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2019-11-14 編輯:雷寧普 閱讀量:1656
廣東雷寧普檢測(cè)是專業(yè)第三方防雷檢測(cè)機(jī)構(gòu),,實(shí)驗(yàn)室具備GB/T 18802.21、IEC/EN 61643-21標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)資質(zhì),,可提供信號(hào)浪涌保護(hù)器防雷檢測(cè),、型式試驗(yàn)、委托測(cè)試服務(wù),。
隨著工業(yè)化,、信息化發(fā)展,工業(yè)控制系統(tǒng)集成度不斷提高,,但電子信息系統(tǒng)對(duì)電磁環(huán)境非常敏感,,耐受電涌沖擊能力較弱。電子信息系統(tǒng)易遭受來自開關(guān)動(dòng)作,、線路故障以及雷擊產(chǎn)生的電涌沖擊,,從而造成傳輸信號(hào)失真、數(shù)據(jù)丟失,、設(shè)備損壞,,其中雷擊電涌造成的危害最為嚴(yán)重。
傳統(tǒng)的防雷措施屬于外部雷電防護(hù)系統(tǒng),,只能有效防護(hù)直擊雷,,但近年來感應(yīng)雷及雷擊電磁脈沖輻射造成的損失越來越多且難以控制,這就需要建立有效的內(nèi)部防雷系統(tǒng)來抑制感應(yīng)雷,,其中最有效的措施就是安裝電涌保護(hù)器(SPD),。分析雷電特性,設(shè)計(jì)適用于電子信息系統(tǒng)的信號(hào)型電涌保護(hù)器對(duì)提高我國(guó)雷電防護(hù)能力有著極其重要的意義,。
1 信號(hào)型SPD關(guān)鍵設(shè)計(jì)技術(shù)
1.1 信號(hào)型SPD總體設(shè)計(jì)原理
電子線路最有效的防雷措施就是在線路上靠近設(shè)備側(cè)安裝SPD,。SPD是可對(duì)雷電過電壓及系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的操作過電壓加以限制,并對(duì)地泄放大電流的安全防護(hù)裝置,。為了獲得高通流量,、低殘壓,,信號(hào)型SPD需設(shè)計(jì)成兩級(jí)保護(hù)電路,具有差模(線一線的保護(hù)),、共模(線一地的保護(hù))兩種保護(hù)模式,。如圖l所示,前級(jí)防護(hù)電路主要采用GDT將暫態(tài)電涌電壓波大部分能量泄放到大地,,以確保SPD具有較高的泄流能力,;后級(jí)防護(hù)電路主要利用Tvs管將過電壓限制在被保護(hù)系統(tǒng)的耐受電壓水平以下,以獲得較低的殘壓值,。
1.2 信號(hào)型SPD關(guān)鍵設(shè)計(jì)技術(shù)
電子信息設(shè)備及其傳輸信號(hào)具有多樣性,,這就要求設(shè)計(jì)的信號(hào)型SPD具有廣泛的兼容性。本文設(shè)計(jì)的信號(hào)線路SPD具有以下關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn):
(1)防護(hù)電路均采用GDT與TvS組成的兩級(jí)防護(hù)模式,,采用國(guó)外進(jìn)口品牌元器件以及先進(jìn)PCB*fJ作加工工藝,,確保SPD具有較強(qiáng)的電涌抑制能力。設(shè)計(jì)的信號(hào)型SPD在8/20s雷電流波形沖擊下標(biāo)稱放電電流為10kA,,最高可達(dá)20kA,,并且具有較低的輸出電壓值。
(2)設(shè)計(jì)的信號(hào)線路SPD具有二線制,、三線制及四線制接線模式,;采用接地導(dǎo)軌安裝結(jié)構(gòu),接地便捷,、節(jié)省空間,;電涌防護(hù)模塊設(shè)計(jì)成支持熱插拔模式,可單獨(dú)監(jiān)測(cè),、維護(hù)方便,。
2 信號(hào)線路SPD設(shè)計(jì)
2.1 電路原理圖
對(duì)于信號(hào)線而言常見的電涌電壓有共模、差模干擾電壓,。
共模電壓是相對(duì)于同一個(gè)參考點(diǎn)的信號(hào),,而差模電壓是兩個(gè)信號(hào)之間的差,一般沒有強(qiáng)調(diào)是公共地,,可以看作一個(gè)信號(hào),。
