CN207542776U - 一种抑制电快速瞬变脉冲群的电涌保护器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种抑制电快速瞬变脉冲群的电涌保护器，包括与L线连接的第一电路线、与N线连接的第二电路线，所述的第一电路线与第二电路线之间并联着用于抑制瞬变脉冲低频部分的由过压保护器件组成的瞬态电路和用于抑制瞬变脉冲高频部分的由LC低通滤波器组成的稳态电路。本实用新型所述的抑制电快速瞬变脉冲群的电涌保护器结构简单、紧凑，能对电快速瞬变脉冲群的低频部分和高频部分进行有效抑制，对脉冲群能量的反射、吸收、隔离和泄放，使其衰减到电子设备能够承受的程度，提高对电子设备的保护性能。

Description

一种抑制电快速瞬变脉冲群的电涌保护器

技术领域

本实用新型涉及电涌保护器技术领域，尤其涉及一种抑制电快速瞬变脉冲群的电涌保护器。

背景技术

电涌保护器，是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置，其作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或将强大的电涌电流泄流入地，避免设备或系统受冲击。

电快速瞬变脉冲群(EFT/B)是由电力系统中电感性负载的切换而引起的一种瞬态脉冲干扰，是对电子设备性能安全的主要威胁之一。电快速瞬变脉冲群具有上升时间短、幅值和重复频率高等特点，并且不是单个脉冲而是一连串的脉冲群，因此电快速瞬变脉冲群的电压幅值高、重复频率高、上升时间短，包含宽频带的高频成分，这就使得电子设备长期以来难以克服电快速瞬变脉冲群的干扰。

目前的电涌保护器主要针对雷击浪涌等瞬态脉冲，而电快速瞬变脉冲群中单个脉冲的上升沿仅有5ns，其能量覆盖频率范围可达64MHz以上，现有电涌保护器对频谱分布在几十KHz频率范围内的雷击浪涌具有良好的抑制效果，但对频率分布高达几十MHz的电快速瞬变脉冲群的抑制效果有限，难以起到有效的保护作用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进，提供一种抑制电快速瞬变脉冲群的电涌保护器，解决目前技术中的电涌保护器难以有效抑制电快速瞬变脉冲群的高频部分，保护性能较差的问题。

为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案是：

一种抑制电快速瞬变脉冲群的电涌保护器，包括与L线连接的第一电路线、与N线连接的第二电路线，其特征在于，所述的第一电路线与第二电路线之间并联着用于抑制瞬变脉冲低频部分的由过压保护器件组成的瞬态电路和用于抑制瞬变脉冲高频部分的由LC低通滤波器组成的稳态电路。本实用新型所述的抑制电快速瞬变脉冲群的电涌保护器采用由过压保护器件组成的瞬态电路来对电快速瞬变脉冲群的低频部分进行抑制，并且利用由LC低通滤波器组成的稳态电路来对电快速瞬变脉冲群的高频部分进行抑制，对电快速瞬变脉冲群进行滤波和吸收，从而对脉冲群能量的反射、吸收、隔离和泄放等，使其衰减到电子设备能够承受的程度，从而对电快速瞬变脉冲群造成的传导干扰和辐射干扰进行充分有效的抑制，提高对电子设备的保护性能。

进一步的，所述的瞬态电路包括一级瞬态电路，所述一级瞬态电路为第一电路线和第二电路线分别由过压保护器件接地。在电路处于正常工作状态时，过压保护器件处于截止的高阻态，不影响正常的供电状态；而当电快速瞬变脉冲群耦合到电源线缆上后，沿电源线传输到电涌保护器的瞬态电路，当电压上升到过压保护器件的击穿电压时，过压保护器件能迅速的由高阻态变为低阻态，给瞬间电流提供低阻抗的泄放路径，使电快速瞬变脉冲群能量的低频部分能够沿着过压保护器件泄放到接地端，同时把脉冲过电压幅值箝制在一个安全水平之内，提高对电子设备的保护性能。

进一步的，所述的瞬态电路还包括与一级瞬态电路并联的若干个次级瞬态电路，所述的次级瞬态电路为第一电路线和第二电路线分别通过次级过压保护器件接地，利用次级瞬态电路进一步的对电快速瞬变脉冲群能量的低频部分进行泄放，避免一级瞬态电路故障无法有效的泄放瞬间电流，提高使用安全性。

