一種防雷擊浪涌的開關(guān)電源電路設計

0序言
隨著城市經(jīng)濟的發(fā)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(chǎn)生的感應雷和脈沖電壓卻能潛入室內(nèi)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(wěn)定性是廣大開發(fā)人員一直關(guān)注的重點。瞬間高電壓的雷擊浪涌以及信號系統(tǒng)浪涌是引起儀表穩(wěn)定性差的重要原因，信號系統(tǒng)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(shù)據(jù)產(chǎn)生誤碼，影響傳輸?shù)臏蚀_性和傳輸速率。如何設計防雷電路成為儀表研發(fā)的關(guān)鍵問題。

1 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(fā)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(nèi)部結(jié)構(gòu)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(tǒng)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(tǒng)出現(xiàn)短路故障、投切大負荷時都會產(chǎn)生電源浪涌，電網(wǎng)綿延千里，不論是雷擊還是線路浪涌發(fā)生的幾率都很高。當距你幾百公里的遠方發(fā)生了雷擊時，雷擊浪涌通過電網(wǎng)光速傳輸，經(jīng)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(nèi)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(nèi)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(wěn)定，或有可能造成您重要數(shù)據(jù)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10 000小時(約一年零兩個月)內(nèi)在線間發(fā)生的超出原工作電壓一倍以上的浪涌電壓次數(shù)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(tǒng)浪涌
信號系統(tǒng)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(shù)據(jù)產(chǎn)生誤碼，影響傳輸?shù)臏蚀_性和傳輸速率。排除這些干擾將會改善網(wǎng)絡的傳輸狀況。
基于以上的技術(shù)缺陷和狀況，本文根據(jù)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(lián)式抗雷擊浪涌的開關(guān)電源電路。

2 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(lián)式抗雷擊浪涌電路，并將其應用到儀表的開關(guān)電源上。整個電路包括防雷電路和開關(guān)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(jīng)典的開關(guān)電源電路組成防雷儀表的電源電路，采用壓敏電阻并聯(lián)，延長使用壽命，在壓敏電阻短路失效后與開關(guān)電源電路分離，不會引起失火。