隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，電子產(chǎn)品的室外應(yīng)用場(chǎng)景，持續(xù)高增長(zhǎng)，電子產(chǎn)品得到了極其廣泛的應(yīng)用，無(wú)論是公共事業(yè)，還是商用或者民用，已經(jīng)深入到各個(gè)領(lǐng)域，這也造成了產(chǎn)品功能的多樣化、應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜化。隨著產(chǎn)品功能越來(lái)越多，其功能接口也越來(lái)越豐富，比如：網(wǎng)絡(luò)接口（帶POE功能）、模擬視頻接口、音頻接口、報(bào)警接口、RS485接口、RS232接口等等。功能在不斷地增多，但是對(duì)于產(chǎn)品的體積要求越來(lái)越小，在增加設(shè)計(jì)難度的同時(shí)也會(huì)使產(chǎn)品面臨著更多的威脅，比如雨季隨著雷電的增多，產(chǎn)品批量的損壞；冬季設(shè)備安裝調(diào)試時(shí)，由于靜電造成設(shè)備的功能異常等等。本文著重介紹常用防護(hù)器件在產(chǎn)品中的基本應(yīng)用，通過(guò)防護(hù)電路來(lái)提高產(chǎn)品抗靜電、抗浪涌干擾的能力，從而提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

通信產(chǎn)品在應(yīng)用的過(guò)程中，由于雷擊等原因形成的過(guò)電壓和過(guò)電流會(huì)對(duì)設(shè)備端口造成損害，因此應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)相應(yīng)的防護(hù)電路，各個(gè)端口根據(jù)其產(chǎn)品族類、網(wǎng)絡(luò)地位、目標(biāo)市場(chǎng)、應(yīng)用環(huán)境、信號(hào)類型以及實(shí)現(xiàn)成本等多種因素的不同所對(duì)應(yīng)的防護(hù)電路也不同。

1、氣體放電管

?

圖1 ?氣體放電管的原理圖符號(hào)

氣體放電管是一種開(kāi)關(guān)型保護(hù)器件，工作原理是氣體放電。當(dāng)兩極間電壓足夠大時(shí)，極間間隙將放電擊穿，由原來(lái)的絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)化為導(dǎo)電狀態(tài)，類似短路。導(dǎo)電狀態(tài)下兩極間維持的電壓很低，一般在20～50V，因此可以起到保護(hù)后級(jí)電路的效果。氣體放電管的主要指標(biāo)有：響應(yīng)時(shí)間、直流擊穿電壓、沖擊擊穿電壓、通流容量、絕緣電阻、極間電容、續(xù)流遮斷時(shí)間。

氣體放電管的響應(yīng)時(shí)間可以達(dá)到數(shù)百ns以至數(shù)ms，在保護(hù)器件中是最慢的。當(dāng)線纜上的雷擊過(guò)電壓使防雷器中的氣體放電管擊穿短路時(shí)，初始的擊穿電壓基本為氣體放電管的沖擊擊穿電壓，放電管擊穿導(dǎo)通后兩極間維持電壓下降到20～50V；另一方面，氣體放電管的通流量比壓敏電阻和TVS管要大，氣體放電管與TVS等保護(hù)器件合用時(shí)應(yīng)使大部分的過(guò)電流通過(guò)氣體放電管泄放，因此氣體放電管一般用于防護(hù)電路的最前級(jí)，其后級(jí)的防護(hù)電路由壓敏電阻或TVS管組成，這兩種器件的響應(yīng)時(shí)間很快，對(duì)后級(jí)電路的保護(hù)效果更好。氣體放電管的絕緣電阻非常高，可以達(dá)到千兆歐姆的量級(jí)。極間電容的值非常小，一般在5pF以下，極間漏電流非常小，為nA級(jí)。因此氣體放電管并接在線路上對(duì)線路基本不會(huì)構(gòu)成什么影響。

