电子设备电源系统防雷措施的探索与研究.docx

电子设备电源系统防雷措施的探索与研究
和丽霞
（南京气象学院电子工程系，210044）

摘要本文分析了电子设备中电源系统（包括直流和交流）的雷电防护措施，并附带原理图的形式加以说明
关键词电源系统防雷措施分析
AbstractTheapproachoflightningprotectiontothepowersystem(includingACandDC)oftheelectronicsareanalyzedinthispaper，withthepictureattached.
一．引言
建筑物内电子设备使用的交流电源通常是由供电线路从户外交流电网引入当雷击于电网附近或直击于电网时，就会在线路上产生过电压波，这种过电压波沿着线路传入户内，通过交流电源系统侵入电子设备,造成电子设备的损坏。并且，这种雷电过电压也能从交流电源侧或通信线路传播到直流电源系统，危及直流电源及其负载电路的安全。随着各种先进电子设备在各类建筑物中的应用，对电子设备电源系统的防雷保护问题已越来越受到人们的关注。下面具体从直流电源和交流电源两部分分析着手分析其保护原理。
二．直流电源的保护措施分析
从简单的晶体管到和集成运放电路到各种复杂的数字和微处理系统，几乎都要用到直流电源，因此暂态过电压对直流电源的危害将直接威胁到电子设备的安全。这就需要对直流电源采取暂态过电压防护措施。
简单的直流电源由电源变压器、整流器、滤波电容、稳压电路和其它一些配件组合。简单的直流电源过电压防护电路如图一所示，在该图中M1、M2、M3、装设于电源变压器的原边，用于抑制来自交流电源线路上的共模和差模暂态过电压，雪崩二极管D1用于保护变压器副边的元器件，如整流器、滤波电容C和稳压器。D1的击穿电压应该略小于稳压器的最大容许输出电压和滤波电容的耐受电压，同时应大于正常运行时稳压器的最大输入电压。由于暂态过电压有可能出现在稳压器的输出端，例如暂态过电压波从信号线路经放大器到达稳压器的输出端，引起稳压器输入与输出端之间反向电压增大，这种反向过电压能够造成稳压器的损坏。因此，为了防护这种反向过电压，可采用一只普通二极管D2跨接有于稳压器输出与输入端之间，采用D1与D2的配合来抑制这种反向过电压。

图一：简单直流电源的保护电路
开关电源及其暂态过电压保护电路如图二所示，在此图中，开关K1、K2常为双极晶体管或功率场效应管，控制电路能根据负载电压的大小来反馈控制K1、K2各自的闭合时间。由于来自交流电源侧的暂态过电压波能直接侵入整流器和开关K1、K2，对于这种开关电源的过电压保护将比对简单直流电源保护要困难写。一种可行的方法是在整流器的交流电源侧装两个压敏电阻M1、M2以及串联L-R支路，其中压敏电阻主要用于抑制共模暂态过电压，电感L(R为其线圈的电阻)用于抑制短持续时间的差模暂态过电压，以保护滤波电容C1和开关K1与K2，L的数值一般可以取为几十到一百uH。在线间差模暂态过电压作用下，滤波电容C1上出现的过电压实际上包括三个分量：（一）由暂态脉冲电流对C1充电所引起的压降分量；（二）又暂态脉冲电流流过C1中等值损耗串联电阻产生的压降分量；（三）由暂态脉冲电流变化率在C1寄生电感上产生的压降分量。电感L即可限制暂态脉冲电流的幅值，又可限制暂态脉冲电流的变化率，因此可以有效的限制在暂态过程中C1上出现的过电压。当L的线圈电阻很小时，可以再外接一个电阻，使该串联支路的总阻值达到1欧姆左右，利用这个电阻可以限制开关电源在C1处于无电荷状态下接通时出现的涌流，也可以阻尼由L-C回路引起的振荡。为了对C1提供一个附加的箝位限压措施，将雪崩二极管D并于C1两端，D也可以进一步降低作用在开关上的过电压，D与压敏电阻M1和M2以及它们之间的配合元
件L、R实际上构成了一个两级保护电路。

图二：开关电源的保护电路
三．交流电源的保护措施分析
交流电源首先涉及到配电变压器，因此，先介绍配电变压器的防雷保护措施。一方面可以防止变压器自身受到雷电过电压的损坏，提高向建筑物内电子设备的供电可靠性；另一方面可以防止雷电过电压波通过变压器传播到建筑物内的电源系统，使电子设备得到保护。
配电变压器的保护接线如图三所示，在变压器的高、低压侧均装设避雷器。高压侧一般装三个普通阀型避雷器（FS-3～10），低压侧一般装三个氧化锌避雷器（MY-470）。高压侧的三个避雷器应尽量靠近变压器，其接地端直接与变压器的金属外壳相连，以减少雷电暂态电流在寄生电感上产生的压降。当雷电过电压波沿高压线路传播到变压器时，高压侧避雷器动作，由于它们的接地端与变压器金属外壳及低压侧中性点都连在一起后接地，作用在变压器高压侧主绝缘上的电压只是避雷器的残压，而不含接地电阻及其接地引下线寄生电感上的压降。因此，仅在高压侧装三个避雷器尚不能完全保护变压器