我們先來(lái)看一下雷電是如何產(chǎn)生的,如下圖所示:
對(duì)于電子設(shè)備來(lái)說(shuō),雷擊一般分為感應(yīng)雷和直擊雷,且最大的特點(diǎn)便是“能量巨大”,所以一般的防雷措施主要是以快速泄放能量為基本手段。
雷擊測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)可以參考:EN 610000-4-5
一般防雷的器件有以下幾類:
防護(hù)的措施主要以:多級(jí)防護(hù),逐級(jí)削弱,為主導(dǎo)思想去設(shè)計(jì),如下電路圖所示:
說(shuō)白了就是要把能吸收大能量的器件放在受雷端的最前面,如GDT(氣體放電管),SPG(玻璃放電管),也稱為一級(jí)防護(hù)。其他的如TSS(半導(dǎo)體放電管),SPD(防雷模塊),當(dāng)然還有壓敏電阻(如圖3-22中VR1,VR2)等。
我們先看一級(jí)防護(hù),以GDT為例。一級(jí)防護(hù):一級(jí)防護(hù)一般都是在端口處(如AC電源輸入口,建筑物進(jìn)線口等),也就是最容易引入雷電的區(qū)域,能量最大的區(qū)域,使用GDT這類器件,流通量大,能吸收大部分能量,本體電容較小,一般的產(chǎn)品中經(jīng)常搭配兩個(gè)MOV(壓敏電阻)來(lái)使用,主要目的是阻斷GDT管擊穿時(shí)產(chǎn)生的后續(xù)電流輸入到后期電路中。
(氣體放電管實(shí)物)當(dāng)然了,在AC~DC電源接口處也常常加上安規(guī)電容,如下圖所示:
二級(jí)防護(hù):到了二級(jí)防護(hù)電路之后,大部分能量已經(jīng)被一級(jí)防護(hù)電路所吸收了,所以二級(jí)主要的目的是快速,精準(zhǔn),流通量不需要大的器件,如TSS,TVS等。
各個(gè)防護(hù)器件性能對(duì)比如下所示:
其中Hyperfix為大功率TVS管,可用于一級(jí)防護(hù)電路替代MOV,具有超大的浪涌沖擊電流,快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。
MOV反應(yīng)比較慢,會(huì)存在鉗為滯后的現(xiàn)象,殘存的電壓甚至?xí)笥跇?biāo)稱電壓。精度一般,±10%左右,電容較大,導(dǎo)致漏電流大,容易發(fā)熱,從而影響壽命。
GDT流通量大,電容較小,與MOV串聯(lián)使用,可以很好解決MOV漏電流的問(wèn)題。但GDT不能自行滅弧,容易造成爆炸引起電網(wǎng)短路。反應(yīng)慢,殘壓過(guò)大,精度也比較差。
TVS/TSS/ESD等精準(zhǔn),反應(yīng)速度快,但流通量比較小,大部分情況下都是放置在二級(jí)防護(hù)電路中。
在設(shè)計(jì)電路過(guò)程中,不能把一級(jí)防護(hù)和二級(jí)防護(hù)調(diào)換,嚴(yán)格遵循雷擊發(fā)生后電流的流通方向進(jìn)行設(shè)計(jì)電路,合理搭配器件。