氣體放電管的續(xù)流遮斷是設(shè)計(jì)電路需要重點(diǎn)考慮的一個(gè)問(wèn)題。如前所述，氣體放電管在導(dǎo)電狀態(tài)下續(xù)流維持電壓一般在20～50V，在直流電源電路中應(yīng)用時(shí)，如果兩線間電壓超過(guò)15V，不可以在兩線間直接應(yīng)用放電管。在50Hz交流電源電路中使用時(shí)，雖然交流電壓有過(guò)零點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)氣體放電管的續(xù)流遮斷，但氣體放電管類的器件在經(jīng)過(guò)多次導(dǎo)電擊穿后，其續(xù)流遮斷能力將大大降低，長(zhǎng)期使用后在交流電路的過(guò)零點(diǎn)也不能實(shí)現(xiàn)續(xù)流的遮斷；還存在一種情況就是如果電流和電壓相位不一致，也可能導(dǎo)致續(xù)流不能遮斷。因此在交流電源電路的相線對(duì)保護(hù)地線、相線對(duì)零線以及相線之間單獨(dú)使用氣體放電管都不合適，當(dāng)用電設(shè)備采用單相供電且無(wú)法保證實(shí)際應(yīng)用中相線和中線不存在接反的可能性時(shí)，中線對(duì)保護(hù)地線單獨(dú)使用氣體放電管也是不合適的，此時(shí)使用氣體放電管需要和壓敏電阻串聯(lián)。在交流電源電路的相線對(duì)中線的保護(hù)中基本不使用氣體放電管。

防雷電路的設(shè)計(jì)中，應(yīng)注重氣體放電管的直流擊穿電壓、沖擊擊穿電壓、通流容量等參數(shù)值的選取。設(shè)置在普通交流線路上的放電管，要求它在線路正常運(yùn)行電壓及其允許的波動(dòng)范圍內(nèi)不能動(dòng)作，則它的直流放電電壓應(yīng)滿足：min(ufdc)≥1.8UP。式中ufdc直流擊穿電壓，min(ufdc)表示直流擊穿電壓的最小值。UP為線路正常運(yùn)行電壓的峰值。

氣體放電管主要可應(yīng)用在交流電源口相線、中線的對(duì)地保護(hù)；直流RTN和保護(hù)地之間的保護(hù)；信號(hào)口線對(duì)地的保護(hù)；天饋口饋線芯線對(duì)屏蔽層的保護(hù)。

氣體放電管的失效模式多數(shù)情況下為開(kāi)路，因電路設(shè)計(jì)原因或其它因素導(dǎo)致放電管長(zhǎng)期處于短路狀態(tài)而燒壞時(shí)，也可引起短路的失效模式。氣體放電管使用壽命相對(duì)較短，多次沖擊后性能會(huì)下降，同時(shí)其他放電管在長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)有漏氣失效這種自然失效的情況，因此由氣體放電管構(gòu)成的防雷器長(zhǎng)時(shí)間使用后存在維護(hù)及更換的問(wèn)題。

2、 ?壓敏電阻

壓敏電阻是一種限壓型保護(hù)器件。利用壓敏電阻的非線性特性，當(dāng)過(guò)電壓出現(xiàn)在壓敏電阻的兩極間，壓敏電阻可以將電壓鉗位到一個(gè)相對(duì)固定的電壓值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)電路的保護(hù)。壓敏電阻的主要參數(shù)有：壓敏電壓、通流容量、結(jié)電容、響應(yīng)時(shí)間等。

壓敏電阻的響應(yīng)時(shí)間為ns級(jí)，比空氣放電管快，比TVS管稍慢一些，一般情況下用于電子電路的過(guò)電壓保護(hù)其響應(yīng)速度可以滿足要求。壓敏電阻的結(jié)電容一般在幾百到幾千pF的數(shù)量級(jí)范圍，很多情況下不宜直接應(yīng)用在高頻信號(hào)線路的保護(hù)中，應(yīng)用在交流電路的保護(hù)中時(shí)，因?yàn)槠浣Y(jié)電容較大會(huì)增加漏電流，在設(shè)計(jì)防護(hù)電路時(shí)需要充分考慮。壓敏電阻的通流容量較大，但比氣體放電管小。

