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家用电器防雷需求和ESD防护方法

作者:硕凯电子   文章来源:硕凯电子   发布时间:2017-09-11 09:43:46

家用电器电脑、液晶电视、高级影响、家庭影院等贵重的家用电器很容易被雷电击毁,甚至引发电源或主板烧毁的惨剧。因而系统制造厂商必须考虑防雷设计,以让电器设备平安度过雷雨多发季节。

雷电及开关电源均会引起浪涌。雷电通过电源线、天线、电话线等途径对电器设备产生冲击,这种冲击就是浪涌。浪涌是电路中瞬间出现的一种高电压和高电流,在电路中通常持续约百万分之一秒。但是由于雷电产生的浪涌可以在大约1微秒的瞬间产生几千伏的瞬间高电压,因而对连接在电源网络上的电器设备造成比较严重干扰和影响,甚至击毁电器。除了雷电可以产生强电流的浪涌冲击之外,开启、关闭电源等操作时也可以产生瞬间高电压的浪涌,同样会对电器设备造成伤害。

那么,电子设备应该如何防护雷电呢?一般来说,凡是有过电压发生的地方,就有放电管的用武之地,但要用好放电管则需要根据实际工作线路参考放电管的各项指标选用适当的放电管,否则会适得其反。以下是在设计及使用时必须注意的几点:

第一,放电管的加入不能影响线路的正常工作,这就要保证放电管的直流击穿电压的下限值必须高于线路的最大正常工作电压。据此确定所需放电管的标称直流击穿电压值。例如:在电话线的过电压防护中,常态时,电话线两线间的电压为48V,但当振铃信号来时,两线间的峰值电压可达175V左右,因此,此时选用的气体放电管的直流击穿电压的下限值必须高于175V,考虑到留点余量,所以一般选用直流击穿电压值下限为190V(LT-B8G230L)的气体放电管。

2) 确定线路所能承受的最高瞬时电压值,要确保放电管的冲击击穿电压值必须低于此值。以确保当瞬间过压来临时,放电管的反映速度快于线路的反映速度,抢先一步将过电压限制在安全值。这是放电管的一个最重要的指标。例如:上例所述的电话线上,如果只用于保护一般的电话机,则只需选用冲击击穿电压小于800V(实测典型值为650V左右)的放电管。

电子设备的电源由电力线路输入室内,而电力线路会遭受直击雷和感应雷。在220V电源侧出现的雷电过电压可达10,000V,对电子设备可造成毁灭性打击。电子设备的电源干扰包含众多因素,电源干扰可以共模和差模方式存在。共模指的是电源线与大地或中性线与大地之间的电位差,差模干扰存在与电源相线与中性线之间。对于三相电源来讲,还寻在相线与相线之间。电源干扰可经历从持续周期很短的尖峰干扰到全失电之间的变化。所以在220V电源口需要选择高可靠、优异响应特性的放电管。

这类设备一般可能受到三类过载的影响。这三类过载状况包括:1)静电放电,普通人对此最为熟悉,如在干燥天气接触汽车时就可能遇到。这些属于低功率浪涌。这种情况可通过持续时间短(数纳秒)的波形来定义;2)闪电浪涌,这些属于大功率浪涌,雷电期间电力线和电信线路所感应的极高电压会引发这种后果。这种情况可采用中等持续时间(数十微秒)的波形来定义;3)电力故障,由于电信线路和电力线可能物理接近,电话线上能够感应交流电压。这种情况可用50 Hz或60 Hz(可长达15分钟)波形来定义。

需要指出的是,浪涌等级不仅跟国家有关,还跟设备所在地点有关。不管是中心局的设备,还是用户端设备,都需要进行保护,且每个国家或地区都可能有自己的保护标准。面向这些状况进行过压保护的器件包括气体放电管、压敏电阻、瞬态电压抑制器(TVS)和半导体放电管(TSS)等。

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