工业和新能源的电路保护方案
【2013新能源与工业应用开发者论坛精彩笔录】

 
本文整理自君耀电子技术专家张少秋在2013新能源与工业应用开发者论坛上的演讲，更多精彩方案尽在2013新能源、工业与嵌入式应用开发者论坛网络直播。

大家好我是君耀电子的张工。我今天演讲题目就是跟这个雷击和浪涌有关。首先我们来了解一下雷击和浪涌的区别。


雷击也是通俗中的雷电，是自然界中带不同电荷的云团聚变的发电现象。这个图就是直接雷击的图象，这个雷击发生在广州塔上面，雷电会形成一种直接雷击和间接雷击，直接雷击会通过避雷针进行防护，我们今天主要说的是间接雷击，也就是感应雷。顾名思义，就是超过正常电压，造成损坏。随着现代社会的发展和科技的进步，各种作业，新能源、供电系统都在引起和使用，先进的设备、办公网络和工业系统，这些系统都包含大量的高精密电子，随着这些器件集成度提高，这些设备的耐压水平不断的降低，会受到感应雷、放电的影响，做成数据丢失、损坏的情况。我们可以看得出雷击和浪涌每年给人类做成的损失是不可估量的。并且对于这个浪涌的防护，对于电子电器设备来说真的很重要。

接下来我们先来了解一下在感应雷防护方面，目前主要有哪几类产品，君耀电子作为国内元器件行业领先的供应商，主要有以下七类产品，第一类是压敏电阻，压敏电阻是电子元器件行业中防雷用得最普遍的。当浪涌过来的时候，从高阻变成低阻的状态，把浪涌高压调配到对于电器设备来说很安全的级别，比如六千伏的电压过来，可以调配到几百伏的程度，对于压敏电阻来说，主要有上图的几种优点。第一个它的压敏电阻电压范围非常广，基本上在18V到1800V的情况，抗雷击能力也非常强，从几百安培到几十千安培不等。压敏电阻一般比较大

。第二大类产品是TVS，就是瞬态抑制二极管，反映速度很快。它可以把浪涌吸收。对电压的调配能力是很精确的，目前君耀电子的TVS管电压范围从5V到500多伏都有，而且根据客户实际需要灵活定制，左上角这个图是TVS对于浪涌的防护，只要浪涌经过TVS管就会把电流导向大地，使浪涌和设备后端的IC隔离开来。再一个也是属于TVS的，但是它跟常规TVS相比，常规TVS防雷能力最大也就几百安培，但是这种高能量的TVS，也就是Hyperfix，它的防雷能力达到六千安培，响应速度会是纳秒级别，基本上集合了前面两种器件的特点。

再一种是TVS  DIODE  ARRAY，主要是用来对静电进行防护，它可以对USB接口等进行防护。这些器件可以满足高速率的传输需求，对于USB3.0接口，传输速率很高，对静电防护器件的要求要求小于0.5以内。接下来我要讲的是GDT，就是陶瓷放电管，对于浪涌方面的抗雷击能力是所有防护器件中最强的，最高可以防100千安培的雷击，但是它的响应速度比较慢，一般需要100纳秒才能工作，君耀电子的GDT可以从75V最高可以做到六千伏，最后一个是属于陶瓷放电管工作原理不能用在供电端口里面，只能跟其他器件串联起来才可以在电容中使用，气体发电管可以用在数据信号上面单独的都可以用。

接下来看一下另外一种气体发电管SPG，是最先应用这种产品是日本的三菱公司，为什么他们要开发出这种SPG气体放电管呢，日本是属于岛国，气候很容易产生高湿热的环境，SPG是为了应对高湿热环境设计的一种保护器件，SPG放电管在高湿热环境下的性能会很好，SPG的响应速度比常规的陶瓷放电管快，陶瓷的放电管响应速度是100纳秒，而SPG反映速度是1纳秒级别。

前面我都跟大家介绍一下君耀的主营产品，接下来来了解一下新能源或者在浪涌发电的标准，分别有ITU—T  K.21，这是通讯行业的级别，IEC61000—4—5是国际的浪涌标准，ISO7637—2是属于汽车行业电子的脉冲测试标准，IEC61000—4—2是静电放电测试标准。我们会先了解浪涌指标，浪涌指标主要是根据上面的浪涌保准来的。

我们来看一下光伏控制器的浪涌防护，我们国家也在不断的做新能源开发，比如太阳能，它的工作原理主要是通过采集太阳能并转化成电能储存到电池里面来，中间还会经过光伏控制器，光伏控制器我们对浪涌防护，我们都知道太阳能的光伏一般是露天搁置的，受到浪涌的影响或者说雷击影响会很严重，所以我们需要做浪涌防护电路的搭建，这个电路该怎么搭建呢？我们可以通过右边的图来完成。常规的做法就是三个压敏电阻带一个陶瓷放电管的结构。压敏电阻在这之间，形成对浪涌保护进行减压和限制的作用，而其他两的压敏电阻电阻跟陶瓷管相链接，主要是将浪涌吸收并接到大地的功能，整个压敏电阻的结构就可以满足电源输入输出结构，共模和差模正反个5次的功能，还可以选择4500安培或者更高能力的抗雷击能力。如果你是48V的电压的话，压敏电阻电阻可以选择68V压敏电阻。我们在上面这个图可以看到，有一个标准的MOV之外，还有TMOV，它是集成了保险丝的压敏电阻，这种TMOV跟常规MOV最大的优势是，当常规MOV超过本身承受能力的压敏浪涌的时候，失效的时候以短路为主，它可能出现爆炸或者起火，这个在新能源或者工业系统中，不希望出现的，我们可以通过采用TMOV这种结构来替换，采用TMOV这种结构来替换标准的压敏电阻，当超过它承受能力的雷击之后，失效的时候，这个保险丝就会脱落，避免浪涌而产生的起火和爆炸。最上角绿色的产品，就是这两个常规的压敏电阻，蓝色那个产品。