壓敏電阻的壓敏電壓（min(U1mA））、通流容量是電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮的。在直流回路中，應(yīng)當(dāng)有：min(U1mA) ≥(1.8～2)Udc，式中Udc為回路中的直流額定工作電壓。在交流回路中，應(yīng)當(dāng)有：min(U1mA) ≥(2.2～2.5)Uac，式中Uac為回路中的交流工作電壓的有效值。上述取值原則主要是為了保證壓敏電阻在電源電路中應(yīng)用時(shí)，有適當(dāng)?shù)陌踩６?。在信?hào)回路中時(shí)，應(yīng)當(dāng)有：min(U1mA)≥(1.2～1.5)Umax，式中Umax為信號(hào)回路的峰值電壓。壓敏電阻的通流容量應(yīng)根據(jù)防雷電路的設(shè)計(jì)指標(biāo)來(lái)定。一般而言，壓敏電阻的通流容量要大于等于防雷電路設(shè)計(jì)的通流容量。

壓敏電阻主要可用于直流電源、交流電源、低頻信號(hào)線路、帶饋電的天饋線路。

壓敏電阻的失效模式主要是短路，當(dāng)通過(guò)的過(guò)電流太大時(shí)，也可能造成閥片被炸裂而開(kāi)路。壓敏電阻使用壽命較短，多次沖擊后性能會(huì)下降。因此由壓敏電阻構(gòu)成的防雷器長(zhǎng)時(shí)間使用后存在維護(hù)及更換的問(wèn)題。

3 ?電壓鉗位型瞬態(tài)抑制二極管（TVS）

TVS（Transient Voltage Suppression）是一種限壓保護(hù)器件，作用與壓敏電阻很類似。也是利用器件的非線性特性將過(guò)電壓鉗位到一個(gè)較低的電壓值實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)電路的保護(hù)。TVS管的主要參數(shù)有：反向擊穿電壓、最大鉗位電壓、瞬間功率、結(jié)電容、響應(yīng)時(shí)間等。

TVS的響應(yīng)時(shí)間可以達(dá)到ps級(jí)，是限壓型浪涌保護(hù)器件中最快的。用于電子電路的過(guò)電壓保護(hù)時(shí)其響應(yīng)速度都可滿足要求。TVS管的結(jié)電容根據(jù)制造工藝的不同，大體可分為兩種類型，高結(jié)電容型TVS一般在幾百～幾千pF的數(shù)量級(jí)，低結(jié)電容型TVS的結(jié)電容一般在幾pF～幾十pF的數(shù)量級(jí)。一般分立式TVS的結(jié)電容都較高，表貼式TVS管中兩種類型都有。在高頻信號(hào)線路的保護(hù)中，應(yīng)主要選用低結(jié)電容的TVS管。

TVS管的非線性特性比壓敏電阻好，當(dāng)通過(guò)TVS管的過(guò)電流增大時(shí)，TVS管的鉗位電壓上升速度比壓敏電阻慢，因此可以獲得比壓敏電阻更理想的殘壓輸出。在很多需要精細(xì)保護(hù)的電子電路中，應(yīng)用TVS管是比較好的選擇。TVS管的通流容量在限壓型浪涌保護(hù)器中是最小的，一般用于最末級(jí)的精細(xì)保護(hù)，因其通流量小，一般不用于交流電源線路的保護(hù)，直流電源的防雷電路使用TVS管時(shí)，一般還需要與壓敏電阻等通流容量大的器件配合使用。 TVS管便于集成，很適合在單板上使用。

TVS具有的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可靈活選用單向或雙向保護(hù)器件，在單極性的信號(hào)電路和直流電源電路中，選用單向TVS管，可以獲得比較低的殘壓。

TVS的反向擊穿電壓、通流容量是電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮的。在直流回路中，應(yīng)當(dāng)有：min(UBR)≥(1.3～1.6)Umax，式中UBR為直流TVS的反向擊穿電壓，Umax是直流回路中的電壓峰值。

TVS管主要可用于直流電源、信號(hào)線路、天饋線路的防雷保護(hù)。

TVS管的失效模式主要是短路。但當(dāng)通過(guò)的過(guò)電流太大時(shí)，也可能造成TVS管被炸裂而開(kāi)路。TVS管的使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)。

4 ? 電壓開(kāi)關(guān)型瞬態(tài)抑制二極管（TSS）

?

?

