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开关电源防雷设计分析,压敏电阻与陶瓷气体放电管的串联

助工
2021-04-06 15:29:07     打赏

雷电的入侵首先表现为过电压,当存在泄放通道时,产生电流。过电压有共模过电压和差模过电压两种类型。

由于寄生电容的存在,雷电过电压击穿空气或在常压下绝缘的器件,形成强大的雷电流,造成设备损坏。

为了抑制雷电的影响,应在雷电能量进入设备前将能量泄放至大地。对于共模过电压,应在输入线与地之间安装防雷器件;对于差模过电压,应在输入火线和零线之间安装防雷器件。

开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器,电子冰箱,液晶显示器,LED灯具,通讯设备,视听产品,安防监控,LED灯袋,电脑机箱,数码产品和仪器类等领域。开关电源的防雷设计需要满足防雷标准:EN 61000-4-5的要求,根据不同的防雷要求,适当选择输入端放电管及PTC自恢复保险丝、压敏电阻的规格,规格越大则元件本身防雷效果越好;但规格过大时,就无法对电源内部元件取到良好的保护作用,因此在开关电源防雷器件选型的时候,我们还是要结合产品的防护等级以及应用领域来决定。

为满足信息系统设备耐受能量要求,浪涌保护器件的安装可进行多级配合,在进行多级配合时应考虑浪涌保护器件之间的能量配合,当有续流时应在线路中串接退耦装置。在同一电源系统中,当安装在电源装置的起点处的浪涌保护器件的保护电压水平Up≤末端被保护设备的耐压水平的50%时,可仅安装一级浪涌保护器件,应用在一级防护的多以陶瓷气体放电管为主。在供电电压超过所规定的10%及谐波使电压幅值加大的场所,应根据具体情况对压敏电阻浪涌保护器提高Uc值。

开关电源中常用的防雷器件是压敏电阻和气体放电管。

基于压敏电阻和陶瓷气体放电管的单相并联式抗雷击浪涌电路,并将其应用到仪表的开关电源上。整个电路包括防雷电路和开关电源电路,其中防雷电路采用3个压敏电阻和一个陶瓷气体放电管组成复合式对称电路,共模、差摸全保护。与经典的开关电源电路组成防雷仪表的电源电路,采用压敏电阻并联,延长使用寿命,在压敏电阻短路失效后与开关电源电路分离,不会引起失火。开关电源防雷中经常会用气体放电管做一级防护,后端串联压敏电阻做残压的泄放:

1、陶瓷气体放电管(GDT)

陶瓷气体放电管为开关型器件。当气体放电管两端施加的电压小于触发电压时,气体放电管为断路状态,基本无漏电流。当电压高于触发电压时,气隙被击穿,可认为短路。当两端的电压下降至工作电压以内时,气隙不能灭弧,继续有电流通过,这就是气体放电管的续流问题。气体放电管的灭弧电压很低,一般为20~50V,因此不能安装在火线与零线、火线与地线之间。

2、压敏电阻(MOV)

压敏电阻为限压型器件,当两端施加工作电压时阻值很高,漏电流为μA级。随着端电压升高,压敏电阻阻值降低,端电压超过钳位电压后阻值急剧降低,漏电流可高达20~40KA,形成雷电泄放通道。当电压降低至工作电压后,压敏电阻的漏电流迅速减小,恢复原来状态。

随着工作时间的增加,尤其是多次泄放电流,压敏电阻漏电流逐渐增大。如果施加的电压为标称电压的90%时漏电流就达到1mA,就认为压敏电阻性能达不到要求,需要更换。基于此,可以比较容易地检测压敏电阻性能。

一般要求压敏电阻能耐受In电流正反各冲击5次,耐受Imax电流正负各冲击一次,10%In电流冲击100次。

目前业界比较通常的标准是单个驱动器的防雷等级在差模4KV,共模6KV,带外置防雷器可以达到差模10KV,共模10KV的防护等级。




关键词: 防雷设计     压敏     电阻    

工程师
2021-04-08 23:28:12     打赏
2楼

文章写的非常不错的


菜鸟
2021-04-09 11:57:01     打赏
3楼

受教了:根据不同的防雷要求,适当选择输入端放电管及PTC自恢复保险丝、压敏电阻的规格,规格越大则元件本身防雷效果越好;但规格过大时,就无法对电源内部元件取到良好的保护作用,因此在开关电源防雷器件选型的时候,我们还是要结合产品的防护等级以及应用领域来决定。


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