进一步的，所述的过压保护器件和次级过压保护器件为瞬态抑制二极管或压敏电阻。由于电快速瞬变脉冲群中单个脉冲的上升沿仅有5ns，而气体放电管(GDT)的响应时间比较慢(μs级)，达不到电快速瞬变脉冲群的上升时间要求，因此，选择具有ps级响应速度的瞬态抑制二极管(TVS)或者ns级响应速度的压敏电阻(MOV)完成对瞬态电路的设计，能够及时对电快速瞬变脉冲群中单个脉冲做出反应变成低阻抗的导通状态，将瞬间电流有效的泄放到接地端。

进一步的，所述的稳态电路包括一级稳态电路，所述的一级稳态电路包括电容一、电容二、电容三、电容四、共模电感一和共模电感二，电容一和电容四并联串接在第一电路线和第二电路线之间，同时第一电路线和第二电路线分别通过电容二、电容三接地，并且所述共模电感一的两线圈分别串接在第一电路线和第二电路线中，所述共模电感二的两线圈分别串接在第一电路线和第二电路线中。稳态电路的设计原理与LC低通滤波器相同，由电容和电感组成的低通滤波器，其允许直流或低频电流通过，如50Hz市电，对电快速瞬变脉冲群高频部分则会产生很大的衰减。

进一步的，所述的稳态电路还包括与一级稳态电路并联的若干个次级稳态电路。利用次级稳态电路对电快速瞬变脉冲群高频部分进一步的进行抑制，有效保护与电涌保护器连接的电子设备。

进一步的，所述的次级稳态电路包括电容五、电容六、电容七和共模电感三，电容七串接在第一电路线和第二电路线之间，第一电路线和第二电路线分别通过电容五、电容六接地，共模电感三的两线圈分别串接在第一电路线和第二电路线中。

进一步的，所述的电容二、电容三、电容五和电容六为穿心电容，主要用来滤除电快速瞬变脉冲群的高频部分，电容一、电容四、电容七为有机薄膜电容，具有耐脉冲大电流能力强、损耗小、频率特性好的特点，主要用来滤除电快速瞬变脉冲群几十KHz的低频部分干扰。

进一步的，所述的共模电感一选用锰锌铁氧体做为磁芯，锰锌铁氧体在100KHz到10MHz之间都有很高的磁导率，而且性能稳定，能够提供良好的100KHz到10MHz之间频段内的滤波特性；共模电感二、共模电感三选用镍锌铁氧体做为磁芯，解决共模电感一在10MHz以上频段的滤波缺陷。

与现有技术相比，本实用新型优点在于：

本实用新型所述的抑制电快速瞬变脉冲群的电涌保护器结构简单、紧凑，针对电快速瞬变脉冲群对电子设备的传导和辐射耦合通道，通过对脉冲群能量的反射、吸收、隔离和泄放等，使其衰减到电子设备能够承受的程度，能对电快速瞬变脉冲群的低频部分和高频部分进行有效抑制，消除电快速瞬变脉冲群造成的传导干扰和辐射干扰，提高对电子设备的保护性能。

附图说明

图1为一级瞬态电路和一级稳态电路配合的结构示意图；

图2为一级瞬态电路、次级瞬态电路和一级稳态电路配合的结构示意图；

图3为一级瞬态电路、一级稳态电路和次级稳态电路配合的结构示意图；

图4为一级瞬态电路、次级瞬态电路、一级稳态电路和次级稳态电路配合的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开的一种抑制电快速瞬变脉冲群的电涌保护器，结构简单、紧凑，能够对电快速瞬变脉冲群中的传导干扰(低频)部分能够很好的抑制，同时对辐射干扰(高频)部分也起到良好的抑制效果，通过对脉冲群能量的反射、吸收、隔离和泄放等，使其衰减到电子设备能够承受的程度，提高保护性能。

对电快速瞬变脉冲群频谱带宽进行粗略估算，即用波形的上升时间tr＝5ns直接求得f_B＝1/πt_r＝64MHz，即幅度较大的频率至少要达到64MHz以上，说明其中含有极其丰富的谐波成分。对电源线来说，哪怕长度只有1m，由于长度已可和传输频率的波长相比，已不能以普通电源线对待，电快速瞬变脉冲群在上面传输时，部分仍通过线路进入设备(传导干扰)；部分要从线路逸出，成为辐射信号进入设备(辐射干扰)，故设备受到的干扰实际上是传导与辐射的结合。

