱们就来聊聊这个话题,用最简单的方式,把这些看似复杂的东西都给捋顺了。
防浪涌电流电路,顾名思义,就是为了防止电流像海浪一样猛冲猛涌,给我们电路带来破坏。
想象一下,如果你家的电器忽然被大浪一样的电流冲击,那可就不是掉价的事儿了,可能直接“翻船”,电器全报销。
真的是想想都心疼呀!咱得知道,什么是“浪涌”电流呢?它就像是电路中的“闪电”,一瞬间的电流冲击,瞬间的电压飙升。
你想,电流冲击那一刹那的威力可不小。
如果不加以防范,电器就会瞬间受到损坏,损失可大了!防止这种情况,最重要的就是要设计一个能够有效吸收、分散这种冲击的电路。
就像我们生活中的“缓冲带”,不管是车速太快撞上去,还是生活中的“磕磕碰碰”,都有个缓解的过程。
怎么做才能让电路“稳稳当当”地待在家里,不受这些大浪的影响呢?这就得靠咱们说的“防浪涌电路”。
这些电路通过一些特殊的元器件,比如压敏电阻、瞬态电压抑制器(TVS)等,把那些突如其来的高电压和电流分散、吸收掉,防止它们传到咱们的电器里,保它们一命。
这样一来,电器就像是穿上了“防护服”,即使面临狂风暴雨,也能安然无恙。
说到这里,或许你会问了:“这些东西都是什么?我怎么知道选哪种好?”嗯,别着急。
这里面其实有很多讲究呢。
一般来说,压敏电阻是一种“高手”,它能在电流冲击时迅速吸收多余的电压,保持电流的平稳;而瞬态电压抑制器,则像是电路中的“门神”,一旦电压超标,它马上启动,将过剩的电流给赶走。
选择这些元器件,关键还是得看电路的需求,是大功率设备,还是普通家电,得因地制宜。
除了这些核心元件外,电路设计的布局也是关键。
你想呀,如果这些元器件都放在电路的某个不起眼的地方,碰到浪涌电流时,它们可能根本就来不及反应,结果就得吃大亏。
所以,一定要把这些保护元器件安排得当,放在电路的合适位置,才能最大限度地发挥它们的作用。
防浪涌RS485防护方案
防浪涌RS485防护方案
优恩半导体(UN)
方案应用背景:
RS485布线较长,易产生过压现象
若将RS485布线于室外,易产生感应雷
RS485在设计布线时易受其他线路干扰
方案应用领域:
安防系统、门禁系统
智能交通
仪器仪表、电表水表
光端机等
防护电路图:
产品外观:
方案说明及注意事项:
初级保护使用的是通流量较大的GDT,用以泄放大电流
次级上使用反应快的ESD,可再次降低电压到安全值,有效的保护负载
中间使用PPTC退藕,使GDT首先泄放电流
此方案适合于差模、共模测试,并符合IEC610000-4-5的浪涌标准及IEC610000-4-2的静电标准
该方案亦可使用3颗SMBJ6.0CA的TVS管替代SM712。
串口浪涌保护电路方案设计
一、实用新型名称:一种新型串口保护电路二、技术领域:本实用新型涉及一种串口浪涌脉冲防护装置。
三、背景技术:在短距离通信上,由于串口通信廉价、简单,使用非常普遍。
但串口通信线路本身的防护不是特别完善,尤其在浪涌实验,脉冲实验中,极有可能对设备造成损坏。
四、发明目的:本实用新型的目的通过对串口线路的入口进行高效防护,使得通信线路能够经受住浪涌冲击和脉冲群干扰。
提高产品的可靠性。
五、实用新型内容:本实用新型采用以下技术方案:1、采用三级电路进行保护,前两级主要为浪涌保护,第三级主要为脉冲防护。
2、采用2个三极陶瓷空气放电管将串口通信RXD TXD GND 3根线上的浪涌冲击大部分能量泄放到地。
减少流传到下一级的浪涌残留。
3、采用自复熔丝、压敏电阻、TVS组合作为第二级防护,将浪涌冲击残余能量消耗和吸收。
使得后续电路中浪涌能量维持在完全可接受范围。
4、第三极采用12个磁珠和7个高压电容对脉冲群干扰进行可靠吸收。
六、说明书:1、本实用新型设计主要用于串口设备的浪涌冲击与脉冲群干扰保护。
2、第一级采用2个3极陶瓷空气放电管(3RM090L-6)G1、G2组成,G1的1、2脚分别接GND与TXD,G2的1、2脚分别接GND与RXD,G1、G2的3脚均接到大地。
此种接法(如附图1所示),可以非常有效的泄放TXD RXD GND 3根线上的浪涌能量。
尤其是GND线路,在工程使用中如果GND线路注入浪涌冲击干扰太大,将对电平转换芯片,造成严重伤害,甚至损坏。