接下来我们看一下太阳能基站的浪涌防护，或者说光伏基站的浪涌防护，有些时候通讯基站在光伏以外的环境，对供电造成很大的困扰，太阳能供电的基站就出现了，太阳能供电的基站电源的接口前面有说。


接下来看一下太阳能基站上面的基站产品，是双工器、塔方和合路器，通过右边这个图进行，有陶瓷气体发电管把浪涌输导到大地，后面电阻电感并联，将浪涌电压调配到后续的IC芯片能承受的级别。因为基站里我们看到有一个基站塔，这个塔放和合路器在铁塔上面防止，铁塔是专门招雷的，所以很容易受到感应雷的冲击，这个陶瓷发电管的选择，它的抗浪涌能力要足够高，这个选择要到20千安，也就是两万安培的情况。根据实际电压来选择，甚至36V的产品。这个是太阳能基站的浪涌防护。

接下来看一下车载系统的浪涌防护，我们国家有政策对电动汽车，用电能的汽车或者混合动力的汽车有一个政策的倾斜，我们看一下车载系统的浪涌防护，车载方面主要考虑脉冲防护的标准是ISO7637—2，也就是道路车辆由传导和耦合引起的电骚扰，第二部分，沿电源线的电损害传导，根据这个标准，我们需要对车载电源和端口进行脉冲干扰的防护，根据右上角这个图，串联PPTV和并联MOV和TVS进行防护，压敏电阻每一次浪涌或者每一次脉冲过来，它都会受到损伤，常规的TVS同样可以满足要求，但是常规的TVS跟ISO7637—2最大的浪涌标准，很容易失效，我们可以选择蓝色的产品，就是高能量的TVS管，因为它最高的抗雷击能力的变流达到16千安，对于锂电池公电的充电口或者输出口很多都采用大功率的TVS管来进行脉冲防护。

这个是车载系统电源系统方面的防雷电路。我们接下来看一下工业电视监控系统的浪涌防护，主要就是工业监控系统，针对它的视频线的浪涌防护，我们可以根据监控系统的标准，我们对于这个视频端口，它的浪涌指标要达到10/700VS，40欧姆、4到6KV的标准，而针对这些标准，我们可以采用两级防护，两级防雷搭建，第一级可以采用PPTC，对电流做适当的降低。第二步采用TVS进行防护，对TVS的选择可以选择君耀电子600瓦到1500瓦之间的产品。就是这一两个，在一级电路和二级电路中间要串联PPTC，这个PPTC的作用是对电流的限制作用并且起到退耦，这是工业监控系统的浪涌防护。

我们来看一下，不管是在什么行业中，网络化和智能化程度越来越高，对于网口的防护，我们也要相应的提出来，网口防护我们可以通过在网络变压器之前增加共模和差模的防雷电路搭建来对浪涌进行防护，我们在每一组信号线上并联ESP保护器件，这个选择主要作用是小能量的脉冲和电压，而且对静电进行吸收，对于这个ESD保护器件的选择，大一点的可以选到12V。可以选择君耀电子脉冲电流达到三千安，电压140到200V的产品。上面这个网口是针对于这个网口处在露天环境，这个网线经过户外的情况，如果你的设备放在户内的话，我们可以将这八个去掉，只在每个口上面增加相应的SPT就可以满足相应的需要。

最后一个例子是USB3.0端口的防护，因为它最高传输速率有可能达到5G，对静电的保护选择永远很低。这种保护器件跟上面这种保护器件的好处，是它集成度高，一个芯片就可以防护四五路的线路，这是君耀电子对USB3.0浪涌防护电路。具体的例子就先介绍到这里。

接下来我们了解一下君耀电子。它的理念和宗旨就是我们保护你所关注的，我们通过在人们日常或工作中使用的电子电器产品增加相应的防护电路，从而提高供电设备的安全性和稳定性，以达到保护人身健康和财产安全的目的。君耀电子它有一个独立的实验室，它的实验室能力主要侧重于两方面，一方面是对于器件或者对于设备的可靠性测试，另外一方面是浪涌测试，可靠性测试方面，君耀电子可以做高低温储存、可靠性测试，在浪涌测试盲从，君耀电子的实验室在8/20的电流波上，可以满足40千安的条件，在常规情况下可以满足200安培的测试条件。整个君耀电子实验室还可以做物资测试实验室。这个就是君耀电子的概况。如果大家有什么问题想问的话可以找我交流，我今天要说的就到这里。