CN203103947U - 一种防雷电保护器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及雷电防护领域，尤其是一种用于电子汽车衡仪表防止雷击的防雷电保护器，其特征是，为外部交流电源口防雷保护电路和内部直流电源防雷保护电路，外部交流电源口防雷保护电路主要元器件包括压敏电阻和气体放电管，内部直流电源防雷保护电路包括一个PPTC热敏电阻器和TVS二极管；压敏电阻具有优良的能量耐受特性，气体放电管具有很强的承受大能量冲击的能力，元器件压敏电阻具有优良的能量耐受特性，在高温状态下半晶体相融化出现的体积增长导致导电性颗粒在液力作用下分隔，并导致器件的电阻值出现巨大的非线性增长，二极管（TVS）具有电压钳位型瞬态抑制特性，通过各个元器件的有效组合，达到了对电子汽车衡仪表的外部交流电源口和内部直流电源的防雷。
Description
技术领域
本实用新型涉及雷电防护领域，尤其是一种用于电子汽车衡仪表防止雷击的防雷电保护器。
背景技术
雷电产生条件是雷雨云中有积累并形成极性，当空间有带电的雷云出现时，雷云下的地面及建筑物等都由于静电感应的作用而带上相反的电荷，由于雷云的出现到发生雷击所需要的时间相对于放电过程的时间要长得多，因此大地可以有充分的时间积累大量的电荷。
电子汽车衡大多数安装在室外，一般不设避雷针，秤体有可能成为直击雷的载体将高压电流引入称重系统的电路里来，雷电发生时，其可在短时间以脉冲的形式通过强大的电流和产生极高的电压，电流峰值有几十千安到几百千安，时间通常只有几微秒到十几微秒，由于雷电流有极大的幅值和陡度，在它周围的空间将有强大的、变化的电磁场，处在其中的导体、金属结构以及电力装置中产生很高的感应电压，可达几十万伏，如此高的电压对工作中电子汽车衡的仪表造成巨大的损坏。
发明内容
本实用新型的目的就是针对现有防止电子汽车衡仪表被雷击的技术不足，提供了一种防雷电保护器，避免高电压对电子汽车衡仪表的损坏。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种防雷电保护器，为外部交流电源口防雷保护电路和内部直流电源防雷保护电路，外部交流电源口防雷保护电路主要元器件包括压敏电阻和气体放电管，内部直流电源防雷保护电路包括一个PPTC热敏电阻器和TVS二极管。
所述的压敏电阻是以氧化锌为主要成分的金属氧化物半导体非线性电阻，主要参数有：压敏电压、通流容量(较大，但小于气体放电管)、结电容（几百～几千nF ）、响应时间（nS级，快于气体放电管）；
所述的压敏电阻具有优良的能量耐受特性，而能量耐受特性主要体现在额定雷电冲击电流、最大雷电冲击电流和能量耐量中，这些特性与氧化锌压敏电阻的表面积和元件的散热条件有关；
所述的压敏电阻最大的优点是当它吸收脉冲电压时因残压高于工作电压，不会造成电源的瞬间短路，也不会产生续流。
所述的气体放电管为开关型的保护元件，有二电极和三电极两种结构气体放电管，是一种陶瓷或玻璃封装，管内再充以一定压力的惰性气体(如氩气)，主要指标有：响应时间（数百ns以至数ms ）、直流击穿电压（20～50V）、冲击击穿电压（一般大于600V）；
所述的气体放电管击穿电压对脉冲电压的上升速率十分敏感，电压上升速率越快，点火电压越高，响应时间越快；
所述的气体放电管具有很强的承受大能量冲击的能力，气体放电管的耐流能力与管径有关，管径越大，耐流能力越好。
所述的热敏电阻器PPTC电路保护器件采用半晶体状聚合物与导电性颗粒复合制造，电阻随温度升高而增加，所述的二极管TVS是瞬态电压抑制二极管，当有脉冲干扰进入电源线路时，TVS 会动作，对流向后端电路的瞬间电流进行分流，而受保护的后端电压被限制在 TVS两端的箝制电压；PPTC 的动作速度慢于TVS，在大电流的作用下，PPTC呈高阻，会断开后级电路，可以起到减少TVS泻流时间，保护TVS的功能。