圖4 ? TSS管的原理圖符號(hào)

電壓開(kāi)關(guān)型瞬態(tài)抑制二極管（TSS，Thyristor SurgeSuppressor）與TVS管相同，也是利用半導(dǎo)體工藝制成的限壓保護(hù)器件，但其工作原理與氣體放電管類似，而與壓敏電阻和TVS管不同。當(dāng)TSS管兩端的過(guò)電壓超過(guò)TSS管的擊穿電壓時(shí)，TSS管將把過(guò)電壓鉗位到比擊穿電壓更低的接近0V的水平上，之后TSS管持續(xù)這種短路狀態(tài)，直到流過(guò)TSS管的過(guò)電流降到臨界值以下后，TSS恢復(fù)開(kāi)路狀態(tài)。

TSS是電壓開(kāi)關(guān)型瞬態(tài)抑制二極管，就是涌抑制晶體管，或者叫做導(dǎo)體放電管，固體放電管等等。LangTuo等牌子。 TSS管是利用半導(dǎo)體工藝制成的保護(hù)器件，主要用于信號(hào)電路的防雷保護(hù)。不能用在電源端口。 TSS器件的通流容量一般最高可達(dá)到150A（8/20uS）。

TSS管和TVS管都是利用半導(dǎo)體工藝制成的限壓保護(hù)器件，TSS管是電壓開(kāi)關(guān)型的。TVS是電壓鉗位型的。TSS管在響應(yīng)時(shí)間，結(jié)電容方面與TVS管是相同特點(diǎn)，易于制成表貼器件，很適合在單板上使用。TSS管適合于信號(hào)電平較高的信號(hào)電路保護(hù)。

TSS管在響應(yīng)時(shí)間、結(jié)電容方面具有與TVS管相同的特點(diǎn)。易于制成表貼器件，很適合在單板上使用，TSS管動(dòng)作后，將過(guò)電壓從擊穿電壓值附近下拉到接近0V的水平，這時(shí)二極管的結(jié)壓降小，所以用于信號(hào)電平較高的線路（例如：模擬用戶線、ADSL等）保護(hù)時(shí)通流量比TVS管大，保護(hù)效果也比TVS管好。TSS適合于信號(hào)電平較高的信號(hào)線路的保護(hù)。

在使用TSS管時(shí)需要注意的一個(gè)問(wèn)題是：TSS管在過(guò)電壓作用下?lián)舸┖?，?dāng)流過(guò)TSS管的電流值下降到臨界值以下后，TSS管才恢復(fù)開(kāi)路狀態(tài)，因此TSS管在信號(hào)線路中使用時(shí)，信號(hào)線路的常態(tài)電流應(yīng)小于TSS管的臨界恢復(fù)電流。臨界恢復(fù)電流值隨TSS管的型號(hào)和設(shè)計(jì)應(yīng)用場(chǎng)合的不同而不同，使用時(shí)應(yīng)注意在器件手冊(cè)中查明所用具體型號(hào)的確切值。

TSS管的擊穿電壓（min(UBR））、通流容量是電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮的。在信號(hào)回路中時(shí)，應(yīng)當(dāng)有：min(UBR)≥(1.2～1.5)Umax，式中Umax為信號(hào)回路的峰值電壓。

TSS管較多應(yīng)用于信號(hào)線路的防雷保護(hù)。

TSS管的失效模式主要是短路。但當(dāng)通過(guò)的過(guò)電流太大時(shí)，也可能造成TSS管被炸裂而開(kāi)路。TSS管的使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)。

5 ?正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC）

PTC是一種限流保護(hù)器件，它有一個(gè)動(dòng)作溫度值TS，當(dāng)其本體內(nèi)溫度低于TS時(shí)，其阻值維持基本恒定，這時(shí)的阻值稱為冷電阻。當(dāng)正溫度系數(shù)電阻本體那溫度高于TS時(shí)，其阻值迅速增大，可以達(dá)到的最大阻值能過(guò)比冷電阻值打104倍左右。由于它的阻值可以隨溫度升高而迅速增大，所以一般串聯(lián)于線上用作暫態(tài)大電流的過(guò)流保護(hù)。PTC在信號(hào)線及電源線路上都有應(yīng)用。

PTC反應(yīng)速度較慢，一般在毫秒級(jí)以上，因此它的非線性電阻特性在雷擊過(guò)電流通過(guò)時(shí)基本發(fā)揮不了作用，只能按它的常態(tài)電阻（冷電阻）來(lái)估算它的限流作用。熱敏電阻的作用更多的體現(xiàn)在諸如電力線碰觸等出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)流保護(hù)的場(chǎng)合，常用于用戶線路的保護(hù)中。