此电路2个3极陶瓷空气放电管均有将GND线路浪涌能量泄放到大地的作用。
以此加强了对GND线路的防护。
3、第二级采用自复熔丝F1、F2、压敏电阻R1、R2、TVS1-5组成,当第二级承受电压超过470V时,压敏电阻就是体现他的钳位特性,把过高的电压拉低,让后级电路工作在一个安全的范围内,同时,如果能量比较大,持续时间长,自复熔丝也将保护动作,断开后续电路。
经过压敏电阻(471KD07)的钳位后,通过高速TVS3-5,2极空气放电管(2RL090L-05)接大地。
以太网口的浪涌保护电路
以太网口的浪涌保护电路
以太网口防雷设计要求:
满足欧洲CE 认证、美国FCC 认证以及日本VCCI 认证需求,同时以太网端口防雷要求满足国内要求;具体执行下列标准:
EN55022 ,EN55024,FCC PART 15 ,ETSI EN300 386,EN60950,UL60950 等。
设计把握重点:
由于接口速率高,因此端口的滤波设计,PCB 设计是此产品的设计重点,另外加强关键器件的选型控制,确保器件满足整机的EMC 安规要求。
该方案前级保护器件选用贴片B3D090L 气体放电管主要对共模进行防护。
后级采用TVS管SLVU2.8-4,主要进行差模防护。
SLVU2.8-4(TVS) 该器件的特点:
1. 能够进行两对平衡线的差模保护,即一个网口(收,发)只用一个器件;
2. 节电容很低最大为8pF.
3. 具有一定的通流容量,最大承受24A(8/20μs)冲击电流,能够满足500V的浪涌测试要求;
4. 箝位动作电压低,为3V.在冲击电流作用下残压最大不超过15V,能够保证网口的安全;
5. 器件封装为SO-8,占用PCB面积很小;遵循标准要求,一次性通过测试与认证,并且以太网口防雷性能达到业界领先,共模测试最少可以达到4KV 。
(本文转自电子工程世界:/mndz/2012/0423/article_15818.html)。
RS485接口浪涌保护器的设计
如 图1 所 示)。 人类 社 会 步入 信息化 以 来 , 电子 信息 设备 和 计 算 机等 通 讯 系统 的 影 响 ( 已深 入 各 个 领 域 ,给人 们生 活 带 来 了极 大 地 方便 。随 着 便 利 化 、 微 型化 和 高度 集 成化 的 同时 , 由于 构成 这 类弱 电设 备 的 内部 的微 电子
i n t e r f e r e n c e , t h i s p a p e r p r o p o s e d a RS 4 8 5 i n t e r f a c e s p e c i f i c s u r g e p r o t e c t i o n s c h e me . F i r s t l y , c o mb i n e d wi t h RS 4 8 5 i n t e r f a c e d e v i c e e l e c t r i c a l p e r f o r ma n c e a n d r e l a t e d s i g n a l s u r g e d e s i g n s p e c i f i c a t i o n s , We d e s i g n a r e a s o n a b l e s u r g e p r o t e c t i o n c i r c u i t f o r m. T he n , We f o l l o we d b y t h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o n a n d c o mp r e h e ns i v e a n a l y s i s t o d e t e r mi n e t h e p a r a me t e r s o f t h e c o mp o n e n t s t o a c hi e v e t h e a n t i c i p a t e d e f f e c t .
