信号SPD设计原则.doc

信号SPD的安装 潘宇 (南京气象学院电子工程系210044) 摘要：阐述了信号系统的防暂态过电压技术，各防过电压元件的特性，结合各种防过电压元件设计对各信号系统的防护。 Abstract: Expatiate technology of the defend transient excessive voltage. Each characteristic of the defend excessive voltage element. Combine each defend excessive voltage element dafend excessive voltage. 关键词：信号SPD，信号系统，暂态过电压。 Key words:signal,beaconage, transient excessive voltage. 一　前言：对信息时代的防雷技术,人类进入信息时代的今天，大规模的集成电子元件很普遍，随着人类技术的进步，集成密度还可以进一步提高，这种高密度的超大规模集成电路，这样的器件抗击雷电过电压的能力很差，一般只要几个纳秒，一倍过电压就足以毁坏，对于信号系统来说，应更加注意防过电压。因为在信号系统不但要求信号SPD响应快，而且得通流容量大，要它的级间寄生电容要小，否则它将对信号系统产生畸变作用，使信号系统中的误码率变大，更有可能使信号系统无法运行。 二　信号系统的防暂态过电压技术 在国内外广泛采用多级防护电路，在信号系统防过电压设计要求的不同位置上装设有各个SPD，能否承担应该和相应消耗的能量而不损坏或劣化，而同时还能满足各位置上的电压保护水平要求。设计时各SPD是分别选择的，往往是先按最大持续工作电压和电压保护水平的要求来选取。 雷电威胁 第一级 第二级 第三级 直击－反击 绝大部分 剩余 很少 侵入波 绝大部分 剩余 很少 感应 承受 承受 承受 操作电涌 承受 承受 承受 表一 信号线路的基本防过电压电路如下图： 图一 它由放电管G，雪崩二极管D1和D2，电阻R以及电感L组成，实际上是一个两级保护电路。第一级放电管G用于旁路泄放暂态大电流，第二级雪崩二极管D1和D2用于箝位限压，保护后面的电子设备或元器件。第一级常称为粗保护，第二级常称为细保护，介于这两级之间的电阻R和电感L是起改善放电管的动作特性和促进两级保护特性配合的作用。当暂态过电压波沿信号线路传输到达保护电路后，由于放电管G具有较高的放电电压和较长的响应时间，它并不能很快放电导通。在放电管G尚未放电之前，雪崩二极管D1或D2（其中是哪一只管子取决于过电压极性）将首先击穿，使D1，D2支路导通，并流过暂态电流，随着该支路直接影响态电流的增大，R　L支路上的压降也相应地增大，这一压降加于G两端，就促使G尽早动作放电。当G放电以后，它将提供一条旁路泄放崭暂大电流的通道，同时它也起限制过电压的作用，并实施对R，L和D1，D2的保护。此外，G放电导通，后，它将呈现低阻状态，能产生反极性和反射波来削减来波的波头上升陡度。 可加上压敏电阻，使其与放电管串连，压敏电阻有较大的寄生电容，串连放电管，可使串连支路上的总电容降到几个微微法。放电管起到一个开关的作用当没有暂态过电压作用时，压敏电阻中几乎没有泄漏电流。 图二 三　常用的防过电压元件： 1　气体放电管：气体放电管由封装在小玻璃管或陶瓷管中相隔一定距离的两个电极组成。其电气性能基本上取决于气体种类、气体压力以及电极距离。如果发生电压冲击，电极间会产生某种电弧，电离气体放电的路径是由高阻抗转向低阻抗。该放电过程阻止一个更高的冲击幅值。气体放电管受到瞬态高能量冲击时，它能以10-6s量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率。它的通流容量较大，可达5KA－10KA，选择放电管的一项重要指标是它的直流放电电压，为了确保放电管在系统正常运行状态下不影响信号的传输，放电管的直流放电电压应大于信号电路的正常传输电压，这一要求应大于信号电路的正常传输电压，（一般信号电路的正常传输电压常低于20V）；另一个重要指标是它的响应时间，其响应时间相对于其它保护元件来说比较大。其主要参数为：(1)直流放电电压　　在上升陡度低于100V/S的电压作用下，放电管开始放电的平均电压值称为其直流放电电压。由于放电管具有分散性，围绕着这个平均值还城同时允许的偏差上限和下限值。(2)冲击放电电压　　在具有规定上升陡度的暂态电压脉冲下，放电管开始放电的电压值称为其冲击放电电压。(3)工频耐受电流　　放电管通过工频电流5次，使管子的直流放电电压及绝缘电阻无明显变化的最大电流称为其工频耐受电流。　(4)　冲击耐受电流　　 将放电管通过规定波形和规定次数的脉冲电流，使其直流放电电压和绝缘电阻不会发生明显变化的最大值电流峰值