CN1808825A - 一种信号防雷电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种信号防雷电路，由一个或多个与信号传输线一一对应的信号防雷单元构成，该单元包括信号传输线一端与接地端PE之间的放电管F1，信号传输线一端与另一端之间的电阻R1和信号传输线另一端与接地端PE之间的瞬态抑制二极管TVS1，其特征在于：该单元还包括并联的并联型稳压电源WY1和电容C1，与其串接的二极管D1，连接在接地端PE与信号传输线另一端之间。这种电路，其过压保护部分的并联型稳压电源可过大电流且两端电压不变，能将信号输出线上的电压钳位在并联型稳压电源的输出电压加二极管的正向导通压降的和值上，调节并联型稳压电源的输出电压值，便可使钳位电压接近信号峰值电平，有效保护信号线上连接的设备。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术，特别涉及一种用在信号传输线路上的信号防雷电路。
背景技术
现有最基本的信号防雷单元，结构如图1所示，由两级限压电路级联组成，其中，第一级由分别设置于信号输入线A1与接地端PE之间的放电管F1组成；第二级由串联于信号输入线A1与输出线A2之间的电阻R1、设置于信号输出线A2与接地端PE之间的瞬态抑制二极管TVS1组成。这种信号防雷电路，在雷电发生或外界过电压输入时，当线路上的电压上升到放电管F1、瞬态抑制二极管TVS1的动作电压时，它们将呈现低阻状态，旁路信号线上的电流，使信号输出线A2的电压钳位在瞬态抑制二极管TVS1的动作电压上，不再继续上升，起到限制雷击时的信号传输线路A1-A2上电压来达到防雷目的。
这种电路，由于放电管和瞬态抑制二极管的制作工艺的限制，目前的放电管和瞬态抑制二极管在电压变化率低和小电流条件下，其标称动作电压就存在10％左右的误差，而在冲击电压和冲击电流条件下的动作电压更会显著上升，动作电压及其对应的电路钳位电压上升量可能达到放电管和瞬态抑制二极管原标称值的50％左右。所以为了不影响传输线路上的信号传输，在实际应用中，一般都按放电管和瞬态抑制二极管标称动作电压的80％--85％和信号峰值电平一致的原则来选择这些器件的具体规格；这样一来，在雷击放电发生时，出现在信号传输线上的电压也会达到所选放电管和瞬态抑制二极管的标称动作电压的120％--150％，是信号线正常工作电压的150％--200％，甚至更大，严重危害到连接在信号传输线上电子设备的安全。
另一方面，图1所示信号防雷单元仅包含一条信号传输线，而在实际信号线防雷电路中，信号传输线可以是一条、两条或多条，如RS485/RS422、计算机网络线等包含两条信号传输线，其对应信号防雷电路由两个上述信号防雷单元叠加而成，具体结构如图2所示，包括两条信号传输线，分别是信号传输线A1-A2和信号传输线B1-B2，还包括对应信号传输线A1-A2、由放电管F1、瞬态抑制二极管TVS1和电阻R1组成的信号防雷单元一，以及对应信号传输线B1-B2、由放电管F2、瞬态抑制二极管TVS2和电阻R2组成的信号防雷单元二。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是，如何提供一种信号防雷电路，能够将防雷电路的钳位电压调节到信号峰值电平，从而有效地保护连接在信号传输线上的各电子设备。
本发明上述技术问题这样解决，提供一种信号防雷电路，由一个或多个对应一条信号传输线的信号防雷单元构成，该信号防雷单元包括跨接在信号传输线一端A1与接地端PE之间的放电管F1，串联在信号传输线一端A1与信号传输线另一端A2之间的电阻R1和跨接在信号传输线另一端A2与接地端PE之间的瞬态抑制二极管TVS1，其特征在于：该信号防雷单元还包括相互并联的并联性稳压电源WY1和电容C1；所述并联性稳压电源WY1负极连接接地端PE，正极与二极管D1的阴极相连、并通过该二极管D1连接至信号传输线另一端A2；提供对正向电压的保护。
按照本发明提供的信号防雷电路，所述信号防雷单元还包括相互并联的第二并联性稳压电源WY2和第二电容C2；所述第二并联性稳压电源WY1正极连接接地端PE，负极与第二二极管D2的阳极相连、并通过该第二二极管D2连接至信号传输线另一端A2；提供对负向电压的保护。
