電源口防雷電路設(shè)計應(yīng)用

電源口防雷電路的設(shè)計需要注意的因素較多，有如下幾方面：

1、防雷電路的設(shè)計應(yīng)滿足規(guī)定的防護等級要求，且防雷電路的殘壓水平應(yīng)能夠保護后級電路免受損壞。

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

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，防雷電路應(yīng)可通過設(shè)備滿負荷工作時的電流并有一定的裕量。

4、防護電路在系統(tǒng)的最高工作電壓時不應(yīng)動作。通常在交流回路中，防護電路的動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，防護電路的動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)備的安全運行帶來隱患。例如，應(yīng)避免由于電路設(shè)計不當而使防雷電路存在著火等安全隱患。

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

7、防雷電路應(yīng)具有損壞告警、遙信、熱容和過流保護功能，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)計指導(dǎo)。

一、交流電源口防雷電路設(shè)計

1、交流電源口防雷電路

上圖是一個兩級的交流電源口防護電路：

a、G1和G2為氣體放電管

2、Rvz1～Rvz6為壓敏電阻

3、F1和F2為空氣開關(guān)

4、F3和F4為保險

5、L1和L2是退耦電感。

電路原理簡述如下：

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

第2級防雷電路的形式與第1級相同，合理設(shè)計第1級電路和第2級電路間的電感值，可以使大部分的雷電流通過第1級防雷電路泄放，第2級電路只泄放少部分雷電流，這樣就可以通過第2級電路將防雷器的輸出殘壓進一步降低以達到保護后級設(shè)備的目的。第2級防雷電路應(yīng)選用保險作保護器件。

防護電路中各保護器件的通流量的選擇應(yīng)達到設(shè)計指標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、放電管單獨并接在線路中時的相關(guān)章節(jié)給出的計算方法來選取。

二、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度的饋電線。規(guī)定長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，空心電感的體積過大而無法在電路上實現(xiàn)的問題。第1級的防護電路和第2級的防護電路可以分別放置在兩個不同的設(shè)備中實現(xiàn)，例如：將第1級防護電路設(shè)計為一個獨立的防雷箱，將第2級防雷電路內(nèi)置于通信設(shè)備中。

由于去掉了電感，變型電路1可以看作為兩個并聯(lián)式的防雷電路。當這兩級防雷電路做成兩個單獨的防雷器時，需要注意防雷器的安裝問題。

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化設(shè)計：只保留防雷電路中的第1級防雷電路或者第2級防雷電路，其它設(shè)計要點同交流電源口防雷電路。

電路a在后級電路抗浪涌過電壓能力較強時采用，電路b在外部具有一級保護措施時采用，一般設(shè)計在電源模塊內(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設(shè)備正常工作電流的需要，方案更容易實現(xiàn)。由于該電路去掉了電感，它由一個串聯(lián)式防雷電路變成了一個并聯(lián)式防雷電路。當這個電路做成一個獨立的防雷器時，需要注意防雷器的安裝問題。

三、直流電源口防雷電路設(shè)計

1、直流電源口防雷電路

上圖是一個具有串聯(lián)式2級差模防護的電路，可以做到標稱放電電流5kA，電路原理簡述如下：

第1級采用兩個壓敏電阻并聯(lián)的差模保護，兩個氣體放電管并聯(lián)進行共模保護（注：這里選用兩個器件并聯(lián)的目的是降低殘壓和增大通流能力，在使用單個器件滿足要求的情況下可以只使用一個器件），可以達到標稱放電電流5kA的設(shè)計指標，第2級采用壓敏電阻和TVS管保護，將殘壓降低到后級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。共模保護采用兩個氣體放電管并聯(lián)構(gòu)成的1級防護電路。該電路的優(yōu)點是具有較低的輸出殘壓，適用于后級電路抗過電壓水平很低的情況。防雷電路中各保護元件通流量、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)給出的方法進行。兩級防雷電路都應(yīng)選用保險做保護器件。

該防護電路的應(yīng)用場合是后級電路的抗浪涌過電壓的能力較弱，一級防雷電路不足以保護后級的設(shè)備，需要通過第2級的防雷電路將殘壓進一步降低。

四、直流電源口防雷電路變型

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度的饋電線。規(guī)定長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，空心電感的體積過大而無法在電路上實現(xiàn)的問題。第1級的防護電路和第2級的防護電路可以分別放置在兩個不同的設(shè)備中實現(xiàn)，例如：將第1級防護電路設(shè)計到直流高阻柜中，將第2級防雷電路內(nèi)置于通信設(shè)備中。

由于去掉了電感，變型電路1可以看作為兩個并聯(lián)式的防雷電路。當這兩級防雷電路做成兩個單獨的防雷器時，需要注意防雷器的安裝問題。

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

變型電路2的應(yīng)用場合是在后級電路抗浪涌過電壓能力較強時采用，這個方案可以降低電路的復(fù)雜性。同時由于去掉了電感，不需要考慮滿足通過設(shè)備正常工作電流的需要，方案更容易實現(xiàn)。由于變型電路2去掉了電感，它由一個串聯(lián)式防雷電路變成了一個并聯(lián)式防雷電路。當這個電路做成一個獨立的防雷器時，需要注意防雷器的安裝問題。