如图1至图4所示，一种抑制电快速瞬变脉冲群的电涌保护器，包括与L线连接的第一电路线1、与N线连接的第二电路线2，第一电路线1与第二电路线2之间并联着用于抑制瞬变脉冲低频部分的由过压保护器件组成的瞬态电路3和用于抑制瞬变脉冲高频部分的由LC低通滤波器组成的稳态电路4。

瞬态电路3包括一级瞬态电路和次级瞬态电路，可采用单独的一级瞬态电路的方式，或者一级瞬态电路和若干个与一级瞬态电路并联的次级瞬态电路共同工作的方式。一级瞬态电路为第一电路线1和第二电路线2分别由过压保护器件接地，次级瞬态电路为第一电路线1和第二电路线2分别通过次级过压保护器件接地，并且一级瞬态电路与次级瞬态电路之间串接有电感四L4、电感五L5。

过压保护器件和次级过压保护器件可以为瞬态抑制二极管或压敏电阻，由于电快速瞬变脉冲群中单个脉冲的上升沿仅有5ns，而气体放电管响应时间比较慢(μs级)，达不到电快速瞬变脉冲群的上升时间要求，因此，选择具有ps级响应速度的瞬态抑制二极管或ns级响应速度的压敏电阻完成对瞬态电路的设计，能够及时对电快速瞬变脉冲群中单个脉冲做出反应变成低阻抗的导通状态，将瞬间电流有效的泄放到接地端。因此可将一级瞬态电路的过压保护器件采用压敏电阻，而次级瞬态电路的次级过压保护器件采用瞬态抑制二极管。如图1所示，一级瞬态电路中，第一电路线1通过瞬态抑制二极管一TVS1接地，第二电路线2通过瞬态抑制二极管二TVS2接地；如图2所示，在一级瞬态电路中，第一电路线1通过压敏电阻一MOV1接地，第二电路线2通过压敏电阻二MOV2接地；在次级瞬态电路中，第一电路线1通过瞬态抑制二极管一TVS1接地，第二电路线2通过瞬态抑制二极管二TVS2接地。

稳态电路4包括一级稳态电路和次级稳态电路，可采用单独的一级稳态电路的方式，或者一级稳态电路和若干个与一级稳态电路并联的次级稳态电路共同工作的方式。一级稳态电路包括电容一C1、电容二C2、电容三C3、电容四C4、共模电感一L1和共模电感二L2，电容一C1和电容四C4并联串接在第一电路线1和第二电路线2之间，同时第一电路线1和第二电路线2分别通过电容二C2、电容三C3接地，并且所述共模电感一L1的两线圈分别串接在第一电路线1和第二电路线2中，所述共模电感二L2的两线圈分别串接在第一电路线1和第二电路线2中；次级稳态电路包括电容五C5、电容六C6、电容七C7和共模电感三L3，电容七C7串接在第一电路线1和第二电路线2之间，第一电路线1和第二电路线2分别通过电容五C5、电容六C6接地，共模电感三L3的两线圈分别串接在第一电路线1和第二电路线2中。

电容二C2、电容三C3、电容五C5和电容六C6为穿心电容，由于穿心电容的结构具有轴对称性质，即电容的两端电极是360°的圆形结构，其寄生电感很小，接近理想的无感电容，而普通电容都有寄生电感，对高频干扰的滤波效果不理想。因为穿心电容的金属外壳360°全方位与安装金属面板之间的有效接地，对高频信号进行旁路，能够对10MHz以上高频干扰起到很好地滤除效果，能够解决电快速瞬变脉冲群宽频带电磁干扰的问题。

