CN101764401B - 一种实用可靠的防雷击电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实用可靠的防雷击电路，其特征是：在电源输入线上的电感类器件两端并联上一串由两个背接稳压管串接电容、电阻组成的保护电路。本发明有效地阻尼雷击电压在共模电感上谐振出更高的电压，从而降低雷击脉冲对电源的危害，达到防雷击的效果，提高产品竟争力。

Description

一种实用可靠的防雷击电路

技术领域

本发明涉及电源保护技术领域，特别是一种实用可靠的防雷击电路。

背景技术

目前各消费类电子产品在防雷击保护上，一股是在电源输入端的L/N之间并联一个防雷击器件，如Varistor，TVS等。这些防雷击器件价格较贵，且在一些防雷条件不完善的地区，即使采用这些防雷击器件，雷击电压仍有可能在Y电容上谐振出高电压而损坏电源电路中的元器件。雷击脉冲加在L/N对PE时，其等效电路如图1所示，其中R是共模电感的绕线电阻及NTCR电阻，PCB走线电阻的总和；L是共模电感的感量；C是所有Y电容的总和。

以上等效电路组成LCR串联谐振电路，当雷击脉冲输入的前300到500ns期间，LCR发生串联谐振，由于共模电感的感量较大(大概8mH到30mH)及Y电容(符合不同的安规要求有不同的规定)容量较大，其谐振周期较大，所以在此期间Y电容上的电压上缓慢长升。之后共模电感饱和，感量迅速减小，则谐振周期相应变小，谐振电流也相应突然增大，此电流对Y电容充电，使Y电容上的电压迅速达到大概两倍的输入电压，此时共模电感退出饱和，但此时雷击电压开始下降，此迅速下降的电压又使共模电感进入饱和，同样产生一个较大的反向电流，当电压下降到一定程度，共模电感退出饱和，同时电流也下降到较低值。如此可以反复几次。两倍的谐振过冲电压及谐振电流将流过连结L/N对PE地的Y电容，连结初级地和次级地的Y电容，变压器的杂散电容，及连结初级和次级的光耦。这样会对控制回路产生严重的干扰，甚致损坏元件。

发明内容

鉴于上述技术的不足，本发明的目的是提供一种实用可靠的防雷击电路，其能有效地阻尼雷击电压在电感类器件上谐振出更高的电压，从而降低雷击脉冲对电源的危害，达到防雷击的效果。

本发明是这样实现的，一种实用可靠的防雷击电路，其特征是：在电源输入线上的电感类器件两端并联上一串由两个背接稳压管串接电容、电阻组成的保护电路。

本发明在雷击脉冲施加到交流电源输入端时，让电感类器件不进入饱和区工作，电路结构简单，设计独特，具有较好的市场价值。

附图说明

图1是习知电源电路雷击脉冲加在L/N对PE时的等效电路图。

图2是本发明实施例一电源L和N线上设置有保护电路的电路示意图。

图3是本发明实施例一电源L线上设置有保护电路的电路示意图。

图4是本发明实施例一电源N线上设置有保护电路的电路示意图。

附图中：C902，C903是Y电容；L901是共模电感；C908，C909是X电容；NR901是减小开机冲击电流的热敏电阻；BD901整流桥；R900，R901，R902是关机时X电容的泄放电阻；F902是保险丝；

虚线框中的ZD9001，ZD9002，C9001，R9001；ZD9003，ZD9004，C9002，R9002是防止雷击脉冲期间共模电感饱和的电路。

具体实施方式

下面结合附图及实施例子对本发明做进一步说明。

在背景技术的叙述中，我们知道为了提高产品的对雷击的免疫能力，我们必需减少Y电容上的谐振过冲电压。其中一个有效的办法就是对此谐振回路进行阻尼。然而为了有效地阻尼此有害的过冲电压及电流，一种简单有效的办法就是在雷击脉冲施加到交流电源输入端时，让共模电感不要进入饱和区工作。当电感的线圈两端施加一确定的电压时，线圈中电流将按如下规律变化，即：

经过一段时间后，电流上升到一定的值，电感将进入饱和工作区。所以也可以说电感两端施加的伏秒值达到一定值后，电感将进入饱和工作区。因此，只要控制施加在电感两端的伏秒值，使它低于电感临界饱和时的伏秒值，此电感将不会进入饱和工作区。

