如何做好防雷?是工程师必学的知识点!

我们先来看一下雷电是如何产生的,如下图所示:

对于电子设备来说,雷击一般分为感应雷和直击雷,且最大的特点便是“能量巨大”,所以一般的防雷措施主要是以快速泄放能量为基本手段。

雷击测试标准可以参考:EN 610000-4-5

一般防雷的器件有以下几类:

防护的措施主要以:多级防护,逐级削弱,为主导思想去设计,如下电路图所示:

说白了就是要把能吸收大能量的器件放在受雷端的最前面,如GDT(气体放电管),SPG(玻璃放电管),也称为一级防护。其他的如TSS(半导体放电管),SPD(防雷模块),当然还有压敏电阻(如图3-22中VR1,VR2)等。

我们先看一级防护,以GDT为例。一级防护:一级防护一般都是在端口处(如AC电源输入口,建筑物进线口等),也就是最容易引入雷电的区域,能量最大的区域,使用GDT这类器件,流通量大,能吸收大部分能量,本体电容较小,一般的产品中经常搭配两个MOV(压敏电阻)来使用,主要目的是阻断GDT管击穿时产生的后续电流输入到后期电路中。

(气体放电管实物)当然了,在AC~DC电源接口处也常常加上安规电容,如下图所示:

二级防护:到了二级防护电路之后,大部分能量已经被一级防护电路所吸收了,所以二级主要的目的是快速,精准,流通量不需要大的器件,如TSS,TVS等。

各个防护器件性能对比如下所示:

其中Hyperfix为大功率TVS管,可用于一级防护电路替代MOV,具有超大的浪涌冲击电流,快速响应等优点。

MOV反应比较慢,会存在钳为滞后的现象,残存的电压甚至会大于标称电压。精度一般,±10%左右,电容较大,导致漏电流大,容易发热,从而影响寿命。

GDT流通量大,电容较小,与MOV串联使用,可以很好解决MOV漏电流的问题。但GDT不能自行灭弧,容易造成爆炸引起电网短路。反应慢,残压过大,精度也比较差。

TVS/TSS/ESD等精准,反应速度快,但流通量比较小,大部分情况下都是放置在二级防护电路中。

在设计电路过程中,不能把一级防护和二级防护调换,严格遵循雷击发生后电流的流通方向进行设计电路,合理搭配器件。

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