防雷開關(guān)電源電路的設(shè)計方案
一般建筑物上的避雷針只能預(yù)防直擊雷，而強大的電磁場產(chǎn)生的感應(yīng)雷和脈沖電壓卻能潛入室內(nèi)危及電視,、電話及電子儀表等用電設(shè)備,。特別是太陽能控制儀表，由于太陽能安裝位置的特殊情況,，其使用穩(wěn)定性是廣大開發(fā)人員一直關(guān)注的重點,。
瞬間高電壓的雷擊浪涌以及信號系統(tǒng)浪涌是引起儀表穩(wěn)定性差的重要原因,，信號系統(tǒng)浪涌電壓的主要來源是感應(yīng)雷擊、電磁干擾(EMI),、無線電干擾和靜電干擾,。金屬物體(如電話線)受到這些干擾信號的影響，會使傳輸中的數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤碼,，影響傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和傳輸速率,。如何設(shè)計防雷電路成為儀表研發(fā)的關(guān)鍵問題。
議題內(nèi)容：
雷擊浪涌分析
防雷擊浪涌電路的設(shè)計
解決方案：
應(yīng)用將壓敏電阻和陶瓷氣體放電管的單相并聯(lián)
使用線繞電阻斷開電路
雷擊浪涌分析
最常見的電子設(shè)備危害不是由于直接雷擊引起的,，而是由于雷擊發(fā)生時在電源和通訊線路中感應(yīng)的電流浪涌引起的,。一方面由于電子設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)高度集成化(VLSI芯片)，從而造成設(shè)備耐壓,、耐過電流的水平下降,，對雷電(包括感應(yīng)雷及操作過電壓浪涌)的承受能力下降，另一方面由于信號來源路徑增多,，系統(tǒng)較以前更容易遭受雷電波侵入,。浪涌電壓可以從電源線或信號線等途徑竄入電腦設(shè)備,，我們就這兩方面分別討論：
1)電源浪涌
電源浪涌并不僅源于雷擊,，當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障、投切大負(fù)荷時都會產(chǎn)生電源浪涌,，電網(wǎng)綿延千里,，不論是雷擊還是線路浪涌發(fā)生的幾率都很高。當(dāng)距你幾百公里的遠(yuǎn)方發(fā)生了雷擊時,，雷擊浪涌通過電網(wǎng)光速傳輸,，經(jīng)過變電站等衰減，到你的電腦時可能仍然有上千伏,，這個高壓很短,，只有幾十到幾百個微秒，或者不足以燒毀電腦,，但是對于電腦內(nèi)部的半導(dǎo)體元件卻有很大的損害,，正象舊音響的雜音比新的要大是因為內(nèi)部元件受到損害一樣，隨著這些損害的加深,，電腦也逐漸變的越來越不穩(wěn)定,，或有可能造成您重要數(shù)據(jù)的丟失。
美國GE公司測定一般家庭,、飯店,、公寓等低壓配電線(110V)在10000小時(約一年零兩個月)內(nèi)在線間發(fā)生的超出原工作電壓一倍以上的浪涌電壓次數(shù)達(dá)到800余次，其中超過1000V的就有300余次,。這樣的浪涌電壓完全有可能一次性將電子設(shè)備損壞,。
2)信號系統(tǒng)浪涌
信號系統(tǒng)浪涌電壓的主要來源是感應(yīng)雷擊,、電磁干擾、無線電干擾和靜電干擾,。金屬物體(如電話線)受到這些干擾信號的影響,，會使傳輸中的數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤碼，影響傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和傳輸速率,。排除這些干擾將會改善網(wǎng)絡(luò)的傳輸狀況,。
基于以上的技術(shù)缺陷和狀況，本文根據(jù)實際使用設(shè)計了一種基于壓敏電阻和陶瓷氣體放電管的單相并聯(lián)式抗雷擊浪涌的開關(guān)電源電路,。
防雷擊浪涌電路的設(shè)計
本文所設(shè)計的是一種基于壓敏電阻和陶瓷氣體放電管的單相并聯(lián)式抗雷擊浪涌電路,，并將其應(yīng)用到儀表的開關(guān)電源上。整個電路包括防雷電路和開關(guān)電源電路,，其中防雷電路采用3個壓敏電阻和一個陶瓷氣體放電管組成復(fù)合式對稱電路,，共模、差摸全保護,。與經(jīng)典的開關(guān)電源電路組成防雷儀表的電源電路,，采用壓敏電阻并聯(lián)，延長使用壽命,，在壓敏電阻短路失效后與開關(guān)電源電路分離,，不會引起失火。
為了實現(xiàn)上述目的所采取的設(shè)計方案是：將壓敏電阻和陶瓷氣體放電管的單相并聯(lián)式抗雷擊浪涌電路應(yīng)用到儀表的電源上,。主要分為防雷電路部分和開關(guān)電源電路部分,，電路簡單，采用復(fù)合式對稱電路,，共模,、差摸全保護，可以不分L,、N端連接,。使壓敏電阻RV1位于貼片整流模塊前端分別與電源L、N并聯(lián),，主要來鉗位L,、N線間電壓，壓敏電阻RV0,、RV2與陶瓷氣體放電管FD1串聯(lián)后接地,，RV0與FD1串聯(lián)主要是泄放L線上感應(yīng)雷擊浪涌電流，RV2與FD1串聯(lián)主要是泄放由信號口串人24V參考電位上的能量,，RV0,、RV2短路失效后，F(xiàn)D1可將其與電源電路分離,，不會導(dǎo)致失火現(xiàn)象,。
RV1前端線路上串聯(lián)了一個線繞電阻,，當(dāng)此RV1短路失效時，線繞電阻可起到保險絲的作用,，將短路電路斷開,，壓敏電阻屬電壓鉗位型保護器件，其鉗位電壓點即壓敏電阻參數(shù)選擇相對比較重要(選壓敏電壓高一點的,，通流量大一些的更安全,、耐用，故障率低),；根據(jù)通流容量要求選擇外形尺寸和封裝形式,，本電路中采用561k－10D的壓敏電阻與陶瓷氣體放電管串聯(lián)來延長使用壽命和確保安全。
陶瓷氣體放電管的通流容量根據(jù)要求的通流容量選擇,，電路采用3RM470L－7．5－L,，通流量為5000A。線繞電阻R1起限流分壓作用,；貼片整流模塊為開關(guān)電源電路前端整流作用,，C1為高壓濾波電容，Y1為去耦電容,，電阻R2和電容C2及VD2組成開關(guān)電源芯片MOS管的吸收鉗位電路,，保護芯片，開關(guān)電源芯片采用PI公司的TNY27系列,，TR1為高頻變壓器,，VD3、C3構(gòu)成高頻變壓器次級濾波,，U2、VD4,、R3,、R4、R5構(gòu)成開關(guān)電源電路的反饋電路,，可將變壓器次級輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)計值,，此防雷抗浪涌電路在實際使用中取得了較好的效果。
基于壓敏電阻和陶瓷氣體放電管的單項并聯(lián)式防雷電路在近年的太陽能控制儀表開發(fā)中逐漸被廣大設(shè)計人員所青睞,，本文所設(shè)計的電路就其嚴(yán)謹(jǐn)性,，完全符合國標(biāo)GB／T17626．5的試驗標(biāo)準(zhǔn)。在實際使用中可以空出PCB板的空間來為開發(fā)者提供隨心所欲的設(shè)計舞臺,。