在本实施例子中本发明提供一种实用可靠的防雷击电路，其特征是：在电源输入线上的电感类器件两端并联上一串由两个背接稳压管串接电容、电阻组成的保护电路。

这里较佳的，所述的电感类器件是共模电感，如果在所述共模电感的两端并联上一个电阻；此并联的支路，在雷击脉冲到来时，旁路掉共模电感的感抗，并且通过该电阻的电流将快速地向Y电容充电；而Y电容的充电，将使Y电容两端的电压快速上升；则加在共模电感两端的电压将减少，其相应的伏秒值也将降低。这样只要调整好此并联电阻的阻值，便可以有效地控制施加在共模电感两端的伏秒值，使其不要进入饱和工作区。具体工作原理如下：

下面公式中：Vp：可防护的最高雷击脉冲之峰值电压。以最高峰值电压做计算，可以确保计算出来的值留有一定的裕度；Vc：Y电容两端的电压；τ：雷击时Y电容充电的时间常数，即R*C；则Y电容两端的电压如下：

$\mathrm{Vc}=\mathrm{Vp}\·\left({1-e}^{\frac{-t}{\mathrm{\τ}}}\right);$ 共模电感两端的电压： $\mathrm{Vp}-\mathrm{Vc}={\mathrm{Vp}\·e}^{\frac{-t}{\mathrm{\τ}}}$

则电感两端的伏秒值： $V\·S={\∫}_0^{\∞}{\mathrm{Vp}\·e}^{\frac{-t}{\mathrm{\τ}}}\mathrm{dt}=\mathrm{Vp}\·\mathrm{\τ}=\mathrm{Vp}\·R\·C;$ 所以： $R=\frac{V\·S}{\mathrm{Vp}\·C}$

共模电感的伏秒值由以下因素素决定：

其中B：共模电感工作时的磁感应强度；Ae：共模电感磁芯中柱的截面积；AL：电感系数，表示磁芯具有一匝线圈时的电感量；该伏秒值表达式的值随着温度的升高而降低。

由于在共模电感两端直接并联电阻将影响其高频特性，所以为了不影响正常工作时共模电感的特性，在并联的电阻支路上串联两个背接的稳压管，稳压值选的越高，其结电容就越小，效果越好。当雷击电压到来时，共模电感两端电压超过稳压值时，稳压管导通，电阻起阻尼作用；当正常工作时，稳压管不导通，该支路相当于断开。

另外，如果共模电感没有接触好，电网交流电流将通过稳压管及阻尼电阻，使阻尼电阻迅速发热，存在安全隐患。所以在该并联支路上再串联一个电容，起到隔离作用。

该隔离电容的容值要远大于Y电容的容值；其耐压值的选择取决于所需防护的最高雷击电压值，即：

隔离电容的取值越大，雷击脉冲期间其承受的瞬间电压越低；Y电容的取值越大，隔离电容所承受的瞬间电压越高。如果共模电感没有接触好，交流电压将直接施加在隔离电容上，所以隔离电容的额定电压大于220V。

由于追加了隔离电容，在雷击脉冲期间，隔离电容上也会有一定的电压，所以在选择阻尼电阻的阻值时，要比理论计算值适当小点，留一定的裕度。

还需说明的是：在稳压管的选择上：我们尽量选择结电容小的稳压管，但必需注意其峰值功率。稳压管峰值功率的选择与阻尼电阻阻值的选择有关。阻尼电阻的阻值选的越小，则雷击时通过的电流越大，稳压管需要承受的峰值功率也越大。所以如果选择较小的阻尼电阻，相应的稳压管之稳压值也要选的小一点。阻尼电阻的平钧功耗是很低的，但其承受的瞬间峰值电流却较大，所以可以选用小封装的碳膜电阻，此类电阻便宜且可以承受较高的瞬间峰值电流而电气特性不会变化。

此外，如图2到图4所示，本发明所述的由两个背接稳压管串接电容、电阻组成的保护电路可以并接在电源的L线上的电感类器件上，也可以是并接在电源的N线、或者是L线和N线上的电感类器件都并接有该保护电路。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术邻域的专业了员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，推演或替换，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1. 一种实用可靠的防雷击电路，其特征是：在电源输入线上的电感类器件两端并联上一串由两个背接稳压管串接电容、电阻组成的保护电路；所述的电感类器件是共模电感；所述稳压管选择结电容小的，其峰值功率应配合所述电阻的阻值进行选择。

2.根据权利要求1所述的实用可靠的防雷击电路，其特征是：所述的电源输入线是电源的L线。

3.根据权利要求1所述的实用可靠的防雷击电路，其特征是：所述的电源输入线是电源的N线。

4.根据权利要求1所述的实用可靠的防雷击电路，其特征是：所述的电源输入线是电源的L线和N线。

5.根据权利要求1所述的实用可靠的防雷击电路，其特征是：所述保护电路中的电容的额定电压大于220V。

Images