压敏电阻一般是由金属氧化物制成，以氧化锌为主要成分的金属氧化物半导体非线性电阻，当加在电阻两端的电压小于压敏电压时，压敏电阻呈高阻状态，如果并联在电路上，该阀片呈断路状态；当加在压敏电阻两端的电压大于压敏电压时，压敏电阻就会击穿，呈现低阻值，甚至接近短路状态；压敏电阻这种被击穿状态是可以恢复的，当高于压敏电压的电压被撤销以后，它又恢复高阻状态。当电力线被雷击时，雷电波的高电压使压敏电阻击穿，雷电流通过压敏电阻流入大地，使电力线上的类电压被钳制在安全范围内，这个钳制电压一般是几十福特。
压敏电阻的主要参数有：压敏电压、通流容量(较大，但小于气体放电管)、结电容（几百～几千nF ）、响应时间（nS级，快于气体放电管）。
压敏电阻的压敏电压（min(U1mA））、通流容量是电路设计时应重点考虑的，在直流回路中，有：min(U1mA)大于(1.8～2)Udc，式中Udc为回路中的直流工作电压；在交流回路中，有：min(U1mA)大于(2.2～2.5)Uac，式中Uac为回路中的交流工作电压；上述取值原则主要是为了保证压敏电阻在电源电路中应用时，有适当的安全裕度；压敏电阻的通流容量应根据防雷电路的设计指标来定；一般而言，压敏电阻能够承受两次电流冲击而不损坏的通流值应大于防雷电路的设计通流量。
压敏电阻的失效模式主要是短路，当通过的过电流太大时，可能造成阀片被炸裂而开路；压敏电阻使用寿命较短，多次冲击后性能会下降，因此单独的由压敏电阻构成的防雷器长时间使用后存在维护及更换的问题。
气体放电管为开关型的保护元件，有二电极和三电极两种结构气体放电管，是一种陶瓷或玻璃封装，管内再充以一定压力的惰性气体(如氩气)，当电场强度达到击穿惰性气体强度时，就引起间隙放电变为导通状态，类似短路，却不同于短路，因为导通状态下两极间维持了比较低的电压，一般在20～50v，可以很好地保护后级电路，导通电流可以很大，8/20μs脉冲电流能够疏导10KA。
主要指标有：响应时间（数百ns以至数ms ）、直流击穿电压（20～50V）、冲击击穿电压（一般大于600V）。
在交流电源电路的相线对保护地线或中线对保护地线单独使用气体放电管是不合适的，在直流电源电路中应用时，如果两线间电压超过15V，不可以在两线间直接应用放电管。
设置在普通交流线路上的放电管，要求它在线路正常运行电压及其允许的波动范围内不能动作，则它的直流放电电压应满足：min(ufdc)>1.8UP，式中ufdc直流击穿电压，min(ufdc)表示直流击穿电压的最小值，UP为线路正常运行电压的峰值。
气体放电管构成的防雷器长时间使用后存在维护及更换的问题。
与气体放电管比较，氧化锌压敏电阻最大的优点是当它吸收脉冲电压时因残压高于工作电压，不会造成电源的瞬间短路，也不会产生续流，氧化锌压敏电阻的响应时间比气体放电管快；气体放电管的击穿电压对脉冲电压的上升速率十分敏感，电压上升速率越快，点火电压越高，响应时间越快。
综合两者的优点和不足，正确选择压敏电阻和气体放电管这二类元器件，采各自的优点进行组合，设计一个组合电源避雷器，其整机性能优于相对单独使用其中一种做成的避雷器；组合电源避雷器中要求氧化锌压敏电阻具有优良的能量耐受特性，而能量耐受特性主要用额定雷电冲击电流、最大雷电冲击电流和能量耐量三大指标来描述，这些特性与氧化锌压敏电阻的表面积有关，和元件的散热条件有关，同一种规格的压敏电阻，由于不同厂家的制造工艺、原料配方不同，其能量耐受能力会相差很大。
气体放电管具有很强的承受大能量冲击的能力，但在具体使用时，由于气体放电管在放电时残压极低，近似于短路状态，因此不能单独在电源避雷器中使用，气体放电管的耐流能力与管径有关，管径越大，耐流能力越好。气体放电管的质量问题主要表现为慢性漏气，长时间使用的可靠性问题（即遭受多次雷电冲击后，直流击穿电压值发生偏移），光敏效应和离散性较大。
采用元器件具有优良的能量耐受特性的压敏电阻和具有很强的承受大能量冲击的能力的气体放电管，并综合两者的优点和不足，正确选择压敏电阻和气体放电管这二类元器件，用它们各自的优点进行组合，设计一个组合电源避雷器。
