浪涌电流范文

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要害词：大功率电源；浪涌电流；浪涌按捺

中图分类号：TM344 文献标识码：A 文章编号：1007-9416,202602-0140-03

1 导言

大功率电源现已成为一些工业设备例如电力和操控体系的要害部分。大功率电源因为输入滤波电容较大,数千至数万微法，会导致电源在发动瞬间构成数倍乃至数十倍于额外值的浪涌电流。浪涌电流过大会使大功率电源前端的空气开关、继电器、整流管等器材接受过大的作业流，严峻时导致器材过早失效或寿数下降。近年来，因为大功率电源的运用不断添加，许多浪涌电流按捺技能和产品应运而生。依据浪涌按捺电路的技能发展，本文介绍了一种大功率电源浪涌电流按捺电路的规划，这种电路与传统的浪涌按捺电路比较，浪涌电流大大削减，一起其所用元器材数量较少、操控简略、功耗低、功用牢靠。

2 浪涌电流的成因剖析

图1为传统电源输入端电路原理图。

电路发动瞬间，电容C1开端充电，因为电容充电初期内阻很低，导致电流敏捷添加，构成浪涌电流，浪涌电流最大值可经过公式,1近似预算：

,1

其间

k：整流系数；

Uin：沟通输入电压；

f：整流后的脉动电压频率,单相按100Hz核算，三相按300Hz核算；

R：线路电阻；

C：电容容量；

L：电感感量。

由上式能够看出，浪涌电流If与输入电压Uin和电容容量C成正比，与线路电阻R及电感L成反比。因为大功率电源一般运用的初级滤波电容容量较大,一般几千微法至几万微法而线路电阻因为运用较粗的导线而较低,一般几十到几百毫欧，因而电源发动时会构成较大的浪涌电流。以下是20kW大功率电源产品,输入380V，初级滤波电容5000uF浪涌电流实测值,运用500A电流传感器进行测验，峰值电压25.2V，换算成电流约为300A，持续时刻4-6ms：

从图2能够看出最大浪涌电流现已打破200A，而该电源每相额外电流值仅为30A，浪涌电流约为额外值的7倍，在这种状况下作业，大功率电源前端的器材有必要留有满意的余量，一起因为器材频频在开机瞬间遭到大电流冲击，简略导致器材寿数下降。

3 传统浪涌按捺电路的做法

依据上述浪涌电流成因的剖析，传统浪涌电流按捺电流有2种做法。

3.1 添加负温度系数的热敏电阻约束发动时的浪涌电流

图3是运用NTC电阻约束浪涌电流的经典电路,NTC加在沟通侧或直流侧均可。

负温度系数热敏电阻NTC是一种热敏器材，常温下电阻较大，运用自身的高阻特性按捺浪涌电流，通电后因为自身损耗发生热量，其阻值也随之下降，因而在正常作业状况下的功耗也会随之下降。

该办法长处为电路非常简略，只需串入一只NTC电阻即可。缺点为：1因为NTC为热敏器材，因而在关机后当即再次发动电源，因为NTC现已处于高温状况，会导致NTC失掉浪涌电流按捺作用。2因为NTC为串联在回路中的电阻，因而在大功率场合下,几十安至几百安，即便NTC电阻阻值下降到几十毫欧等级，构成的功率损耗仍然非常巨大。一起导致电源内部发热，影响其它器材寿数。因而该办法一般仅适用于小功率场合,功率小于10kW，并需求在操控端添加延时发动电路。

3.2 添加电感约束发动时的浪涌电流

图4是运用电感约束浪涌电流的经典电路。

由公式,1能够看出浪涌电流与线路电阻R及电感L成反比，添加电阻R或许电感L都能够有用下降浪涌电流。但一般在线路中添加电阻阻值会带来极大的能量损耗和热耗，因而能够经过添加电感L对浪涌电流进行按捺。

电感是一种磁性器材，能够将电能转化为磁能进行存储，一起具有按捺电流骤变的作用，通电之后，电感能够在必定程度按捺电容发生的浪涌电流。该办法缺点如下：

1电感感量与线圈匝数的平方成正比，在取得较大的感量的一起线圈匝数也有必要相应进步，在大功率电路中，因为电流较大，所选用的铁心和铜线体积也较大，在实践电路中因为体积有限因而很难将感量做到很大，一般仅能维持在几百微亨至几毫亨，对约束浪涌电流而言作用非常有限。

2电感作为元器材串联在回路中，发生铜损和铁损构成发热。

4 新式浪涌按捺电路运转和核算

与传统浪涌电流按捺电路比较，图5所示的新式浪涌电流按捺电路在整流之后添加一只电阻和辅佐开关即可抵达按捺浪涌电流的作用。

电路作业原理如下：主开关为K1，辅佐开关为K2，限流电阻为R1，电路发动时翻开主开关K1，此刻电路进入预充电形式，因为限流电阻R1的存在，电容C1发生的浪涌电流大大削减。待电容C1充入部分电量后，辅佐开关K2翻开，此刻电路进入正常作业形式，将限流电阻R1短路，因为电容C1中已充入部分电量，接入主电路后，一起发动后，限流电阻经过辅佐开关K2短路，并不串联在主回路傍边，削减了限流电阻的发热。

上述电路要害参数的选取：

1辅佐开关翻开时刻T。辅佐开关翻开越晚，电容C1经过电阻R1的充电就越充沛，主回路正常发动时的浪涌电流就越小。经过RC电路充电核算公式能够得出3-5RC后电容简直充满电，2RC时即可冲到85%以上。

因而在条件答应的状况下，尽或许将K2翻开时刻操控在大于2倍RC以上。

2辅佐开关的电流容量。选用浪涌按捺电路后，辅佐开关的电流容量只需求满意主回路额外作业要求即可。

3限流电阻R1的选取。电路最大浪涌电流取决于直流端电压Vd和限流电阻R1的巨细，Imax=Ud/R1，电阻R1的选取只需满意Imax小于额外作业电流即可。

5 试验成果

试验以20kW大功率电源作为试验渠道，初级滤波电容C1=5000uF，限流电阻R1=4.7kΩ/50W，辅佐开关推迟翻开时刻为1min，选用浪涌按捺电路后输入电流如图6所示，可看出无论是浪涌电流的峰值仍是持续时刻均得到了减小。经过试验验证了该拓扑结构的合理性。

