CN105140900A - 智能交通系统的防雷击电源插座 - Google Patents

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Abstract

一种智能交通系统的防雷击电源插座，包括输入端口、输出端口和地线，所述输入端口和地线之间连接有第一放电支路，所述输出端口和地线之间连接有第二放电支路，所述输入端口和输出端口之间还连接有延时协调电路，所述延时协调电路由电感和电容并联组成，所述第一放电支路的泄放电流能力大于第二放电支路。采用本发明所述的家用电器防雷击电源插座，可以有效防止和减小由于外界雷击、电磁辐射干扰等或系统内部的系统拉合闸效应、感性及容性负载的启动和停止等现象引起的浪涌脉冲过电压及过电流对系统设备带来的危害，在满足了大流通量、响应时间快的同时实现了低残压和低插损。

Description

智能交通系统的防雷击电源插座
技术领域
本发明属于智能交通领域，涉及防雷设备，特别是智能交通系统的防雷击电源插座。
背景技术
雷电的的平均电流是3万安培，最大电流可达30万安培。雷电的电压很高，约为1亿至10亿伏特。：雷电及其它强干扰对通信系统的致损及由此引起的后果是严重的，雷电防护将成为保障生命财产的必需措施。
雷电脉冲由高能的低频成份与极具渗透性的高频成份组成，其主要通过两种形式来作用于设备：一种是通过金属管线或地线直接传导雷电致损设备；一种是闪电通道及泄流通道的雷电电磁脉冲以各种耦合方式感应到金属管线或地线产生浪涌致损设备，绝大部分雷损由这种感应而引起。对于电子信息设备而言，危害主要来自于由雷电引起的雷电电磁脉冲的耦合能量，通过以下三个通道所产生的瞬态浪涌。1、金属管线通道，如自来水管、电源线、天馈线、信号线、航空障碍灯引线等产生的浪涌；2、地线通道，地电位反击；3、空间通道，电磁场的辐射能量。
雷电泄放基本原理是将雷电与雷电电磁脉冲的能量通过大地泄放，并且应符合层次性原则，即尽可能多、尽可能远地将多余能量在引入通信系统之前泄放入地。
现有的智能系统中的智能交通设备由于采用了大量电子芯片，对高压雷击抵抗能力低，必须采用防雷措施。
发明内容
为保护智能交通系统在实际应用中免受感应雷击、天馈异常及静电放电等造成的异常高压破坏，本发明公开了智能交通系统的防雷击电源插座。
本发明所述智能交通系统的防雷击电源插座，包括输入端口、输出端口和地线，所述输入端口和地线之间连接有第一放电支路，所述输出端口和地线之间连接有第二放电支路，且所述第一放电支路的泄放电流能力大于第二放电支路；所述输入端口和输出端口之间还连接有延时协调电路；
所述第一放电支路由气体放电开关和第一压敏电阻串联而成，所述第二放电支路由NPN管、NMOS和第二压敏电阻组成；其中两个压敏电阻连接地线，且第一压敏电阻的电流通过能力强于第二压敏电阻，所述第一放电支路中，气体放电开关和第一压敏电阻的公共节点连接NPN管基极，NPN管的集电极和发射极分别连接输出端口和NMOS栅极，所述NMOS管源极和漏极分别连接第二压敏电阻和输出端口；
所述延时协调电路由电感和延时电容并联组成。
优选的，所述第一压敏电阻为两个820KD14J电阻并联而成，所述第二压敏电阻为单个820KD14J电阻。
优选的，所述延时协调电路的谐振频率为10-100兆。
优选的，所述第一放电支路、第二放电支路、延时协调电路之间及内部导线为铜导线，且线宽不小于100微米。
采用本发明所述的智能交通系统的防雷击电源插座，可以有效防止和减小由于外界雷击、电磁辐射干扰等或系统内部的系统拉合闸效应、感性及容性负载的启动和停止等现象引起的浪涌脉冲过电压及过电流对系统设备带来的危害，在满足了大流通量、响应时间快的同时实现了低残压和低插损。
附图说明
图1为本发明所述智能交通系统的防雷击电源插座的一种具体实施方式示意图；
图中附图标记名称为：IN-输入端口OUT-输出端口L-电感C1-延时电容T-NPN管G-气体放电开关M-NMOSMR1-第一压敏电阻MR2-第二压敏电阻。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
实施例1
本发明所述智能交通系统的防雷击电源插座，包括输入端口、输出端口和地线，所述输入端口和地线之间连接有第一放电支路，所述输出端口和地线之间连接有第二放电支路，且所述第一放电支路的泄放电流能力大于第二放电支路；所述输入端口和输出端口之间还连接有延时协调电路，所述延时协调电路由电感和电容并联组成。