目前PTC主要有高分子材料PTC和陶瓷PTC兩種，其中陶瓷PTC的過(guò)電壓耐受能力比高分子材料的PTC好，但高分子材料的PTC響應(yīng)速度比陶瓷PTC快。通常陶瓷PTC不能實(shí)現(xiàn)低阻值，低阻值的PTC均采用的是高分子的材料。

6 ?保險(xiǎn)管、熔斷器、空氣開(kāi)關(guān)

保險(xiǎn)管、熔斷器、空氣開(kāi)關(guān)都屬于保護(hù)器件，用于設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)短路、過(guò)流等故障情況下，能夠斷開(kāi)線路上的短路負(fù)載或過(guò)流負(fù)載，防止電氣火災(zāi)及保證設(shè)備的安全特性。

保險(xiǎn)管一般用于單板上的保護(hù)，熔斷器、空氣開(kāi)關(guān)一般可用于整機(jī)的保護(hù)。下面簡(jiǎn)單介紹保險(xiǎn)管的使用。

對(duì)于電源電路上由空氣放電管、壓敏電阻、TVS管組成的防護(hù)電路，必須配有保險(xiǎn)管進(jìn)行保護(hù)，以避免設(shè)備內(nèi)的防護(hù)電路損壞后設(shè)備發(fā)生安全問(wèn)題。圖4-5給出了保險(xiǎn)應(yīng)用的兩個(gè)例子，其中a電路中防護(hù)電路與主回路共用一個(gè)保險(xiǎn)，當(dāng)防護(hù)電路短路失效時(shí)主回路供電會(huì)同時(shí)斷開(kāi)，b電路中主回路和防護(hù)電路有各自的保險(xiǎn)，當(dāng)防護(hù)電路失效時(shí)防護(hù)電路的保險(xiǎn)斷開(kāi)，主回路仍然能正常工作，但是此時(shí)端口再出現(xiàn)過(guò)電壓時(shí)，端口可能會(huì)因?yàn)槭シ雷o(hù)而導(dǎo)致內(nèi)部電路的損壞。兩種電路各有利弊，在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以根據(jù)需要選用。無(wú)饋電的信號(hào)線路、天饋線路的保護(hù)采用保險(xiǎn)管的必要性不大。

圖5 保險(xiǎn)應(yīng)用的兩個(gè)例子

保險(xiǎn)管的特性主要有：額定電流、額定電壓等。其中額定電壓有直流和交流之分。

標(biāo)注在熔絲上的電壓額定值表示該熔絲在電壓等于或小于其額定電壓的電路中完全可以安全可靠地中斷其額定的短路電流。電壓額定值系列包括在N．E．C規(guī)定中，而且也是保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室的一項(xiàng)要求，作為防止火災(zāi)危險(xiǎn)的保護(hù)措施。對(duì)于大多數(shù)小尺寸熔絲及微型熔絲，熔絲制造商們采用的標(biāo)準(zhǔn)額定電壓為32、63、125、250、600V。

概括而言，熔絲可以在小于其額定電壓的任何電壓下使用而不損害其熔斷特性。防護(hù)電路中的保險(xiǎn)管，宜選用防爆型慢熔斷保險(xiǎn)管。

7 ?電感、電阻、導(dǎo)線

電感、電阻、導(dǎo)線本身并不是保護(hù)器件，但在多個(gè)不同保護(hù)器件組合構(gòu)成的防護(hù)電路中，可以起到配合的作用。

防護(hù)器件中，氣體放電管的特點(diǎn)是通流量大、但響應(yīng)時(shí)間慢、沖擊擊穿電壓高；TVS管的通流量小，響應(yīng)時(shí)間最快，電壓鉗位特性最好；壓敏電阻的特性介于這兩者之間，當(dāng)一個(gè)防護(hù)電路要求整體通流量大，能夠?qū)崿F(xiàn)精細(xì)保護(hù)的時(shí)候，防護(hù)電路往往需要這幾種防護(hù)器件配合起來(lái)實(shí)現(xiàn)比較理想的保護(hù)特性。但是這些防護(hù)器件不能簡(jiǎn)單的并聯(lián)起來(lái)使用，例如：將通流量大的壓敏電阻和通流量小的TVS管直接并聯(lián)，在過(guò)電流的作用下，TVS管會(huì)先發(fā)生損壞，無(wú)法發(fā)揮壓敏電阻通流量大的優(yōu)勢(shì)。因此在幾種防護(hù)器件配合使用的場(chǎng)合，往往需要電感、電阻、導(dǎo)線等在不同的防護(hù)元件之間進(jìn)行配合。下面對(duì)這幾種元件分別進(jìn)行介紹：