6 定论

本文对大功率电源中浪涌电流的成因及经典浪涌电流按捺电路的优缺点进行了剖析，提出了新式浪涌电流按捺电路的拓扑结构并对要害的作业参数进行了解析。所运用的元器材较少，损耗低，在大功率电源设备中运用远景广泛。

参阅文献

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要害词：浪涌电流；限流器材；STIL02；PFC运用

在脱线变换器发动期间，因对大容量电容器充电会发生一个大电流。这个大电流比体系正常电流大几倍乃至几十倍(即所谓浪涌电流)，而这或许使AC线路的电压下降，然后影响衔接在同一AC线路上的一切设备的运转，有时会烧断保险丝和整流二极管等元件。因而，有必要对其加以约束。

约束浪涌电流的最简略办法是在体系AC线路输入端串联一只NTC热敏电阻。因为在冷发动时，NTC热敏电阻呈现高阻抗，因而将使涌入电流得到约束。而当电流的热效应使NTC热敏元件的温度升高，NTC阻值急剧下降时，对体系的电流约束作用会较小。一起，因为NTC热敏电阻在热态下的阻抗并不是零，故会发生功率损耗，然后影响体系的运转功率。还有一个问题是NTC热敏电阻在热态下从头发动时，对浪涌电流起不到约束作用。为此，可在体系发动之后，运用SCR等元件将NTC热敏元件短路。

1依据HCRB的电流约束器STIL02

在传统浪涌电流约束电路中，HCRB被以为是较为先进的一种电路，其底子结构如图1所示。HCRB电路是在桥式整流器上部二极管D1、D2和限流电阻(Rinrush)之间并接两个SCRS(SCR1和CSR2)，以组成SCR／二极管混合桥路，然后在体系(PFC升压预变换器)发动期间使浪涌电流经过D1、D2和Rinrush并被Rinrush(NTC)约束。当大容量电容器彻底充电后，AC电流经过触发的SCR1、SCR2和D3、D4整流而将D1、D2和Rinrush短路。

依据HCRB电路，ST公司运用专门的ASDTM工艺研发出新式浪涌电流约束器材STIL02。该器材内置两个非活络单向开关和驱动器电路，如图2所示。这种选用5引脚小型单列直插式(PENTAWATTHV2)封装的器材，在运用时可将脚L(1)衔接到AC线路的火线上，脚N(5)衔接AC线路的地线上。而它的其他3个引脚中，OUT(3)为输出端，PT1(2)和PT2(4)为触发输入端。

STIL02的重复正向和反向截止电压达700V，输出均匀电流Iout(AV)为2A，具有dV／dt＞500V／μs的高抗扰功用和较小的功率损耗。

与HCRB电路比较，STIL02处理了功率损耗与抗扰性之间的对立。众所周知：SCR分为活络和非活络两类。假设HCRB中SCR选用活络型器材(触发电流小于100μA)，尽管其反向漏电流和反向损耗都很小，但实践上仍是不可行。原因是其抗扰性太差，dV／dt仅约10V／μs(加进阻尼电路也只要约100V／μs)，而体系发动时在前端发生的窄振动脉冲电压上升速率dV／dt一般将近300V／μs。假设HCRB中的SCR选用非活络器材(触发电流为几个mA)，尽管dV／dt可达200V／μs(附加阻尼电路将近400V／μs)，但其反向漏电流和反向损耗比活络型SCR约高100倍。而STIL02的功率损耗与活络SCR相同，但抗扰性是一切类型的SCR都不能比较的(其dV／dt可达1000V／μs以上)。

2运用电路及作业原理

SITL02运用在PFC升压变换器前端的衔接电路如图3所示。当该电路在室温下冷发动时，STIL02中的两个单向开关是断开的，浪涌电流经过桥式整流二极管和涌入电流约束电阻R4(NTC)对PFC输出电容C7充电。一旦PFC变换器导通，那么由升压电感器的次级绕组(n2)、二极管D1和D2、电阻R3及电容C1、C2、C3组成的辅佐电源(实践上作为STIL02的驱动电路运用)将会供应满意的能量，以驱动STIL02的两个开关以使其导通，然后使AC电流经过两个开关和桥式整流器下的两只二极管整流。

假设AC线路掉落，输入电流忽然消失，电容器C3不再充电，其电压下降。一旦STIL02脚PT1和PT2上的输入驱动电流低于触发电流门限电平，内部两个单向开关就会断开。而当AC线路康复输入时，对C3充电的涌入电流将经过R4(NTC)被约束。

图2和图3

3规划举例

设PFC升压变换器作业在临界形式(CriticalMode)且技能要求如下：

最大输出功率Pout(max)为85W；

输入AC电压为85～264Vrms(50／60Hz)；

经调理的DC输出电压Vout为400V；

峰值涌入电流Ipeak小于30A(＠Ta＝25℃)；

体系功率η为80％；

最大开关频率fs(max)为365kHz。

依据上述条件，可挑选L6561为PFC操控器。

3．1首要功率元件的挑选

ST公司出产的浪涌电流约束器材除STIL02外，还有STIL04。其间STIL02的均匀输出电流为2A，STIL04则为4A。在PFC升压变换器中，能够以为桥式整流器的输入电流为正弦电流，故经过浪涌电流约束器材的均匀电流为：

因而，关于本规划，可选用STIL02来进行浪涌电流约束。

在体系发动之后的稳态条件下，因为R4被STIL02短路，故R4的温度不会升高。但是，环境温度应尽或许低一些，才干坚持R4有满意高的等效阻值以约束浪涌电流。因为在冷发动时要求经过R4的峰值电流为30A，R4的阻值可选10Ω。