普通的电源避雷器中的热熔保险丝的作用是当雷电流超过电源避雷器最大承受能力时，由于过流作用，可使保险丝断开，同时由于过截使氧化锌压敏电阻温度上升亦可使保险丝断开，起到过流和温度双重保护作用；由于电源避雷器常态工作条件下，电流非常小，只是在雷电冲击或脉冲电压冲击时，在瞬态条件下起保护作用，因此与常规热熔保险丝的使用条件有所区别，所以，电源避雷器中 的热熔保险丝应有独特性能，即在瞬态条件下的熔断特性。
元器件压敏电阻具有优良的能量耐受特性，气体放电管具有很强的承受大能量冲击的能力的特性，二极管（TVS）具有电压钳位型瞬态抑制特性，PPTC电路保护器件采用半晶体状聚合物与导电性颗粒复合制造，在高温状态下半晶体相融化出现的体积增长导致导电性颗粒在液力作用下分隔，并导致器件的电阻值出现巨大的非线性增长。
本实用新型的有益效果是，一种防雷电保护器，为外部交流电源口防雷保护电路和内部直流电源防雷保护电路，外部交流电源口防雷保护电路主要元器件包括压敏电阻和气体放电管，内部直流电源防雷保护电路包括一个PPTC热敏电阻器和TVS二极管； 压敏电阻具有优良的能量耐受特性，气体放电管具有很强的承受大能量冲击的能力，元器件压敏电阻具有优良的能量耐受特性，在高温状态下半晶体相融化出现的体积增长，导致导电性颗粒在液力作用下分隔，并导致器件的电阻值出现巨大的非线性增长。二极管（TVS）具有电压钳位型瞬态抑制特性，通过各个元器件的有效组合，达到了对电子汽车衡仪表的外部交流电源口和内部直流电源的防雷。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1 为外部交流电源口防雷电路图。
图2 内部直流电源防雷器电路图。
具体实施方式
附图1 为外部交流电源口防雷电路图，该电路可通过5KA(8/20μs)和组合波10KV的雷击波，在初级端电路上，金属氧化物压敏电阻，是解决瞬时浪涌电流的典型方法，压敏电阻器件会将输入浪涌电流钳位在一个电平上，该电平使电源元件能够不受到影响并正常工作，氧化锌压敏电阻的主要标准包括工作电压、能量处理性能和峰值脉冲电流性能。
氧化锌压敏电阻的工作电压是能正常工作不会击穿的电压电平，该电压通常是首先要决定的参数，而且很简单；要指定工作电压，设备的线电压则要增加 20%，以允许电源系统的电压增长，保证 MOV 对系统中的瞬时事件做出反应，而不对临时状况做出反应。
气体放电管可以有效的消除压敏电阻器的漏电流，所以即使压敏电阻器随使用时间增加，其漏电流特性变差，也不会有大额的漏电流流过压敏电阻而造成发热和燃烧，保证了电路的安全性和可靠性。
从上述得知，维持机内欠压过压保护器、延时保护器的电路工作电压是12V，所以内部电源防雷器就是以12V直流电源为标准而进行设计的 ，具体电路设计方案如图2所示。
图2中保护电路包括一个PPTC和TVS管，可以有效抑制雷电产生的脉冲的干扰。PPTC 是热敏电阻器，电阻随温度升高而增加；TVS是瞬态电压抑制二极管，当有脉冲干扰进入电源线路时，TVS 会动作，对流向后端电路的瞬间电流进行分流，而受保护的后端电压被限制在 TVS两端的箝制电压；PPTC 的动作速度慢于TVS，在大电流的作用下，PPTC呈高阻，会断开后级电路，可以起到减少TVS泻流时间，保护TVS的功能。
Claims (2)
1.一种防雷电保护器，其特征是：为外部交流电源口防雷保护电路和内部直流电源防雷保护电路，外部交流电源口防雷保护电路主要元器件包括压敏电阻和气体放电管，内部直流电源防雷保护电路包括一个PPTC热敏电阻器和TVS二极管。
2.根据权利要求1所述的防雷电保护器，其特征是：所述的气体放电管为开关型的保护元件，有二电极和三电极两种结构气体放电管，是一种陶瓷或玻璃封装，管内再充以一定压力的惰性气体，主要指标有：响应时间、直流击穿电压、冲击击穿电压。
3.根据权利要求1所述的防雷电保护器，其特征是：所述的TVS二极管是瞬态电压抑制二极管，当有脉冲干扰进入电源线路时，TVS 会动作，对流向后端电路的瞬间电流进行分流，而受保护的后端电压被限制在 TVS两端的箝制电压。
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