電感：在串聯(lián)式直流電源防護(hù)電路中，饋電線上不能有較大的壓降，因此極間電路的配合可以采用空心電感，如下圖：

圖6 用電感實(shí)現(xiàn)兩級(jí)防護(hù)器件的配合

電感應(yīng)起到的作用：防護(hù)電路達(dá)到設(shè)計(jì)通流量時(shí)，TVS上的過(guò)電流不應(yīng)達(dá)到TVS管的最大通流量，因此電感需要提供足夠的對(duì)雷擊過(guò)電流的限流能力。

在電源電路中，電感的設(shè)計(jì)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題：

1、電感線圈應(yīng)在流過(guò)設(shè)備的滿配工作電流時(shí)能夠正常工作而不會(huì)過(guò)熱；

2、盡量使用空心電感，帶磁芯的電感在過(guò)電流作用下會(huì)發(fā)生磁飽和，電路中的電感量只能以無(wú)磁芯時(shí)的電感量來(lái)計(jì)算；

3、線圈應(yīng)盡可能繞制單層，這樣做可以減小線圈的寄生電容，同時(shí)可以增強(qiáng)線圈對(duì)暫態(tài)過(guò)電壓的耐受能力；

4、繞制電感線圈導(dǎo)線上的絕緣層應(yīng)具有足夠的厚度，以保證在暫態(tài)過(guò)電壓作用下線圈的匝間不致發(fā)生擊穿短路。

在電源口的防護(hù)電路設(shè)計(jì)中，電感通常取值為7～15uH。

電阻：在信號(hào)線路中，線路上串接的元件對(duì)高頻信號(hào)的抑制要盡量少，因此極間配合可以采用電阻，如下圖：

圖7 用電阻實(shí)現(xiàn)兩級(jí)防護(hù)器件的配合

電阻應(yīng)起到的作用與前述電感的作用基本相同。以上圖為例，電阻的取值計(jì)算方法為：測(cè)得空氣放電管的沖擊擊穿電壓值U1，查T(mén)VS器件手冊(cè)得到TVS管8/20us沖擊電流下的最大通流量I1、以及TVS管最高鉗位電壓U2，則電阻的最小取值為：R≥（U1-U2）/I1。

在信號(hào)線路中，電阻的使用應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題：

1、電阻的功率應(yīng)足夠大，避免過(guò)電流作用下電阻發(fā)生損壞；

2、盡量使用線性電阻，使電阻對(duì)正常信號(hào)傳輸?shù)挠绊懕M量小。

導(dǎo)線：某些交/直流設(shè)備的滿配工作電流很大，超過(guò)30A，這種情況下防護(hù)電路的極間配合采用電感會(huì)出現(xiàn)體積過(guò)大的問(wèn)題，為解決這個(gè)問(wèn)題，可以將防護(hù)電路分為兩個(gè)部分，前級(jí)防護(hù)和后級(jí)防護(hù)不設(shè)計(jì)在同一塊電路板上，同時(shí)兩級(jí)電路之間可以利用規(guī)定長(zhǎng)度的饋電線來(lái)做配合。

圖8 用導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)兩級(jí)防器件的配合

這種組合形成的防護(hù)電路中，規(guī)定長(zhǎng)度饋電線所起的作用，與電感的作用是相同的，因?yàn)?米長(zhǎng)導(dǎo)線的電感量在1～1.6uH之間，饋電線達(dá)到一定長(zhǎng)度，就可以起到良好的配合作用，饋電線的線徑可以根據(jù)滿配工作電流的大小靈活選取，克服了采用電感做極間配合時(shí)電感上不能流過(guò)很大工作電流的缺點(diǎn)。