按照本发明提供的信号防雷电路，所述信号防雷单元还包括阳极与所述信号传输线一端A1连接的第三二极管D3、跨接在第三二极管D3阴极与接地端PE之间的第三电容C3和串联在第三二极管D3阴极与稳压电源WY1正极之间的第三电阻R3。
按照本发明提供的信号防雷电路，所述信号防雷单元还包括阴极与所述信号传输线一端A1连接的第四二极管D4、跨接在第四二极管D4阳极与接地端PE之间的第四电容C4和串联在第四二极管D4阳极与第二稳压电源WY2负极之间的第四电阻R4。
按照本发明提供的信号防雷电路，所述信号传输线一端可以是输入线A1或输出线A2，对应地，所述信号传输线一端可以是输出线A2或输入线A1。
按照本发明提供的信号防雷电路，所述电容为电解电容，其正、负端与其并联的稳压电源正、负极相对应。
按照本发明提供的信号防雷电路，所述信号防雷电路由两个所述信号防雷单元构成，包括跨接在第一信号输入线A1、接地端PE之间的第一放电管F1、第二信号输入线B1、接地端PE之间的第二放电管F2，串联在第一信号输入线A1与第一信号输出线A2之间的第一电阻R1，串联在第二信号输入线B1与第二信号输出线B2之间的第二电阻R2，跨接在第一信号输出线A1、接地端PE之间的第一瞬态抑制二极管TVS1，跨接在第二信号输出线B1、接地端PE之间的第二瞬态抑制二极管TVS2，还包括第一并联性稳压电源WY1和与之正负对应并联的第一电容C1、第二并联性稳压电源WY2和与之正负对应并联的第二电容C2、第一整流桥，其中所述第一整流桥的两个交流端分别连接到第一A2、第二B2信号输出线，第一整流桥的正端连接第一电容C1的正端，第一整流桥的负端连接第二电容C2的负端，第一电容C1的负端、第二电容C2的正端和接地端PE三者连接在一起。
按照本发明提供的信号防雷电路，所述信号防雷电路还包括第三电阻R3、第四电阻R4、第三电容C3、第四电容C4和第二整流桥，其中所述的第三电阻R3串联于第一电容C1的正端、第三电容C3的正端之间，第四电阻R4串联于第二电容C2的负端、第四电容C4的负端之间，第三电容C3的负端、第四电容C4的正端、接地端PE三者连接在一起，所述的第二整流桥的两个交流端分别连接到第一A1、第二B1信号输入线，第二整流桥的正端连接到第三电容C3的正端，第二整流桥的负端连接到第四电容C4的负端。
按照本发明提供的信号防雷电路，所述信号防雷电路包含两条以上的信号传输线路，由与所述信号传输线路数目一致的所述信号防雷单元构成。
按照本发明提供的信号防雷电路，所述接地端PE可以是保护地或传输信号的电气参考地。
本发明提供的信号防雷电路，其过压电路采用可过大电流且保持两端电压不变的并联型稳压电源，因此本发明提供的信号防雷电路，可以将信号输出线上的电压钳位在并联型稳压电源输出电压加二极管的正向导通压降(0.7伏左右)的和值上，调节并联型稳压电源输出电压值，可使钳位电压接近信号峰值电平，有效保护信号线上连接的设备。
附图说明
下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明。
图1是现有技术中的信号防雷单元的电路结构示意图。
图2是现有技术中的双传输线信号防雷电路的结构示意图。
图3是本发明提供的信号防雷单元一的电路结构示意图。
图4是本发明提供的信号防雷单元二的电路结构示意图。
图5是本发明提供的信号防雷单元三的电路结构示意图。
图6是本发明提供的信号防雷单元四的电路结构示意图。
图7是本发明提供的双传输线信号防雷电路一的结构示意图。
图8是本发明提供的双传输线信号防雷电路二的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供的信号防雷单元一，如图3，包括并联性稳压电源WY1、电容C1和二极管D1，并联性稳压电源WY1可过大电流且保持两端电压不变，当信号线上电压过大，自动由该信号防雷单元旁路。该信号防雷单元仅保护信号输出端A2和正向信号电压。
本发明提供的信号防雷单元二，如图4，在信号防雷单元一的基础上增加对负向信号电压的保护，添加并联性稳压电源WY2、电容C2和二极管D1。
本发明提供的信号防雷单元三，如图5，在信号防雷单元一的基础上增加信号传输线输入端A1的过电压保护，添加二极管D3、电容C3和电阻R3。