在稳态条件下，桥式整流器上部的两只二极管将被STIL02的两个开关短路，因而，仅有下部的两只二极管作业。一起，因为经过二极管的均匀电流与STIL02相同(1．12A)，因而，可选均匀电流高于1．12A的二极管，引荐选用4A／800V的全桥整流器。

3．2STIL02驱动电路的元件参数

STIL02驱动电路元件参数的规划首要有：升压电感器辅佐绕组匝数n2的核算、以及电容和电阻的参数规划等。关于图3电路，依据上述规划要求，其参数规划为：C1、C2为330nF，C3为10μF，R1和R2为0．33Ω，辅佐绕组匝数n2可选3匝。

4完毕语

用STIL02(或STIL04)代替传统浪涌电流约束元件或电路的首要长处如下三点：

(1)尺度较小，器材体积比单只SCR稍大一点，因为仅有5个引脚。用其代替HCRB电路，能够省掉HCRB电路中两只SCR的操控极触发电路，因而，有助于进步电源变换器功用密度。

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要害词：机载电子设备；雷电防护；浪涌维护

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-3044,201629-0235-03

机载电子设备因为在空中履行任务的时刻长、所在的地理方位高级特色，导致机载电子设备遭受雷电损害的概率大大添加。机载电子设备因为设备在设备舱内，一般不会遭受直击雷，大部分损害来自于感应雷。感应雷可在机载电子设备的电源线、信号线上感应出过电压、过电流，因为其瞬变时刻极短，所以具有很强的损坏性。感应雷发生的感应电磁脉冲可搅扰数据通讯，乃至影响电子设备的功用、寿数或直接损毁，因而雷电防护规划现已成为机载电子设备规划的一个重要组成部分。

1雷电防护要求

雷电防护是新品研发的一项重要方针，应作出详细的计划与组织，有必要依据自身的特色采纳恰当的防护办法，尽或许削减雷电对机载电子设备的损害。国外规范首要包含美国宇航工业引荐规范《SAE ARP5412飞机雷电环境和相关试验波形》、《sAE ARP5414飞机雷电分区》和《sAE ARP5416飞机雷电试验办法》等。国内军用飞机雷电防护要求《GJB2639-1996军用飞机雷电防护》，雷电防护判定试验规范包含《GJB3567-99军用飞机雷电防护判定试验办法》和《HB6129-87飞机雷电防护要求及试验办法》。

2雷电防护办法

雷防护的意图是削减雷电对机载电子设备的损害，雷电防护的首要办法有以下几项。

2.1接地

接地是雷电防护的根底，它的意图是雷电流经过低阻抗接地体系向大地开释，然后维护电子设备和人员的安全。雷电的损坏作用首要是雷电流引起的，雷电流是一个幅值很大、陡度很高的冲击波电流。要想抵达杰出的防雷作用，接地电阻有必要越小越好。杰出的接地是防雷成功的重要确保之一。

2.2屏蔽

屏蔽的首要作用是削减电磁搅扰。机载电子设备规划一个金属外壳，并且有用接地，使其发挥必定的屏蔽作用。一起将信号线、电源线选用屏蔽电缆或穿金属管屏蔽，一起需求沿线路多点接地。

2.3等电位联接

等电位联接便是将设备舱内各种电子设备搭接起来，让设备之间的电位持平或邻近，然后消除或削减设备间电位差引起的损坏。

2.4浪涌维护

浪涌维护是雷电防护的最终一道防护墙，它首要是防止雷电波从信号线、电源线侵略构成各设备的损坏。在进入机载电子设备的信号线、电源线上加装相应的浪涌维护器，供应瞬间浪涌回路，将浪涌能量导人参阅地，将线路上的电压箝制在安全规模内，然后起到维护机载电子设备的作用。

3雷电防护器材选用

为了防止雷电发生的浪涌电压损害电子设备，需求将浪涌电压操控在必定的规模内。浪涌器材作业的底子原理是，当它的两头饱尝瞬间的高能量冲击时能以极高的速度把两头间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，吸收瞬间大电流，把它的两头电压箝制在一个预订的数值上，然后维护后边的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击，然后使后级电子设备牢靠作业。常用的浪涌器材有气体放电管、压敏电阻、TVS管等器材。依据不同的运用场景选用不同的浪涌器材及他们的组合电路，浪涌器材选用注意事项如下：

3.1呼应时刻

呼应时刻便是当过电压呈现时，浪涌维护器材由高阻态变为导通状况，高峰值脉冲电流经过的时刻一般称的呼应时刻。相同，当过电压消失时，维护元件应从低电阻导体敏捷变为高阻值绝缘体。呼应时刻反映了电压维护元件关于快速脉冲的呼应才干，在实践运用中只要呼应时刻小于线路过电压的上升时刻，才可具有过电压按捺功用。一起关于高频信号，只要快速地康复状况，才干确保线路信号的接纳与传输的功率，所以高频信号需求挑选呼应时刻短的器材。

3.2最小击穿电压

最小击穿电压是1mA电流流过浪涌维护器材时，相加在器材两头的电压值。为了确保电路在正常的作业规模内，最小击穿电压有必要大于被维护电路的最大额外作业电压。

3.3最大箝位电压

峰值电流流过浪涌维护器材时，其南北极的最大峰值电压为最大钳位电压。为了杰出的确保被维护电路不受损害，挑选的浪涌维护器材的最大约束电压，必定要小于电路的耐压水平。

3.4通流容量

通流容量是指在规则的条件下，答应经过的最大峰值电流值。在实践运用中，浪涌维护期间所吸收的浪涌电流应大于产品的最大通流量，所吸收的浪涌电流幅值应小于手册中给出的产品最大通流量，从维护作用动身，要求所选用的通流量大一些。