8 ? 變壓器、光耦、繼電器

變壓器、光耦和繼電器本身并不屬于保護(hù)器件，但端口電路的設(shè)計(jì)中可以利用這些器件具有的隔離特性來(lái)提高端口電路抗過(guò)電壓的能力。

端口雷擊共模保護(hù)設(shè)計(jì)有兩種方法：

1、線路對(duì)地安裝限壓保護(hù)器，當(dāng)線路引入雷擊過(guò)電壓時(shí)，限壓保護(hù)器成為短路狀態(tài)將過(guò)電流泄放到大地；

2、線路上設(shè)計(jì)隔離元件，隔離元件兩邊的電路不共地，當(dāng)線路引入雷擊過(guò)電壓時(shí)，這個(gè)瞬間過(guò)電壓施加在隔離元件的兩邊。只要在過(guò)電壓作用在隔離元件期間，隔離元件本身不被絕緣擊穿，并且隔離元件前高壓信號(hào)線不對(duì)其他低壓部分擊穿，線路上的雷擊過(guò)電壓就不能夠轉(zhuǎn)化為過(guò)電流進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，設(shè)備的內(nèi)部電路也就得到了保護(hù)。這時(shí)線路上只需要設(shè)計(jì)差模保護(hù)，防護(hù)電路可以大大簡(jiǎn)化。例如以太網(wǎng)口的保護(hù)就可以采用這種思路。能夠?qū)崿F(xiàn)這種隔離作用的元件主要有：變壓器、光耦和繼電器等。

這里的變壓器主要是指用于信號(hào)端口的各種信號(hào)傳輸變壓器。變壓器一般有初/次級(jí)間絕緣耐壓的指標(biāo)，變壓器的沖擊耐壓值（適用于雷擊）可根據(jù)直流耐壓值或交流耐壓值換算出來(lái)。大致的估算公式為：沖擊耐壓值=2×直流耐壓值=3×交流耐壓值。

圖9 用變壓器實(shí)現(xiàn)隔離

上圖示出一種將變壓器結(jié)合在內(nèi)的信號(hào)端口防護(hù)電路設(shè)計(jì)。雷擊時(shí)，設(shè)備外部的線纜上可感應(yīng)的對(duì)地共模過(guò)電壓作用在變壓器的初級(jí)和次級(jí)之間，如圖9。只要初/次級(jí)不發(fā)生絕緣擊穿，設(shè)備外電纜上的過(guò)電壓就不會(huì)轉(zhuǎn)化為過(guò)電流進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部。這時(shí)端口只需要做差模保護(hù)，利用變壓器等器件的隔離特性，有利于簡(jiǎn)化端口的防雷電路。

采用這種方法設(shè)計(jì)需要注意的是：變壓器、光耦和繼電器等元件本身的絕緣耐壓能力應(yīng)很高（例如沖擊耐壓大于4kV），否則在過(guò)電壓的作用下很容易發(fā)生絕緣擊穿，不能起到提高端口耐壓的作用。另外，利用變壓器的隔離特性時(shí)，需要注意變壓器的初/次級(jí)間有分布電容，某些情況下外部線纜上的共模過(guò)電壓可通過(guò)分布電容從初級(jí)耦合到次級(jí)，從而進(jìn)入到內(nèi)部電路中，這樣就破壞了變壓器的隔離效果，因此應(yīng)盡量選用帶有初次極間屏蔽層的變壓器，并將變壓器屏蔽層外引線在單板內(nèi)接地，如圖9所示。這時(shí)變壓器的有效絕緣耐壓變成了初級(jí)與屏蔽接地端間的絕緣耐壓值。采用共模隔離設(shè)計(jì)的另一個(gè)需要注意的問(wèn)題是初級(jí)電路與單板上其它電路、地的印制線在單板上應(yīng)分離開(kāi)，并有足夠的絕緣距離。一般，印制板上邊緣相距1mm的兩根印制走線，能耐受1.2/50us沖擊電壓4kV左右。

在防護(hù)電路的器件選型過(guò)程中對(duì)氣體放電管、壓敏電阻、熱敏電阻、保險(xiǎn)管、熔斷器、空氣開(kāi)關(guān)等都要選擇有安全認(rèn)證的器件。

編輯：黃飛

?