一種用于220v電源線的納秒級(jí)電磁脈沖防護(hù)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于220V電源線的納秒級(jí)電磁脈沖防護(hù)器。
【背景技術(shù)】
[0002]有許多學(xué)者與研究機(jī)構(gòu)對(duì)用于220V電源線的暫態(tài)過(guò)電壓防護(hù)進(jìn)行了大量的研究，但針對(duì)納秒級(jí)電磁脈沖的防護(hù)研究較少。如聶玉安等在《電氣應(yīng)用》上發(fā)表的《電壓配電線路加裝浪涌保護(hù)器設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析》以及北京交通大學(xué)卞華永2008年碩士論文《低壓交流電源線路的雷電電涌防護(hù)研究》等文章中均指出了電源線浪涌過(guò)電壓的危害，并提出了防護(hù)方法。但設(shè)計(jì)裝置主要是針對(duì)μ s級(jí)的雷電防護(hù)，參考的是雷電防護(hù)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，并不能針對(duì)快上升前沿的納秒級(jí)電磁脈沖進(jìn)行有效防護(hù)。中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)公司研制的核電磁脈沖、雷電電磁脈沖防護(hù)模塊使用了 sro器件及濾波電路，但整個(gè)防護(hù)模塊的插入損耗較大，同時(shí)器件引線電感等因素的影響造成防護(hù)器件實(shí)際響應(yīng)速度達(dá)不到ns級(jí)。
[0003]從上述研究成果可以看出，目前用于220V電源線的防護(hù)器大多是針對(duì)微秒量級(jí)的雷電電磁脈沖，通常無(wú)法滿足ns級(jí)電磁脈沖防護(hù)的要求；現(xiàn)有電磁脈沖防護(hù)模塊雖然選用了快速響應(yīng)元件，但是防護(hù)效果并不理想，有待進(jìn)一步改進(jìn)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型涉及一種用于220V電源線的納秒級(jí)電磁脈沖防護(hù)器，其創(chuàng)新之處是針對(duì)220V電源線的電磁脈沖浪涌威脅，設(shè)計(jì)中采用了多級(jí)防護(hù)電路，包括二級(jí)保護(hù)元件和中間的去耦元件，主要的作用是將電磁脈沖耦合在線上的能量在到達(dá)用電設(shè)備之前快速泄放，吸收浪涌能量，起到對(duì)后端設(shè)備的保護(hù)作用，同時(shí)保證不影響設(shè)備的正常工作。
[0005]本實(shí)用新型提供了一種用于220V電源線的納秒級(jí)電磁脈沖防護(hù)器，包括:壓敏電阻，連接在受保護(hù)設(shè)備兩端；電壓抑制器，和所述壓敏電阻并聯(lián)，一并連接在所述受保護(hù)設(shè)備兩端；所述電壓抑制器具有的通流量為6kA ;所述電壓抑制器導(dǎo)通后會(huì)將所述受保護(hù)設(shè)備兩端的電壓保持在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)；去耦電感，連接在所述壓敏電阻和所述電壓抑制器之間，所述去耦電感具體是微亨級(jí)電感；所述電壓抑制器對(duì)納秒級(jí)電磁脈沖進(jìn)行響應(yīng)時(shí)，所述去耦電感將所述壓敏電阻兩端作用電壓抬高，使所述壓敏電阻在脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)也進(jìn)行響應(yīng)，從而泄放大部分電磁脈沖能量，以降低電磁脈沖來(lái)波陡度，吸收浪涌能量。
[0006]優(yōu)選的，所述去耦電感具體是5 μΗ的空芯電感。
[0007]通過(guò)本實(shí)用新型的一個(gè)或者多個(gè)技術(shù)方案，本實(shí)用新型具有以下有益效果或者優(yōu)占.