3.5运用寿数

浪涌维护器材的运用寿数是有限的，在必定峰值电流的浪涌电流冲击下，只能动作有限次，并且每次动作后，功用都会下降。所以，关于这些器材必定要检查厂家供应的相关的寿数曲线图，使器材有满意的峰值电流裕量，确保器材有满意多的动作次数。

4雷电防护规划

4.1接地规划

在机载电子设备的机箱外壳上规划接地址，设备接地端子，便于和飞机地衔接。尽或许下降接地线的高频阻抗，选用宽厚、扁平的导线。机箱内部的零部件选用导电氧化处理，下降触摸面的阻抗，供应一个低阻抗接地体系。

4.2屏蔽规划

采纳电磁滤波、按捺辐射源、堵截传达途径等办法，来进步设备的电磁屏蔽功用，减小电磁搅扰。在机箱上设备了电源滤波器，电衔接器进入机架后先经过滤波器进行滤波，进步了电磁兼容功用；在箱盖板与箱体间规划低电阻的导电密封资料进行密封，削减对内的电磁搅扰及对外的电磁辐射；关于机箱上的风孔能够选用蜂窝状屏蔽网或许选用小孔阵列，既能够确保通风也能够屏蔽；选用带有滤波功用的航空衔接器，堵截传导途径。

4.3浪涌维护规划

在接口电路中添加浪涌维护电路。依据不同的信号类型，电平幅值，通讯速率选用不同的浪涌维护器材或许组合电路，常用的办法是将浪涌器材和被维护信号并联，将器材放置在接近信号人口的方位，维护后级电路在雷电环境下的安全。

5雷电防护验证

雷电防护办法的牢靠性、有用性应经过试验来验证。国内军用飞机雷电防护试验办法、试验条件和进程履行首要参阅《GJB3567-1999军用飞机雷电防护判定试验办法》，《HB6129-87飞机雷电防护要求及试验办法》进行。

5.1验证流程

雷电防护规划是一个不断验证改善的进程，底子的验证流程如图1所示。

5.2雷电试验

以某型中心处理机为例，在试验室条件下进行雷电直接效应模仿试验，依据体系要求确认试验办法、试验波形和电平参数，详细见表1～表4所示。

试验定论：中心处理渠道在雷电试验的进程中功用正常、功用安稳，经过了雷电试验的查核，抵达了体系雷电防护的要求。

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AS1331选用4开关架构，功率高达90％，轻负载时的静态电流低至22μA。在关断形式下，AS1331可彻底断开输入和输出，关断电流仅有100nA，然后进一步延长了电池运用寿数。AS1331在1.8～5.5V的输入电压规模内可供应2.5～3.3V可调输出电压。为削减外部元件数及缩小电路板空间，器材还供应了2.5、3.0和3.3v多种固定输出电压版别，精度可达±3％。在一节锂离子电池输入电压规模内，AS1331可供出300mA电流。AS1331外配2个小型电容和单个片状电感，可为电池供电运用供应所需的小尺度、超薄占位处理计划。

austriamicrosystems

电话：0512-6762-2590

http:／／

初级端调理PWM操控器

FSEZ1016A是集成了一个初级端调理PWM操控器和一个功率MOSFET的EZSWITCH PSR PWM操控器，而FAN100是一个初级端调理PWM操控器。FSEZ1016A和FAN100具有专有的节能形式，供应关断时刻调制功用，以线性办法减小轻负载状况下的PWM频率。别的，它们还经过削减次级端反响电路和组件，最大极限地减小功耗(无负载下待机功耗

Fairchild Semiconductor

电话：0755-8246-3088

装备数字接口的输入功率监控器IC

IR3725是为12V电源而设的多功用输入功率、电压和电流监控器IC。它选用已申请专利的TruePower技能，在串行数字接口上于特定区间输出均匀功率，不像同类处理计划需求依靠贵重的A／D转化器来测量体系的功率。体系操控器以新器材供应的数据，体现极佳的全体功率耗费，抵达1％的基准电流精度。

International Rectifier

电话：010―6803―8195

过压维护稳压器和浪涌电流限幅器

LT4356－3是一个新的可选版别，在毛病状况下供应锁断作业。它也是一个产品系列的最新成员，这个产品系列用来按捺高压浪涌和电流，以维护下流电子组件免受损坏。功用特色：电压规模为4～80V，可调输出钳位电压；浪涌电流约束；反向输入维护至－60V,可调毛病定时器；毛病输出指示，备用放大器用于电平检测比较器或线性稳压器操控器，过流维护；－55～+125℃作业。

Linear Technology

电话：00852-2428-0303

Email：.cn

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针对超级电容LED相机亮光运用的4A单芯片驱动器

CAT3224是4A超级电容发光二极管(LED)亮光驱动器。其支撑三项要害功用：精细的超级电容充电操控、电流放电至LED亮光的办理，以及为LED手电筒形式供应恒流。CAT3224以模仿操控输入电路上的外部电阻进行简略编程，吸收达4A的LED亮光脉冲电流及达400mA的手电筒形式电流。这器材集成了双模1x／2x电荷泵，这电荷泵将堆叠的超级电容充电至5.4V额外电压，一起主动平衡操控电路确保两个超级电容单元的电压在充电周期匹配。

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要害词：SPD；智能楼宇；防雷规划

中图分类号：TU7 文献标识码：B 文章编号：1009-9166,2011020(C)-0165-01

导言：当时，修建的智能化取得长足进展，与此对应，修建的防雷技能也将进入到一个簇新的时期，在实践运用中，要充沛考虑雷击的物理功用及其作用原理。雷击是一种强壮的放电现象，其周围将发生电磁场的改变，并有电磁辐射现象，将对其周围的电子元器材等构成损坏。依据电磁兼容学的观念，对智能楼宇应进行多级维护，一般意义上讲，完好的防雷体系包含接闪器、屏蔽网、避雷针,带、等电位衔接和浪涌维护器SPD,Surge Protection Device等，其间SPD运用灵敏便利，即适用于新建的修建，也能用于已有修建的改善，在西方国家现已广泛运用，值得大规模推行。