本发明提供的信号防雷单元三，如图6，提供了对信号传输线双端和双向过电压的保护，在信号防雷单元一、二、三的基础上添加二极管D4、电容C4和电阻R4。
本发明提供的实施例一、如图7所示的一种信号防雷电路，包括跨接在第一信号输入线A1、接地端PE之间的第一放电管F1，跨接在第二信号输入线B1、接地端PE之间的第二放电管F2，串联在第一信号输入线A1与第一信号输出线A2之间的第一电阻R1，串联在第二信号输入线B1与第二信号输出线B2之间的第二电阻R2，跨接在第一信号输出线A2、接地端PE之间的第一瞬态抑制二极管TVS1，跨接在第二信号输出线B2、接地端PE之间的第二瞬态抑制二极管TVS2，还包括第一并联型稳压电源WY1和与之正负对应并联的第一电容C1、第二并联型稳压电源WY2和与之正负对应并联的第二电容C2、第一整流桥QL1，其中所述第一整流桥QL1的两个交流端(-)分别连接到第一信号输出线A2、第二信号输出线B2上，第一整流桥的正端(+)连接第一电容C1的正端(+)，第一整流桥QL1的负端(-)连接第二电容的负端(-)，第一电容C1的负端(-)、第二电容C2的正端(+)和接地端PE三者连接在一起。
由于并联型稳压电源可以设计成流通大电流而两端电压保持不变，所以当雷击发生时，雷击电流若为流入信号线，则通过第一电阻R1、第二电阻R2、第一整流桥QL1、第一并联型稳压电源WY1等泻放到接地端；雷击电流若为流出信号线，则通过第一电阻R1、第二电阻R2、第一整流桥QL1、第二并联型稳压电源WY2等泻放到接地端，信号输出线的电压被钳位在第一并联型稳压电源WY1、第二并联型稳压电源WY2的输出电压加上整流桥内1个二极管的正向导通压降(约0.7伏)上，调节第一并联型稳压电源WY1、第二并联型稳压电源WY2的输出电压值，可使钳位电压非常接近信号峰值电平，能有效保护信号线上连接的设备。
第一瞬态抑制二极管TVS1和第二瞬态抑制二极管TVS2作为辅助性元件，是在由第一整流桥QL1、第一并联型稳压电源WY1、第二并联型稳压电源WY2等组成的电路失效时，才起作用。第一放电管F1、第二放电管F2是在信号输入线上的电压达到其动作电压时，起进一步泻放雷电电流、减轻后续电路压力的作用。
本发明提供的实施例二、如图8所示的另一种信号防雷电路，包括跨接在第一信号输入线A1、接地端PE之间的第一放电管F1，跨接在第二信号输入线B1、接地端PE之间的第二放电管F2，串联在第一信号输入线A1与第一信号输出线A2之间的第一电阻R1，串联在第二信号输入B1线与第二信号输出线B2之间的第二电阻R2，跨接在第一信号输出线A1、接地端之间PE的第一瞬态抑制二极管TVS1，跨接在第二信号输出线B2、接地端PE之间的第二瞬态抑制二极管TVS2，还包括第一并联型稳压电源WY1和与之正负对应并联的第一电容C1、第二并联型稳压电源WY2和与之正负对应并联的第二电容C2、第一整流桥QL1，其中所述第一整流桥QL1的两个交流端(-)分别连接到第一信号输出线A2、第二信号输出线B2上，第一整流桥的正端(+)连接第一电容C1的正端(+)，第一整流桥QL1的负端(-)连接第二电容的负端(-)，第一电容C1的负端(-)、第二电容C2的正端(+)和接地端PE三者连接在一起。其特征在于：
本发明进一步包括第三电阻R3、第四电阻R4、第三电容C3、第四电容C4和第二整流桥QL2，其中所述的第三电阻R3串联于第一电容C1的正端(+)、第三电容C3的正端(+)之间，第四电阻R4串联于第二电容C2的负端(-)、第四电容C4的负端(-)之间，第三电容C3的负端(-)、第四电容C4的正端(+)、接地端PE三者连接在一起，所述的第二整流桥QL2的两个交流端(-)分别连接到第一信号输入线A1、第二信号输入线B1上，第二整流桥QL2的正端(+)连接到第三电容C3的正端(+)，第二整流桥QL的负端(-)连接到第四电容C4的负端(-)。
正常工作时，第三电容C3的两端电压与第一并联型稳压电源WY1一致，第四电容C3的两端电压与第二并联型稳压电源WY2一致。当雷击发生时，雷击电流通过第二整流桥QL2、第三电容C3或第四电容C4泻放到接地端，利用电容两端电压不能大幅度突变的性能，有效将信号输入线的电位钳位在略高于信号峰值电平上，为后续限压钳位减轻负担。第一放电管F1、第二放电管F2是在信号输入线上的电压达到其动作电压时，起进一步泻放雷电电流的作用。