防雷击浪涌的开关电源电路设计
防雷击浪涌的开关电源电路设计序言随着城市经济的发展,感应雷和雷电波侵入造成的危害却大大增加。
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10 000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。
浪涌过电压防护方案
6.74~200 13.4~292 733~24.7
163~5.5
无 1500
8.0*6.0*2.3
10~132 18~200 1200~900
128.6~30.3
2.3~12.0 1600~8500
5.7*5.0*2.5
6.74~200 13.4~292 1400~92
312.5~20.6
27.8~4.28
0.7~12 500~714
3.2*1.6*1.0 5
6.74~220 13.4~323 195~3.0
43.5~0.6
无 400
5.0*2.5*1.96
10~132 18~200 400~300
32.1~7.14
0.7~2.3 600~1600
3.2*2.5*1.7
SDVL3216/3225:片式压敏电阻 SMAJ/SMBJ:片式TVS
Sunlord
Circuit Protection Solution
过电压防护元件选择原则 (雷电及浪涌电流)
DC-DC模块端 (1) 压敏电阻最大直流工作电压Umax不小于线路正常工作
电压Un的(1.2~1.5)倍,即Umax≥1.2 Un。 (2) 压敏电阻最大峰值电流Ip大于DC-DC中感性元件产生的
85 100
900 800 700 600 500 400 300 200
5.5
脉冲功率随工作电压变化
SMAJ
SDVL
9 14 26 38 48 56 65 工作电压Vdc(V)
85 100
随着工作电压增高,通过TVS的脉冲电流能力大幅度下降;
随着工作电压增高,通过SDVL压敏电阻的脉冲电流能力几乎不变;
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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。
ab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,低节电容就是采用上述器件网口部分的详细原理图。
三极气体放电管的中间一极接保护地PGND,要保证设备的工作地GND和保护地PGND通过PCB走线在母板或通过电缆在结构体上汇合(不能通过0Ω电阻或电容),这样才能减小GND 和PGND的电位差,使防雷电路发挥保护作用。
电路设计需要注意RJ45接头到三极气体放电管的PCB走线加粗到40mil,走线布在TOP层或BOTTOM层。
若单层不能布这么粗的线,可采取两层或三层走线的方式来满足走线的宽度。
退耦电阻到变压器的PCB走线建议采用15mil线宽。
该防雷电路的插入损耗小于0.3dB,对100M以太网口的传输信号质量影响比较小。
1.1.2室内走线网口防雷电路当只在室内走线时,防护要求较低,因此防雷电路可以简化设计,如图2所示,图2a 是室内走线网口防护电路的基本原理图,图2b是防护器件选用SLVU2.8-4时网口部分的详细原理图。
,低节电容ab图2 室内走线网口防护电路RJ45接头的以太网信号电缆是平衡双绞线,感应的雷电过电压以共模为主,如果能够对过电压进行有效的防护,差模的防护选用小量级的器件就可以了,通常可以选用SLVU2.8-4,它可以达到差模0.5kV(1.2/50us)的防护能力,但是当产品目标包括北美市场时,差模防护器件推荐选用LC03-3.3,它可以满足NEBS认证的需求。
我们从共模防护的角度对图1和图2这两种电路做一下比较。
图1的电路采用气体放电管实现共模的防护,当端口处有共模过电压产生时,通过击穿气体放电管转化成过电流并泄放,从而达到保护的目的。
而图2中的网口防护电路只设计了差模的防护电路,没有设计共模的防护电路,它在端口的共模防护上采用就是我们前面说的隔离保护的思路,它利用网口变压器的隔离特性实现端口的共模防护。
当端口处有过电压产生时,这个过电压会加到网口变压器的初级,由于变压器有一定的隔离特性,只要过电压不超过变压器初级与次级的耐压能力而被击穿,过电压会完全被隔离在初级侧,从而对次级侧基本不造成影响,达到端口保护的目的。
从上述原理可以看出,图2这种电路的共模防护主要靠变压器前级的PCB走线以及变压器的绝缘耐压实现,因此要严格注意器件的选型和PCB的设计。
首先,在以太网口电路设计时应树立高压线路和低压线路分开的意识。
其中变压器接外线侧的以太网差分信号线、Bob-Smitch电路是直接连接到RJ45接头上的,容易引入外界的过电压(如雷电感应等),是属于高压信号线。
而指示灯控制线、电源、GND是由系统内提供,属于低压线路。
根据网口连接器不同,网口电路分为带灯和不带灯两种,其中尤以带灯连接器的网口防雷问题更为突出,因此下面以网口带灯电路为例具体说明如何区分高压线路与低压线路。
网口带灯的典型电路如下图所示:图3 网口部分电路组成当网线上遭受感应雷击时,会在8根网线上同时产生过电压。
从安全的角度分析,应把网口部分分为高压区和低压区,如上图所示,虚线框内即为高压区。
因此网线感应雷电时主要在高压区有比较高的过电压。