电容一C1、电容四C4、电容七C7为有机薄膜电容，具有耐脉冲大电流能力强、损耗小、频率特性好的特点，主要用来滤除电快速瞬变脉冲群几十KHz的低频部分干扰。

共模电感一L1选用锰锌铁氧体做为磁芯，共模电感二L2、共模电感三L3选用镍锌铁氧体做为磁芯。共模电感是将两线圈绕在同一磁芯上，匝数和相位相同，绕制方向相反。锰锌铁氧体在100KHz到10MHz之间都有很高的磁导率，而且性能稳定，能够提供良好的100KHz到10MHz之间频段内的滤波特性，当电路中正常电流流经共模电感一时，电流在同相位绕制的电感线圈中产生反向的磁场而相互抵消,当有共模干扰流经共模电感一时，由于共模干扰的同向性，会在线圈内产生同向的磁场，进而增大电感感抗，使共模电感表现高阻抗，产生较强的阻尼效果，以此衰减共模干扰，达到滤波的目的，但共模电感一在10MHz以上有效磁导率下降较快，使得滤波性能下降；故共模电感二L2、共模电感三L3选用镍锌铁氧体做为磁芯，具有较高的高频阻抗，阻抗与干扰信号频率成正比，电快速瞬变脉冲群的高频成分会受到很大的损耗，转变成热量耗散，所以共模电感二、共模电感三为吸收式器件，对电快速瞬变脉冲群高频干扰信号进行吸收损耗，可以解决共模电感一在10MHz以上频段的滤波缺陷，共模电感一L1和共模电感二L2分别针对电快速瞬变脉冲群的100KHz～10MHz、10MHz以上频段干扰信号进行反射和吸收，对电快速瞬变脉冲群能量进一步衰减，最终使其能量降低到电子设备的敏感度以下，保护电子设备的正常工作。

瞬态电路和稳态电路两部分相互配合，极大的增强了对电快速瞬变脉冲群的抑制能力。总体来说，瞬态抑制二极管构成的瞬态电路对抑制电快速瞬变脉冲群具有响应时间快、低残压的特点，能够旁路泄放脉冲群的低频部分能量，由电容和电感组成的稳态电路，对电快速瞬变脉冲群高频部分能量进行滤波和吸收，对脉冲群能量进一步衰减，使整体保护功能有明显改善。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种抑制电快速瞬变脉冲群的电涌保护器，包括与L线连接的第一电路线(1)、与N线连接的第二电路线(2)，其特征在于，所述的第一电路线(1)与第二电路线(2)之间并联着用于抑制瞬变脉冲低频部分的由过压保护器件组成的瞬态电路(3)和用于抑制瞬变脉冲高频部分的由LC低通滤波器组成的稳态电路(4)。

2.根据权利要求1所述的抑制电快速瞬变脉冲群的电涌保护器，其特征在于，所述的瞬态电路(3)包括一级瞬态电路，所述一级瞬态电路为第一电路线(1)和第二电路线(2)分别由过压保护器件接地。

3.根据权利要求2所述的抑制电快速瞬变脉冲群的电涌保护器，其特征在于，所述的瞬态电路(3)还包括与一级瞬态电路并联的若干个次级瞬态电路，所述的次级瞬态电路为第一电路线(1)和第二电路线(2)分别通过次级过压保护器件接地。

4.根据权利要求3所述的抑制电快速瞬变脉冲群的电涌保护器，其特征在于，所述的过压保护器件和次级过压保护器件为瞬态抑制二极管或压敏电阻。

5.根据权利要求1所述的抑制电快速瞬变脉冲群的电涌保护器，其特征在于，所述的稳态电路(4)包括一级稳态电路，所述的一级稳态电路包括电容一(C1)、电容二(C2)、电容三(C3)、电容四(C4)、共模电感一(L1)和共模电感二(L2)，电容一(C1)和电容四(C4)并联串接在第一电路线(1)和第二电路线(2)之间，同时第一电路线(1)和第二电路线(2)分别通过电容二(C2)、电容三(C3)接地，并且所述共模电感一(L1)的两线圈分别串接在第一电路线(1)和第二电路线(2)中，所述共模电感二(L2)的两线圈分别串接在第一电路线(1)和第二电路线(2)中。

6.根据权利要求5所述的抑制电快速瞬变脉冲群的电涌保护器，其特征在于，所述的稳态电路(4)还包括与一级稳态电路并联的若干个次级稳态电路。

7.根据权利要求6所述的抑制电快速瞬变脉冲群的电涌保护器，其特征在于，所述的次级稳态电路包括电容五(C5)、电容六(C6)、电容七(C7)和共模电感三(L3)，电容七(C7)串接在第一电路线(1)和第二电路线(2)之间，第一电路线(1)和第二电路线(2)分别通过电容五(C5)、电容六(C6)接地，共模电感三(L3)的两线圈分别串接在第一电路线(1)和第二电路线(2)中。

8.根据权利要求7所述的抑制电快速瞬变脉冲群的电涌保护器，其特征在于，所述的电容二(C2)、电容三(C3)、电容五(C5)和电容六(C6)为穿心电容，电容一(C1)、电容四(C4)、电容七(C7)为有机薄膜电容。

9.根据权利要求7所述的抑制电快速瞬变脉冲群的电涌保护器，其特征在于，所述的共模电感一(L1)选用锰锌铁氧体做为磁芯，共模电感二(L2)、共模电感三(L3)选用镍锌铁氧体做为磁芯。