所述的第一并联型稳压电源WY1和与之并联的第一电容C1、第二并联型稳压电源WY2和与之并联的第二电容C2、第一整流桥QL1，它们的作用与实施例一中的作用一致。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型权利要求的涵盖范围，同时，本发明信号防雷电路不局限于一条、两条信号传输线，可以是由对应多条信号传输线的多个信号防雷单元构成。
Claims (10)
1、一种信号防雷电路，由一个或多个与信号传输线一一对应的信号防雷单元构成，该信号防雷单元包括跨接在信号传输线一端与接地端PE之间的放电管F1，串联在信号传输线一端与信号传输线另一端之间的电阻R1和跨接在信号传输线另一端与接地端PE之间的瞬态抑制二极管TVS1，其特征在于：该信号防雷单元还包括相互并联的并联性稳压电源WY1和电容C1；所述并联性稳压电源WY1负极连接接地端PE，正极与二极管D1的阴极相连、并通过该二极管D1连接至信号传输线另一端。
2、根据权利要求1所述信号防雷电路，其特征在于，所述信号防雷单元还包括相互并联的第二并联性稳压电源WY2和第二电容C2；所述第二稳压电源WY1正极连接接地端PE，负极与第二二极管D2的阳极相连、并通过该第二二极管D2连接至信号传输线另一端。
3、根据权利要求1所述信号防雷电路，其特征在于，所述信号防雷单元还包括阳极与所述信号传输线一端连接的第三二极管D3、跨接在第三二极管D3阴极与接地端PE之间的第三电容C3和串联在第三二极管D3阴极与并联性稳压电源WY1正极之间的第三电阻R3。
4、根据权利要求2或3所述信号防雷电路，其特征在于，所述信号防雷单元还包括阴极与所述信号传输线一端连接的第四二极管D4、跨接在第四二极管D4阳极与接地端PE之间的第四电容C4和串联在第四二极管D4阳极与第二并联性稳压电源WY2负极之间的第四电阻R4。
5、根据权利要求1、2或3所述信号防雷电路，其特征在于，所述信号传输线一端可以是输入线A1或输出线A2，对应地，所述信号传输线一端可以是输出线A2或输入线A1。
6、根据权利要求1或2所述信号防雷电路，其特征在于，所述电容为电解电容，其正、负端与其并联的并联性稳压电源正、负极相对应。
7、根据权利要求1所述信号防雷电路，其特征在于，所述信号防雷电路由两个所述信号防雷单元构成，包括跨接在第一信号输入线A1、接地端PE之间的第一放电管F1、第二信号输入线B1、接地端PE之间的第二放电管F2，串联在第一信号输入线A1与第一信号输出线A2之间的第一电阻R1，串联在第二信号输入线B1与第二信号输出线B2之间的第二电阻R2，跨接在第一信号输出线A1、接地端PE之间的第一瞬态抑制二极管TVS1，跨接在第二信号输出线B1、接地端PE之间的第二瞬态抑制二极管TVS2，还包括第一稳压电源WY1和与之正负对应并联的第一电容C1、第二稳压电源WY2和与之正负对应并联的第二电容C2、第一整流桥，其中所述第一整流桥的两个交流端分别连接到第一A2、第二B2信号输出线，第一整流桥的正端连接第一电容C1的正端，第一整流桥的负端连接第二电容C2的负端，第一电容C1的负端、第二电容C2的正端和接地端PE三者连接在一起。
8、根据权利要求7所述信号防雷电路，其特征在于，所述信号防雷电路还包括第三电阻R3、第四电阻R4、第三电容C3、第四电容C4和第二整流桥，其中所述的第三电阻R3串联于第一电容C1的正端、第三电容C3的正端之间，第四电阻R4串联于第二电容C2的负端、第四电容C4的负端之间，第三电容C3的负端、第四电容C4的正端、接地端PE三者连接在一起，所述的第二整流桥的两个交流端分别连接到第一A1、第二B1信号输入线，第二整流桥的正端连接到第三电容C3的正端，第二整流桥的负端连接到第四电容C4的负端。
9、根据权利要求1所述信号防雷电路，其特征在于，所述信号防雷电路包含两条以上的信号传输线路，由与所述信号传输线路数目一致的所述信号防雷单元构成。
10、根据权利要求1所述信号防雷电路，其特征在于，所述接地端PE可以是保护地或传输信号的电气参考地。
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