信號(hào)線由多根導(dǎo)線組成,當(dāng)電涌到來時(shí),,所有導(dǎo)線都趨向于大地的電壓移動(dòng),,即產(chǎn)生了共模干擾電壓;同時(shí)在各導(dǎo)線之間也會(huì)形成電位差,,即差模干擾電壓。兩種干擾電壓都能影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行,,其中共模干擾電壓沖擊更為嚴(yán)重,,而設(shè)備更易受到差模干擾電壓沖擊,,在設(shè)計(jì)信號(hào)型SPD時(shí),對(duì)差模,、共模干擾電壓均要進(jìn)行防護(hù),。
根據(jù)圖1信號(hào)型SPD設(shè)計(jì)要求及原理,如圖2~4所示,,將適用于模擬/數(shù)字信號(hào)線路保護(hù)的二線制,、三線制、四線制信號(hào)線路SPD電路設(shè)計(jì)成由GDT與TVS管組成的兩級(jí)防護(hù)電路,,具有差模,、共模兩種保護(hù)模式。主要利用前級(jí)的GDT防護(hù)電路抑制共模電涌電壓,,利用GDT與TvS管組成的兩級(jí)防護(hù)電路抑制差模電涌電壓,。
2.2 前級(jí)GDT防護(hù)電路
2.2.1 GDT防護(hù)電路
如圖5所示,利用GDT對(duì)共模,、差模電涌電壓進(jìn)行抑制時(shí),,在一端口系統(tǒng)中需兩個(gè)二極GDT,用三極GDT時(shí)僅需一個(gè),;在二端口系統(tǒng)中需四個(gè)二極GDT,,用三極GDT時(shí)僅需兩個(gè)。
對(duì)于一端口采用二極GDT,兩個(gè)GDT放電特性具有分散性,,當(dāng)共模電涌電壓到來時(shí),,有可能不同時(shí)導(dǎo)通,GDT保護(hù)電路額外產(chǎn)生的差模電涌電壓也會(huì)損壞設(shè)備,。采用一個(gè)三極GDT,,兩對(duì)電極之間具有良好對(duì)稱特性,能減小兩對(duì)電極之間導(dǎo)通與關(guān)斷的時(shí)間差,,提高保護(hù)性能,。在差模電涌沖擊下,被保護(hù)系統(tǒng)將承受兩個(gè)二極GDT殘壓之和,,或一個(gè)三極GDT兩對(duì)電極間殘壓之和,,對(duì)于敏感設(shè)備而言,可考慮在1,、2號(hào)線間再加一個(gè)二極GDT,。在設(shè)計(jì)GDT防護(hù)電路時(shí)采用三極GDT,不僅可簡(jiǎn)化電路,,還能提高保護(hù)性能,。
2.2.2 GDT選型
SPD的標(biāo)稱放電電流主要由前級(jí)保護(hù)電路中GDT通流容量來決定,,本文設(shè)計(jì)的信號(hào)型SPD標(biāo)稱放電電流設(shè)定為10kA(8/20s),結(jié)合圖l信號(hào)型SPD設(shè)計(jì)要求及原理,,GDT參數(shù)選為直流擊穿電壓9ov±2O%,,標(biāo)稱放電電流10kA(8/20‘Ls),最大放電電流20kA(8/20s),。
2.3 后級(jí)橋式防護(hù)電路
2.3.1 橋式防護(hù)電路
用于高頻數(shù)字信號(hào)傳輸線路電涌防護(hù)時(shí),,后級(jí)防護(hù)電路采取TVS管與快恢復(fù)二極管串聯(lián)構(gòu)成橋式電路的設(shè)計(jì)方案,以降低防護(hù)電路分布電容,。
2.3.2 TVS管選型
SPD的動(dòng)作電壓和電壓保護(hù)水平主要取決于后級(jí)保護(hù)電路中TVs的擊穿電壓和鉗位電壓,,結(jié)合瞬態(tài)抑制二極管的應(yīng)用,選取的TvS擊穿電壓UBB與被保護(hù)回路的工作,、信號(hào)電壓峰值‰問應(yīng)滿足下式:
根據(jù)SH/T3164-2012《石油化工儀表系統(tǒng)防雷工程設(shè)計(jì)規(guī)范》第8.4.1.2條規(guī)定,,對(duì)于24VDC供電的儀表,考慮到電源電壓波動(dòng)及負(fù)載變化的影響,,信號(hào)電壓最大值為30~36VDC,。
另外,第8.4.4.2條規(guī)定,,對(duì)于24VDC信號(hào)儀表,,SPD的電壓保護(hù)水平應(yīng)為60V,一般信號(hào)型sPD限制電壓為被保護(hù)設(shè)備工作或信號(hào)電壓的2~2.5倍,。通常工業(yè)系統(tǒng)中信號(hào)儀表的工作或信號(hào)電壓為5v,、24v,故TvS管可相應(yīng)選為雙向瞬態(tài)抑制二極管,,其反向關(guān)斷電壓分別為8V,、33V,擊穿電壓分別為8~l2V,、36~42V,,最大限制電壓分別為20V、60v,。
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