但是,在高压区仅有8根网线和相连的网络为高压线,而指示灯驱动线、3.3V供电电源、连接器外壳地PGND为低压线,网口电路Bob-Smith电路中匹配电阻属于高压,指示灯限流电阻属于低压范围,变压器线缆侧中间抽头电容一端为高压端,接PGND的一端为低压端。
其次,网口防雷电路在器件选型和PCB设计过程中要注意以下几点:1、为了保证共模隔离耐压的承受能力,变压器需要满足初级和次级之间的交流绝缘耐压不小于AC1500V的指标。
2、优先选择不带灯的RJ45,要引灯的话,建议采用导光柱技术在芯片侧将指示灯的光线引到面板上,避免指示灯控制信号穿越高压信号线和Bob-Smitch电路所在的区域。
3、指示灯控制电路的限流电阻应放在控制芯片侧,位置靠近控制芯片,防止过电压直接对控制芯片造成冲击。
4、以太网信号线按照差分线走线规则,保证阻抗匹配,并且一对差分线的长度尽量一样长。
5、如果变压器前级(靠RJ45接头侧)有中间抽头并且采用Bob-Smith电路,即75Ω电阻加一个1000pF的接PGND的电容。
建议电容选取耐压大于DC2000V,电阻功率建议选择1/10W的单个电阻,不宜采用排阻。
6、一个以太网接口采用一个Bob-Smith电路,避免将多个以太网接口的Bob-Smith电路复接在一起。
7、对于PCB层数大于6层的单板,由于相邻层的绝缘材料小于12mil,因此高压线和低压线不应布在相邻层,更不应交叉或近距离并行走线。
8、由于通过变压器的隔离特性完成共模防护,所以高压信号线(差分线和Bob-Smith电路走线)和其它信号线(指示灯控制线)、电源线、地线之间应该保证足够的绝缘,不存在意外的放电途径。
最后,要达到高压区与低压区之间有效的隔离,就要重视二者之间的PCB走线设计。
在高压区,带高压的可能有:连接器管脚、布线、过孔、电阻焊盘、电容焊盘。
带低压的可能有:布线、过孔、电阻焊盘、螺钉。
对于相同的绝缘距离,耐压能力依次为接地螺钉 < 电容、电阻焊盘 < 走线过孔 < 表层走线 < 内层走线,因此当共模防护指标一定时,高压部分与低压部分的绝缘距离应该为接地螺钉 > 电容、电阻焊盘 > 走线过孔 > 表层走线 > 内层走线。
这是因为螺钉整个为金属体,暴露面积比较大,容易成为放电通路。
电容和电阻焊接两端表面为金属,同时由于形状为长方体,有棱角,很容易形成尖端放电。
过孔在网口部分有很多,表面是亮锡的,也容易产生击穿放电,但与电阻和电容焊接两端相比较,金属面积相对就小一些。
PCB板的表层走线涂有绝缘绿油,内层的走线有介质包围,相对上面几种,耐压能力就应该高一点。
在设计中,根据具体产品要求的抗浪涌等级,利用表7-1中的数据,就可以推算出PCB 设计需要控制的各种绝缘距离。
表7-1给出了在浪涌防护等级是4kV的时候,PCB设计要达到的安全绝缘距离。
表1 PCB设计安全绝缘距离数据(按照4KV耐冲击进行计算)综上所述,采用图2的防护电路,通过良好的器件选型和PCB设计,可以实现共模2kV (1.2/50us,最高可达4kV),差模0.5kV(1.2/50us)的防护能力。
它可以应用于绝大多数室内走线的情况,特别是对于接入和终端设备,在实际使用中以太网线不采用屏蔽电缆,而且安装使用长度大于50米,在网口的防护电路设计过程中宜对以上问题加以重视。
对于网口的防护,除了采用以上的图1和图2中的两种电路外,还有利用RJ45接头管脚前端放电设计、利用变压器中心抽头空气放电设计和利用变压器中心抽头采用放电管放电设计等防护方式,特点均是利用绝缘放电实现防护、成本低、PCB占用空间小。
SFU&HGU网口共模保护变压器隔离高压电容 SMITH电路走线20mil宽MDU网口共模保护线路侧中心抽头对保护地加压敏电阻或放电管线路侧网线加三端子放电管网口差模保护MDU:线路侧GDT+电路侧TVSSFU&HGU:电路侧TVS中国电信要求:MDU设备电源口应具备4KV(差模和共模)防护能力;用户端口应提供1.5KV(差模和共模)防护能力。
SFU/HGU设备的电源端口应具备4KV(差模和共模)防护能力;用户接口应具备0.5KV(差模和共模)防护能力。
对差模浪涌,不外加保护就依赖于网络接口器件本身的固有防护能力不同的PHY芯片或SWITCH芯片本身固有的防护能力不同,不能一概而论,有些需要加,有些不需要,需要验证的。
从测试实践中得知:RTL8204B,不加差模保护的TVS,可以通过1000V、 42欧姆、1.2/50波形浪涌测试RTL8114,则必须加BV03CW,才可以通过1000V、 42欧姆、 1.2/50波形浪涌测试B50612不加TVS只能过500V,要过1000V需要加TVS:BV03CWSD5115H, 不加TVS只靠自己的内在保护不能达到500V差模防护,必须加BV03C才能过500V,要过1000V,必须加BV03CLBCM68380/BCM68380F/BCM68385,需要加BV03CW才能通过差模500V测试。
BV03C 寄生电容较大,只能用于FE;BV03CW用于GE;现已统一采用BV03CWBV03CL是350W的,与150W的BV03C和BV03CW封装一样,但还没有料号。
网口共模浪涌测试,一般是8线同时对地;但K.21里规定是单线分别对地测试,同时对地还是分别对地测试共模,对普通网口没有差异,对POE有差异,POE防护设计时需要注意这一点。