[0008]本實(shí)用新型提供了一種用于220V電源線的納秒級(jí)電磁脈沖防護(hù)器，采用兩級(jí)防護(hù)電路，一級(jí)使用動(dòng)作電壓高、通流能力強(qiáng)的暫態(tài)器件壓敏電阻，二級(jí)使用動(dòng)作電壓低、響應(yīng)速度快且鉗位精確的防護(hù)器件暫態(tài)電壓抑制器，利用去耦電感調(diào)節(jié)兩級(jí)間的時(shí)間配合和能量配合，能夠使得整個(gè)防護(hù)模塊既可以達(dá)到納秒級(jí)的響應(yīng)速度又可以充分泄放電磁脈沖耦合到電源線中的浪涌能量，同時(shí)對(duì)被保護(hù)對(duì)象的正常工作沒(méi)有影響。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的防護(hù)器的主要電路結(jié)構(gòu)原理圖；
[0010]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的測(cè)試原理圖；
[0011]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的測(cè)試結(jié)果圖。
[0012]附圖標(biāo)記說(shuō)明:方波脈沖發(fā)生器1，功率分配器2，防護(hù)器3，衰減器4，示波器5。
【具體實(shí)施方式】
[0013]為了使本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員更清楚地理解本實(shí)用新型，下面結(jié)合附圖，通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案作詳細(xì)描述。
[0014]本實(shí)用新型涉及的防護(hù)器采用二級(jí)防護(hù)電路設(shè)計(jì)，高-低配合方式，一級(jí)使用動(dòng)作電壓高、通流能力強(qiáng)的暫態(tài)器件壓敏電阻，二級(jí)使用動(dòng)作電壓低、響應(yīng)速度快且鉗位精確的防護(hù)器件暫態(tài)電壓抑制器(TVS管)，兩級(jí)間設(shè)有去耦電感，利用去耦電感的取值調(diào)節(jié)一二級(jí)間的時(shí)間配合和能量配合關(guān)系，同時(shí)能夠起到降低電磁脈沖來(lái)波陡度的作用。
[0015]具體配合機(jī)理是:第二級(jí)TVS管(ps級(jí)響應(yīng)速度)對(duì)納秒級(jí)電磁脈沖首先響應(yīng)，發(fā)揮保護(hù)作用；而此時(shí)級(jí)間去耦電感的存在可以將第一級(jí)壓敏電阻兩端作用電壓抬高，使其在脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)也快速響應(yīng)，從而泄放大部分電磁脈沖能量。第二級(jí)TVS管導(dǎo)通后也可以發(fā)揮精確鉗位的優(yōu)勢(shì)，保證被保護(hù)設(shè)備兩端的電壓在預(yù)設(shè)范圍(即:可承受范圍)內(nèi)。
[0016]本實(shí)用新型中的防護(hù)器的主要電路結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。
[0017]壓敏電阻連接在受保護(hù)設(shè)備兩端；電壓抑制器，和所述壓敏電阻并聯(lián)，一并連接在所述受保護(hù)設(shè)備兩端；所述電壓抑制器具有的通流量為6kA ;去耦電感，連接在所述壓敏電阻和所述電壓抑制器之間，所述去耦電感具體是微亨級(jí)電感。
[0018]具體來(lái)說(shuō)，220V電源線電磁脈沖防護(hù)器是基于二級(jí)保護(hù)思路設(shè)計(jì)的防護(hù)電路，二級(jí)暫態(tài)電壓抑制器的選型由電源線的正常工作電壓確定，一級(jí)采用響應(yīng)速度快、通流量大的暫態(tài)元件壓敏電阻，兩級(jí)之間的去耦電感值由仿真與計(jì)算結(jié)果得出，并經(jīng)過(guò)了實(shí)際的試驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證。
[0019]本設(shè)計(jì)中，一級(jí)選用容量較大的壓敏電阻M0V，型號(hào)為681KD32，二級(jí)采用TVS，其寄生電容在50pF以下，減小了對(duì)電源線后端設(shè)備的影響，TVS型號(hào)為HFB380L，該型號(hào)的TVS具有最高6kA的通流量。
[0020]而對(duì)于級(jí)間去耦元件，通常選擇電感或電阻。電感去耦對(duì)高頻脈沖有較好的效果，電阻去耦盡管不會(huì)引起色散，但電源線中時(shí)時(shí)流過(guò)電流，使用電阻會(huì)造成較大的能量損失，因此本防護(hù)器選用了電感作為去耦元件。去耦電感連到兩級(jí)防護(hù)元件之間，起到抬高第一級(jí)元件作用電壓，使其盡快響應(yīng)的目的。為此，可進(jìn)行以下估算:
[0021]其中Ua為加在第一級(jí)壓敏電阻上的作用電壓，Ub為第二級(jí)TVS管兩端電壓，di/dt為浪涌電流響應(yīng)速度，L為選取電感值。在計(jì)算基礎(chǔ)上利用SPICE仿真分析，通過(guò)選取不同的電感值，觀察一二級(jí)流過(guò)電流進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)在此電路中選用微亨級(jí)電感效果較好，基本滿足一二級(jí)泄流比為9:1的設(shè)計(jì)要求。經(jīng)進(jìn)一步試驗(yàn)檢測(cè)，確定選用5 μΗ的空芯電感作為去耦電感。