所述第一放电支路由气体放电开关和第一压敏电阻串联而成，所述第二放电支路由NPN管、NMOS和第二压敏电阻组成；其中两个压敏电阻连接地线，且第一压敏电阻的电流通过能力强于第二压敏电阻，所述第一放电支路中，气体放电开关和第一压敏电阻的公共节点连接NPN管T的基极，NPN管的集电极和发射极分别连接输出端口和NMOS栅极，所述NMOS管源极和漏极分别连接第二压敏电阻和输出端口；
所述延时协调电路由电感L和延时电容C1并联组成。
防雷电路的目的是阻止高压大电流直接作用于系统内部耐压能力差的器件，为此需要在异常高压电流到达系统内部端口之前将其通过电流泄放通路泄放导入大地。本发明在雷电从天馈天线进入输入端口IN后，高压首先触发第一放电支路导通，大电流从第一放电支路导通到地线，延时协调电路由电感L、延时电容C1并联组成一谐振电路，该谐振电路的谐振频率与电感和C1电容值乘积值相关，在谐振频率附近的信号通过该谐振电路后，能量被大幅衰减，通过选择适当的电感和电容，使雷击信号到达输入端口时，被谐振电路延时阻挡，在延时时间段内，被触发的第一放电支路大幅泄放，通过谐振电路后，在到达输出端口OUT之前的电压和电流都已被大幅削弱。
第一放电支路在导通泄放的同时，第一压敏电阻MR1上电压产生瞬时尖峰，第二放电支路的开关器件被触发导通，但第二放电支路与第一放电支路由于气体放电开关、NMOS管和NPN管的存在，必然有一定的导通延时，第一放电支路导通之后一定时间内，再通过触发第二泄放支路泄放剩余能量，从而保护与输入端口连接的系统内部器件不受高压破坏，第二压敏电阻MR2对第二放电支路起到瞬间抑流作用，NPN管和NMOS管实际连接成IGBT的形式，利用NPN管的快速开启对NMOS管进行栅极充电，加快了NMOS管的开启，同时利用了NMOS管的低开关损耗，使第二放电支路在开启时无需很强的直流电，适用于对瞬时雷电电流信号迅速反应。
本实施例中，输入端口可以选择为N-50K型阻抗变换器，所述输出端口为N-50J型阻抗变换器。通过阻抗变换实现阻抗匹配时，从而获得最大的功率传输。
实施例2
本实施例给出了延时协调电路的一种具体实施方式。延时协调电路设计要点在于：正常工作时不阻碍正常的信号传输，雷击来临时能有效阻挡延时雷击信号在通过第一放电支路泄放大部分能量之前到达输出端口OUT，通过应具备安培级的电流能力。延时协调电路的谐振频率优选应控制在10-100兆范围内，避免阻碍射频段信号传输，同时取得一定的延时区间供第一放电支路泄放能量，并具有一定的偏移裕量。
本实施例中选择所述延时协调电路中电感L1为磁芯电感2A-10μH-Jφ3.86×6.5-C-1，所述延时电容C1为HVB822K102C2T，能满足上述要求。
本发明在应用于天线接口时，第一放电支路和第二放电支路的触发开启电压应低于天馈天线正常收发信号时的工作电压，否则将导致系统不能正常工作。同时在雷击来临时，能迅速完全开启，并具备强电流释放能力。
本实施例中，所述气体放电开关G为气体放电管R158HT，所述第一压敏电阻为两个820KD14J并联而成，所述第二压敏电阻MOV3为单个820KD14J。
上述各个实施例中，所述第一放电支路、第二放电支路、延时协调电路之间及内部导线为铜导线，且线宽不小于100微米，以保证雷击电流的到地通路放电通畅。
前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.智能交通系统的防雷击电源插座，包括输入端口、输出端口和地线，其特征在于，所述输入端口和地线之间连接有第一放电支路，所述输出端口和地线之间连接有第二放电支路，且所述第一放电支路的泄放电流能力大于第二放电支路；所述输入端口和输出端口之间还连接有延时协调电路；
所述第一放电支路由气体放电开关和第一压敏电阻串联而成，所述第二放电支路由NPN管、NMOS和第二压敏电阻组成；其中两个压敏电阻连接地线，且第一压敏电阻的电流通过能力强于第二压敏电阻，所述第一放电支路中，气体放电开关和第一压敏电阻的公共节点连接NPN管基极，NPN管的集电极和发射极分别连接输出端口和NMOS栅极，所述NMOS管源极和漏极分别连接第二压敏电阻和输出端口；
所述延时协调电路由电感和延时电容并联组成。
2.如权利要求1所述的智能交通系统的防雷击电源插座，其特征在于，所述第一压敏电阻为两个820KD14J电阻并联而成，所述第二压敏电阻为单个820KD14J电阻。
3.如权利要求1所述的智能交通系统的防雷击电源插座，其特征在于，所述延时协调电路的谐振频率为10-100兆。
4.如权利要求1所述的智能交通系统的防雷击电源插座，其特征在于，所述第一放电支路、第二放电支路、延时协调电路之间及内部导线为铜导线，且线宽不小于100微米。
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