一、SPD的原理和类型

SPD，指浪涌维护器，国内最早将其成为电压维护器，之后在国家规范GB50057修建物防雷规划规范中，将其一致称为浪涌维护器，这是因为SPD不只能够按捺过压的功用，还能够对浪涌电流进行分流，因而称为电压维护器，对其功用归纳不全。

SPD一般包含气体放电管、半导体放电管、齐纳二极管、放电空隙、保险丝和滤波器等元件构成。依照用处区分，可将其分为信号浪涌维护器和电源浪涌维护器等；而依照作业原理的不同，又能够分为电压开关型、限压型和组合型等三种。

电压开关型SPD，也叫短路开关型，在常态时为高阻态，而当电压浪涌抵达必定值后，跳变为低阻态，这种浪涌维护器一般运用充气放电管、放电空隙和闸流管作为其组成元件。这种SPD的特色是放电才干强，但剩余电压高，一般可达2―4kV。合适设备在楼宇中相邻区域的结合处，能够最大程度消除浪涌电流。

限压型SPD，也叫做胁迫型SPD，在在常态时的体现相同为高阻态，跟着电压和浪涌电流的不断添加，其阻抗会逐步变小。这种浪涌维护器一般运用按捺二极管和压敏电阻等作为其组成元件。其特色是剩余电压比较低，一般为0.9―1.5kV。在进行过压维护时，具有逐级约束电压的作用。

组合型SPD，望文生义，是由电压开关型SPD和限压型SPD混合而成，兼具二者的长处。其运用限压型SPD对浪涌反响速度快的优势，在一般雷电的过压维护时，由限压型SPD作业，其放电电流很大，能够抵达10―20kA。假设遇到量级很大的过电压，由限压型SPD组成的电路保险丝将断开，由电压开关型SPD对雷电进行过电压维护。

二、运用SPD应考虑的首要问题

1、电网最高运转电压Usmax。为了使智能楼宇中电气设备免遭雷击过压的损害，电涌维护器SPD的电压维护水平Up有必要一向小于电气设备能够忍受的电压Uchoc，并且要大于电网的最高电压Usmax。

2、选用SPD的注意事项。,1如前所述，电涌维护器SPD的电压维护水平有必要一向小于电气设备能够忍受的电压，即Up＜Uchoc；,2若进线端的电涌维护器SPD的电压维护水平与电气设备能够忍受的电压比较要大得多，那么应该在电气设备处再装一个浪涌维护器；,3浪涌维护与智能楼宇电气设备两头的引线要尽量短，一般应在0.5m之内；,4关于一般的电气设备，为了能够对其进行最好的维护，就需求即能够接受高电流，又能够有小的残压，此刻最好的办法是作一级和二级维护，其间一级维护要求能够接受大电流，能够敏捷灭弧。而二级维护则用来减小剩余电压；,5当进线端浪涌维护与智能楼宇电气设备间的间隔超越30m时，就应该在离电气设备尽量近的当地，设备别的一个浪涌维护器。这是因为电缆的间隔很长，假设不加一级维护，那么上一级SPD上的剩余电压，再加上感应电压，就或许对电气设备构成损害，起不到防护作用；,6关于电源体系的防雷维护，一般应该进行3～4级防护，在电源端的进线端，设备一级浪涌维护器，一般选用三相的电压开关型SPD；在重要设备的电源进线端，装2～3级的浪涌维护器，一般选用限压型SPD；在结尾配电处，设备4级浪涌维护器，一般也选用限压型SPD。运用SPD的详细级数，要依据修建物的防雷等级来决议。

3、SPD设备的方位和衔接导线要求。,1关于电源体系，各级SPD要别离设备在设备电源线的前端处，浪涌维护器的接线端要别离和配电箱中对应的端子相连。浪涌维护器的接地端也要和配电箱中的接地线接地端子板相连，而接地端子板还要与其所在防雷区域的等电位体端子板相连。,2关于有接线端子的浪涌维护器，要运用压接；而关于有接线柱的浪涌维护器，则应运用线鼻子与接线柱进行衔接。,3关于设备在电路上的浪涌维护器SPD，前端要加装一个空气开关或保险丝等过流维护设备。

4、其他要素。除了以上介绍的几个需求点考虑的要素外，SPD的挑选运用还要归纳以下几个方面进行考虑：容量有必要满意要求，相应的时刻要尽量快，要具有杰出的可维护性，具有长寿数方针，价格有竞争力等。

定论：现代智能楼宇中，防雷规划不容忽视，传统的防雷技能难以满意智能修建的要求，浪涌维护器SPD因为其杰出优势，其运用将逐步广泛。在挑选和运用SPD的进程中，有必要吃透技能，对相关方针了解透彻，在施工进程中重视细节，如此才干使其作用发挥到最优。

作者单位：广东中信建江工程有限公司

参阅文献：

[1]刘子刚,李阳斌,邓向阳.SPD在低压配电体系中的雷电防护运用[J].中国电力教育,2009,(01).

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【要害词】嵌入式电路；热插拔；接口规划

热插拔的概念来源于咱们的桌面PC，其一般界说为将设备板卡或模块等带电接入或移出正在作业的电脑[1]。嵌入式体系中的热插拔是指对正在运转的嵌入式电路板，在不封闭电源状况下对某些部件进行刺进,衔接或拔出,断开操作。下面要谈的正是在一个嵌入式单片机体系中对其扩展部件或板卡的硬件热插拔技能，将依据接口上的信号类型等讨论热插拔的损害发生原因及防止损害发生的一般性办法。本文以下部分将把要插拔的两块电路板别离称为主电路板,正在运转的嵌入式主电路板和扩展板。