[0022]進(jìn)一步的，在實(shí)際應(yīng)用中，研制的220V電源線系統(tǒng)電磁脈沖防護(hù)器采用兩級(jí)防護(hù)電路設(shè)計(jì)，利用去耦電感調(diào)節(jié)兩級(jí)間的時(shí)間配合和能量配合，然后還可以利用PCB板連接，減少引線電感，使得整個(gè)防護(hù)模塊既可以達(dá)到納秒級(jí)的響應(yīng)速度又可以充分泄放電磁脈沖耦合到電源線中的浪涌能量，同時(shí)對(duì)被保護(hù)對(duì)象的正常工作沒(méi)有影響。
[0023]而在對(duì)本防護(hù)器進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí):
[0024]將所研制的電磁脈沖防護(hù)器置于依據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的電磁脈沖防護(hù)效果測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái)中，分別在不加防護(hù)器和加入防護(hù)器的兩路通道中測(cè)試納秒脈沖響應(yīng)，并利用示波器將波形信號(hào)存儲(chǔ)下來(lái)以利于分析。
[0025]具體來(lái)說(shuō)，測(cè)試原理圖如圖2所示。利用方波脈沖發(fā)生器1產(chǎn)生納秒級(jí)快前沿的方波信號(hào)，利用功率分配器2將其分成相同的兩路信號(hào)，分別接在不加防護(hù)其和加入防護(hù)器3的兩路通道中，將直接輸出的方波源電壓信號(hào)和通過(guò)防護(hù)器的電壓信號(hào)通過(guò)衰減器4的作用后同時(shí)輸入到示波器5中。
[0026]其中源波形表示脈沖發(fā)生器輸出電壓的歸一化波形；防護(hù)器輸出表示測(cè)量得到的歸一化波形，上升時(shí)間小于2ns，測(cè)量脈寬為50ns的方波信號(hào)在納秒時(shí)間內(nèi)有效地降低了波前陡度，并且幅值由數(shù)千伏降低到三百伏左右，能量大大降低。
[0027]通過(guò)本實(shí)用新型的一個(gè)或者多個(gè)技術(shù)方案，本實(shí)用新型具有以下有益效果或者優(yōu)占.
[0028]本實(shí)用新型提供了一種用于220V電源線的納秒級(jí)電磁脈沖防護(hù)器，采用兩級(jí)防護(hù)電路，一級(jí)使用動(dòng)作電壓高、通流能力強(qiáng)的暫態(tài)器件壓敏電阻，二級(jí)使用動(dòng)作電壓低、響應(yīng)速度快且鉗位精確的防護(hù)器件暫態(tài)電壓抑制器，利用去耦電感調(diào)節(jié)兩級(jí)間的時(shí)間配合和能量配合，能夠使得整個(gè)防護(hù)模塊既可以達(dá)到納秒級(jí)的響應(yīng)速度又可以充分泄放電磁脈沖耦合到電源線中的浪涌能量，同時(shí)對(duì)被保護(hù)對(duì)象的正常工作沒(méi)有影響。
[0029]盡管已描述了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例做出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本實(shí)用新型范圍的所有變更和修改。
[0030]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實(shí)用新型的這些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于220V電源線的納秒級(jí)電磁脈沖防護(hù)器，其特征在于，包括: 壓敏電阻，連接在受保護(hù)設(shè)備兩端； 電壓抑制器，和所述壓敏電阻并聯(lián)，一并連接在所述受保護(hù)設(shè)備兩端；所述電壓抑制器具有的通流量為6kA ;所述電壓抑制器導(dǎo)通后會(huì)將所述受保護(hù)設(shè)備兩端的電壓保持在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)； 去耦電感，連接在所述壓敏電阻和所述電壓抑制器之間，所述去耦電感具體是微亨級(jí)電感； 所述電壓抑制器對(duì)納秒級(jí)電磁脈沖進(jìn)行響應(yīng)時(shí)，所述去耦電感將所述壓敏電阻兩端作用電壓抬高，使所述壓敏電阻在脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)也進(jìn)行響應(yīng)，從而泄放大部分電磁脈沖能量，以降低電磁脈沖來(lái)波陡度，吸收浪涌能量。2.如權(quán)利要求1所述的防護(hù)器，其特征在于，所述去耦電感具體是5μΗ的空芯電感。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于220V電源線的納秒級(jí)電磁脈沖防護(hù)器，采用兩級(jí)防護(hù)電路，一級(jí)使用動(dòng)作電壓高、通流能力強(qiáng)的器件-壓敏電阻，二級(jí)使用動(dòng)作電壓低、響應(yīng)速度快且鉗位精確的防護(hù)器件-電壓抑制器，利用去耦電感調(diào)節(jié)兩級(jí)間的時(shí)間配合和能量配合，能夠使得整個(gè)防護(hù)模塊既可以達(dá)到納秒級(jí)的響應(yīng)速度又可以充分泄放電磁脈沖耦合到電源線中的浪涌能量，同時(shí)對(duì)被保護(hù)對(duì)象的正常工作沒(méi)有影響。
【IPC分類】H02H9/04
【公開號(hào)】CN205029336
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520549329
【發(fā)明人】黃忠勝, 祁國(guó)成, 謝彥召, 謝萍, 楊明, 呂峰
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油天然氣股份有限公司
【公開日】2016年2月10日
【申請(qǐng)日】2015年7月27日