一、热插拔规划的重要性

对正在作业的电路板进行热插拔一般都是不被答应的，但在有些时分却是难于防止的，比方运用者忽略或特别功用要求等。对未采纳任何维护办法的嵌入式电路板进行热插拔操作，其将带来的损害一般是很严峻的，包含电源电路损坏，单片机IO口烧坏，单片机复位或死机，或许与接口相连的IC呈现部分或悉数管脚烧坏等。这些毛病将导致嵌入式电路板发生永久性损害，或在从头上电之前体系无法再正常作业。因而，在嵌入式体系的扩展接口规划中参加必定的热插拔维护办法是非常必要的。热插拔操刁难嵌入式电路板的损害一般体现在三方面：过电流冲击、瞬态过电压、静电开释[1]。进行热插拔规划的方针应是在不添加太多硬件本钱的前提下，使规划出的电路板不因热插拔操作构成体系复位、死机或对元器材发生永久性损害。

二、电源与地接口的防过电流冲击热插拔规划

当把扩展板刺进正在作业的嵌入式主电路板中时，扩展板上的各类电容和IC需求瞬间从主电路板的电源处上吸走许多电荷，给电源构成一个时刻短的低阻抗途径，构成一次浪涌电流[1]。此浪涌电流能够把体系电压拉低到体系重置阈值以下，构成单片机复位，乃至焚毁电源电路。在硬件规划时一般采纳如下办法进行应对：

1.在扩展接口的电源网络上运用大容量电容,能够用并联办法取得减轻扩展板上电进程中对主电路板电源电压的影响。主电路板电源电路中的电容量最好要比扩展板的蓄能电容量之和稍大。

2.在扩展接口的电源网络上串入电源专用的磁珠以削减上电瞬间的电流尖峰，并阻断高频噪声信号的搅扰。

3.假设浪涌电流特别大并且体系答应复位，为维护主电路板上的电源电路能够考虑在电源进口处加自康复保险丝让电源在过流瞬间主动堵截。假设体系对热插拔时的安稳性要求更高能够运用现在市面上的专用热插拔操控器LM5069等，这些器材具有功率和电流约束的才干[2]。

在热插拔操作时为进步设备的热插拔寿数，热插拔动作应防止来回颤动，并且两次热插拔之间的时刻间隔不要太短；假设扩展板的负荷能够先行卸除，最好不要带负荷进行热插拔。

三、电源与地接口的防过电压冲击热插拔规划

进行热插拔操作前不同设备的接口之间或许存在必定的电位差，尤其是运用了阻隔电源或共模电感的“浮地”体系。尽管这类电位差是瞬间的且没有多大的电流才干，但此电位差一般会超出各类IC的最高作业耐压而损坏IC。假设在热插拔一起还伴跟着静电开释，在接口触摸瞬间发生的过电压和过电流冲击会愈加凶猛，能够瞬间焚毁电路板中软弱环节上的IC。应对此类损害的仅有办法是快速钳位电压，即在接口邻近的电源与地之间以及比较软弱的信号与地之间运用具有浪涌能量吸收才干和内部散热才干的压敏电阻或TVS管之类的浪涌电压按捺器等维护办法。

四、电源与地接口在结构上的热插拔规划

现在CMOS器材现已在各种电路上广泛运用，CMOS器材的一个缺点是简略发生闩锁效应而焚毁。在热插拔进程中VCC和GND的忽然改变或许芯片I/O口电压超出VDD-GND的规模时很简略发生闩锁效应。假设接口结构规划不合理构成在热插拔进程中I/O口信号现已衔接上而GND或VCC还没有衔接上，这时极易发生闩锁效应而焚毁芯片。因而，在接口结构规划时有必要确保接口在带电刺进进程中要先让GND和VCC衔接上再衔接I/O口；反之在带电拔出进程中则需求先拔出I/O口再断开VCC和GND。在实践运用时能够采纳如下办法：把GND和VCC放在接口两头、并在接口上多放几个GND信号，或许把GND和VCC的插针做得比其它信号插针略微长些等。图一是按一般热插拔要求规划的一款主电路板电源与地的接口实例。

五、常见信号接口的热插拔规划

对嵌入式电路板上单片机的片上外设,on-chip peripheral类信号口,比方SPI输出口，一般其耐电压和电流冲击才干并不是很强，假设需求把这些信号接口在电路板上扩展出去最好先把这些信号经过外部逻辑门电路处理后,比方两次反相再接到扩展接口上。

对耐电压和电流冲击才干较强的单片机GPIO信号接口可运用阻容电路进行简略维护。其间的电阻能起到限流作用，电阻值可依据信号辨识的需求选在几欧到几百欧之间；而对地的小滤波电容则能起到滤除瞬间电压尖峰的作用，电容值可依据信号线上传递的信号频率特性选在几百pF到几nF之间。

对比较软弱而又要害的重要信号接口,比方SPI输进口、并行总线接口等能够在信号端口与电源和地之间运用双向二极管对信号电压进行精准钳位。这样可确保此类接口上的电压不会超出芯片的作业电压规模，能起到非常好的维护作用。图二是一款常见信号接口的热插拔规划实例,电源和地部分拜见图一。

嵌入式体系电路的接口热插拔规划一般是一个重复和杂乱的进程。在规划时一般需求经过热插拔试验把接口电路中的软弱环节找出来，然后采纳针对性的办法进行应对，要做到既不添加太多硬件本钱又能满意一般的热插拔需求。热插拔问题是各类电子设备中都会晤临到的一个问题，本文讨论的热插拔规划技能在电路规划中具有必定的现实意义。

参阅文献

[1]凌有慧,张胡.热插拔的硬道理[J].微型核算机,2003(23):107-111.

[2]National Semiconductor Corporation.LM5069 Positive High Voltage Hot Swap/Inrush Current Controller with Power Limiting data sheet,2008.

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要害词：雷击过电压损坏核算；过电压损坏原理；下降过电压损坏办法

某县山区或地形较高区域约占该县总面积的1/3，归于雷电高发带。每年3月中旬到10月中旬的7个月是当地的雷雨高发时段，当地变电设备饱尝雷电等过电压损害。主动化设备也未能幸免，每年在这一时段都有变电站远动及通讯设备遭受雷击以及设备过电压损坏。不只构成了必定的设备丢失，还危及到电网的安稳运转，影响到无人值勤变电站的安全运转，延长了远动设备毛病停运时刻。

一、现状剖析

某县供电公司调度主动化设备一般分为主站和分站。主动化主站设备设备坐落平原地带的调度通讯大楼5楼远动机房，经过4楼通讯机房的光端机、无线扩频等通讯设备与分站主动化设备相连。分站设备均散布于各变电站内。该县四个变电站坐落山区，两个变电站坐落山区边际地形较高地带，而其他6个变电站处于平原区域。

远动设备与通讯信道机间通讯办法悉数为RS232通讯办法，通讯线上均加有数字避雷器或信号防雷器，有的还独自装有光电阻隔器,简称光隔，但防雷作用并不抱负。雷电过电压损坏的常常损坏都是PCM的232板和主动化通讯口。扩频有室外天线，简略引雷，反而底子没坏过。经测验，一切变电站避雷针和地网接地电阻均在合格规模内。

二、主动化遭受雷击过电压损坏核算

近几年，分站主动化设备雷击及过电压损坏频频，据核算，构成远动设备毛病停运时刻中，雷电过电压损坏为70.11%，为主动化设备毛病停运首要要素。从2012年到2014年，某县供电公司调度主动化设备因雷击和过电压损坏共29次，其间雷击损坏19次，各种过电压损坏10次。算计构成直接经济丢失8.275万元。

依据查询，雷击及过电压损坏毛病悉数发生在远动分站，而大多数损坏部位都发生在主动化设备的通讯端口部位。这说明通讯端口是过电压浪涌电流的必经之路，也是设备的薄缺点。进步通讯端口防雷,过电压才干应成为主动化作业的重中之重。

三、过电压损坏原理剖析

过电压是站内设备引起站内接地，如穿墙套管击穿、电流互感器击穿、设备绝缘损坏等。而常见的雷电是重要的过电压损坏原因。

雷电分为直击雷、感应雷和球形雷，直击雷为雷电直接击中地上设备，击穿绝缘，发生强壮的电流，以电流的热效应等损坏设备。

感应雷是指某种电荷的带电云层经过地上设备上空时，因为静电荷异性相吸，因而地上设备能够发生与云层相反的电荷，当空中云间雷电放电时，感应电荷因为失掉异性电场的支撑，会敏捷向低电位泻放而发生过电压。

球形雷发生很少，雷击概率可乎略不计。

无论是雷击过电压仍是设备过电压，它们的一起特色是当浪涌电流入地时，站内地电位升高或站内部分电位升高，然后对远方或必定间隔外发生电击，俗称反击。因为接地铁带电抗的存在，许多时分即便通讯设备间隔远动设备间隔仅数米，共用一个接地设备却也发生了过电压损坏，这与接地电阻联络就不大了，究其原因为过电压发生时，因为弧光的发生，浪涌电流内含有许多的谐波，能够在接地带铁的电抗作用下远动设备与信道机之间发生电位差，构成通讯口过电压。

某县曾经许多站远动设备通讯口上底子没有光电阻隔器，这是因为早年通讯办法多为4线模仿通讯，不需求加装光隔。而现在通讯办法底子上都筛选了4线而选用RS232通讯办法，对通讯口维护提出了新的要求。现场人员试着把光电阻隔器加上去后，通讯就中断了。经解剖剖析，本来远动设备COM输出口收发次序与现行规范正好相反，所以光隔加不上。

四、下降过电压损坏的办法

1.远动设备过电压损坏原因：

,1防浪涌办法不满意现场要求；

,2部分设备通讯接口无阻隔设备；

,3部分设备通讯接口无防过电压设备。

光电阻隔器维护作用较显着，它能间隔1000V以上电压，但为了下降反击电压，防雷器或数字避雷器又有较好的作用。

2.详细的防雷,过电压计划

,1在通讯主站和主动化主站加装三级电源防雷设备，每站3个点，别离加装于UPS进线侧、出线侧和设备用电侧，分站加装在通讯电源进线侧、远动电源进线侧。通讯信道机与远动设备通讯口,两个间加装避雷设备。

,2为通讯口防过电压设备不完善的站点加装两层防过电压元件。

3.现场改造

为主站UPS各电源出线重复加装三级防浪涌设备、一起完善分站三级防浪涌设备。对有缺点的站点逐站加装了数字避雷器和远动通讯口光电阻隔器。关于那些加装不上光隔的设备，用一公一母两个九针插头制作了转化插头，满意处理了这一问题。

本次设备改造活动从2014年4月30日始，完毕于2014年5月27日，历时近1个月。然后5月27日至10月27日为稳固期，在这期间，远动员工常常对防过电压设备进行检查测验，并盯梢记载过电压发生及损坏状况。

在技改活动中，远动员工亲身收购防过电压元器材，经过理论指导实践、实践印记理论的辩证理论及办法，消除了前期厂家规划所留传的缺点，处理了远动设备过电压损坏这一难题，201年远动设备过电压损坏次数下降到0次，满意到达了最初的设定方针。

五、作用点评

1.经济效益

该项技改活动若由专业防雷公司或厂家来施工，所需费用近20万元，并且因为外来人员对变电站设备不熟悉，一方面他们的施工会打乱设备布局，影响变电站的规范化，引起后续问题，并且因为利益驱动，他们的计划不必定是言必有中地去处理问题，资料糟蹋较大，所以该县供电公司决计自己着手施工，仅此一项就节省资金20万元。

2.出产效益

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要害词：弱电体系；防雷；信息导航；等电位联合

中图分类号：TM3

文献标识码：B

文章编号：1008－0422(2011)03－097－01

1　导言

近年来，各种通讯操控体系和网络因雷击而受损坏的案例层出不穷，构成的经济丢失逐年上升。防雷规划已成为智能修建弱电体系能否安全运转的一个重要问题。因而，对智能修建弱电体系作好全面、完善的防雷办法是非常必要的。仔细研讨和科学规划智能修建弱电体系的防雷和接地，具有深远的影响和现实意义。

2　弱电操控主动化体系遭受雷击的要素

弱电体系作为整个修建物的中心要害信息中枢。天然要预先消除任何事端诱发的要素。雷电对智能修建的设备损害来自三个方面，首要，浪涌电流沿着缆线进入网络体系；其次，因为地电位对网络体系发生影响，设备的冲击阻抗的反击地电位一般可达数十至数千伏；别的现代的核算机网络对雷电极为灵敏，即便几公里以外的高空雷闪或对地雷闪都有或许导致这些设备的薄弱环节――核算CPU操控中心误动或损坏。各个子体系的配电单元及核算机网络与外界联络的信号数据线、修建物内部较长的网络数据线、卫星小站的高频头、天馈线应该做好防雷办法。

3　智能修建弱电体系的防雷、接地规划计划

在国际规范IEC1024《修建物防雷》和IEC1312《雷电电磁脉冲的防护公例》中，要点提出了防雷分区和等电位联合的概念。依据雷击在不同区域的电磁脉冲强度区分防雷区域，并在不同的防雷区域的界面上进行等电位联合。能直接衔接的金属物就直接相连，不能直接衔接的(如电力线路和通讯线路等)则有必要依据不同的防雷区域进行科学区分，选用不同防护等级的防雷设备器材，对后续被维护设备进行有用的维护，且有必要施行等电位联合。实践证明，这种分区、分级等电位均压衔接并以防雷设备来确保被维护设备的防护办法是完成有用防护的首要办法。

3.1　直击雷防护

直击雷防护首要是指修建物主体的防雷，一般是防止修建物或设备防止直击雷损害而采纳的防雷办法。它首要经过接闪器(包含避雷网、避雷带、避雷针等)运用引下线将雷电流引至接地体，将它泄放至大地。依照GB50057－1994(2000年版)《修建物防雷规划规范》的要求，将雷电流引人大地时涣散雷电流。主张选用联合接当地法构筑整个大楼的防雷防护网。

3.2　电源体系的雷电防护

现在，经实践运转经历验证，由电源体系耦合进入的感应雷击构成的设备损坏占雷击灾祸丢失60％以上的份额。因而，对电源体系的避雷维护办法是整个防雷工程中必不可少的一个环节。要防止由外输电线路的感应雷电波和雷电电磁脉冲的侵入，使其在进人大楼电源体系之前将其泄放人地。因为机房电力供应是由大楼的修建物变配电室引进的，电源高压端的防雷维护已由电力供电部分施行。依照国标GB50057－1994，为了将低压配电体系线路上的电压约束在一个安全的水平，在供电线路上需设备SPD。弱电机房的电源浪涌维护一般作三级维护：电源引进的总配电柜处设备浪涌维护器，作为一级维护；一般弱电机房均由总配电柜独自配出一个回路为机房供电，因而需求在机房配电箱处设备浪涌维护器，作二级维护；在一切重要的、精细的设备以及UPS的前端应相对地加装浪涌维护器，作为三级维护。有了这三级的维护，就可将雷电过电压(脉冲)胁迫在1kv以下，抵达维护设备的意图。当然，浪涌维护的级数可依据工程的实践状况进行增减，以求经济合理的计划，抵达按捺浪涌的意图，维护弱电设备。

3.3　等电位联合

经过设置等电位联合，可有用消除不同接地址或许存在的电位差，发生雷击时可有用防止因感应发生的不同接地址电压不同而导致的放电现象。在修建物实践规划与施工中，一般依照设备、机房的不同方位，别离设置由共用接地体系引来的总等电位联合端子板和部分等电位联合端子板，将引进修建物的给排水管、电缆金属护套、金属维护导管、煤气管道、金属构件等与等电位联合端子牢靠衔接。设备设备时将各设备间和管道间的各种金属管道、金属构件、电源PE线等与各部分等电位联合端子板牢靠衔接，构成等电位联合。高层修建物内各种金属导体和管道(如金属门窗、设备的金属外壳等)作等电位联合；电源线、信号线经过电涌维护器完成等电位联合；修建物遍地的均压环、起到必定电磁屏蔽作用的钢筋网、遍地的电气设备以及防雷等电位联合导体构成总等电位联合，最终与联合接地体系相连，构成一个抱负的“法拉第笼”。

3.4　合理的屏蔽

修建物中做屏蔽的首要意图是对微电子设备进行防护。对有许多微电子设备的房间，要采纳屏蔽办法，使仪器处于无搅扰的环境中。屏蔽的有用性不只与房间加装的屏蔽网和仪器金属外壳屏蔽体自身有关，还与微电子设备的电源线和信号线接口的防过电压、等电位联合和接地等办法有关。为了确保非防雷体系的电气线路在防雷设备接闪时不受影响，应选用金属管布线，这样防止雷电反击的才干强，对防止各种电磁脉冲也具有较好的屏蔽才干。电气线路的主干线一般集中于高层修建物的中心部位(其雷电电磁场强度最弱)，防止接近作为引下线柱筋的方位，缩小于扰的规模。穿线钢管和线槽等都应与各楼层的等电位联合板和接地母线相衔接，抵达杰出的屏蔽作用。

4　防雷产品在智能修建中的运用

弱电体系雷电及浪涌防护产品是针对特定的要求未规划的，技能方针繁复，在选用时需求仔细剖析。现在在弱电体系中运用的首要防护设备有：用于2MHz以下音频通讯线路的MDF保安单元，用于15MHz以下接入网线路的XDSL浪涌维护器，用于百兆局域网的宽带网络浪涌维护器，用于操控体系、低速网络的数据线浪涌维护器，用于天馈回路的天馈防雷器等。智能修建雷电防护是一个体系性的工程，需求别离针对不同的体系采纳不同的防护办法。运用不同的防护产品，依据现场状况作好计划规划是非常重要的。“体系性”要求在整个防雷工程