CN219659428U - 一种雷电防护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种雷电防护电路，包括接收端子、输出端子、发送端子、数字开关量输入端子、过流保护单元、脉冲泄放单元和退耦器件，脉冲泄放单元采用半导体放电管代替气体放电管，由于半导体二极管具有体积小、结电容低和峰值电流更大的优点，因此无尖峰电压，且可以应用于更高传输速率的通信电路中。

Description

一种雷电防护电路

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，特别涉及一种雷电防护电路。

背景技术

雷电作为一种常见的天气现象，在生产生活当中并不少见，雷击造成的破坏极强，无论是何种形式的雷电干扰，直接雷击或是间接雷击，都会对电子设备产生巨大的影响，甚至会危及到人身安全。

防雷电路是电源输入防护口的关键电路，这部分电路起到保护后级功率变换器件的作用，几乎在所有二次电源及一次电源应用中，都会配备防雷电路。常见的防雷电路由保险丝、电阻、三端气体放电管和瞬态抑制二极管组成，由于三端气体放电管在处理雷电脉冲后，其两端会产生较高的电压尖峰，瞬态抑制二极管无法将产生的电压尖峰消除，且产生的残压值远超该电路的最大耐受电压，长期使用会导致被防护对象损坏或性能下降；电路中电阻作为退耦器件，在完成防雷功能后需冷却60s才重新具备雷电防护功能，当有频繁的雷电入侵时，该电路不适用。

实用新型内容

鉴于上述问题，提出了本实用新型以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种雷电防护电路。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种雷电防护电路，包括接收端子、输出端子、发送端子、数字开关量输入端子、第一过流保护单元、第二过流保护单元、第一退耦器件、第二退耦器件、第一脉冲泄放单元、第二脉冲泄放单元、第一钳位单元和第二钳位单元，所述接收端子与所述输出端子之间依次通过所述第一过流保护单元和第一退耦器件连接，所述发送端子与所述数字开关量输入端子之间依次通过所述第二过流保护单元和第二退耦器件连接，所述第一脉冲泄放单元的一端设置在所述第一过流保护单元与所述第一退耦器件之间，所述第二脉冲泄放单元的一端设置在所述第二过流保护单元与所述第二退耦器件之间，所述第一钳位单元的一端设置在所述第一退耦器件与所述输出端子之间，所述第二钳位单元的一端设置在所述第二退耦器件与所述数字开关量输入端子之间，所述第一脉冲泄放单元的另一端、所述第二脉冲泄放单元的另一端、所述第一钳位单元的另一端和所述第二钳位单元的另一端均保护接地；所述第一脉冲泄放单元包括第一半导体放电管，所述第一退耦器件包括第一瞬态阻断单元，所述第一钳位单元包括第一静电阻抗器，所述第一半导体放电管串联设置在第一过流保护单元与所述输出端子之间，所述第一瞬态阻断单元与所述第一静电阻抗器串联形成的电路与所述第一半导体放电管并联连接；所述第二脉冲泄放单元包括第二半导体放电管，所述第二退耦器件包括第二瞬态阻断单元，所述第二钳位单元包括第二静电阻抗器，所述第二半导体放电管串联设置在第二过流保护单元与所述数字开关量输入端子之间，所述第二瞬态阻断单元与所述第二静电阻抗器串联形成的电路与所述第二半导体放电管并联连接。

进一步地，所述第一过流保护单元包括第一保险丝，所述第二过流保护单元包括第二保险丝，所述第一保险丝串联设置在所述接收端子与所述第一瞬态阻断单元之间，所述第二保险丝串联设置在所述发送端子与所述第二瞬态阻断单元之间。

进一步地，还包括第一滤波单元和第二滤波单元，所述第一滤波单元包括第一电容，所述第二滤波单元包括第二电容，所述第一电容的一端设置在所述第一瞬态阻断单元与所述输出端子之间，所述第二电容的一端设置在所述第二瞬态阻断单元与所述数字开关量输入端子之间，所述第一电容的另一端和所述第二电容的另一端均保护接地。

进一步地，还包括反向保护单元，所述反向保护单元包括防反接二极管，所述防反接二极管串联设置在第二瞬态阻断单元与所述数字开关量输入端子之间。

进一步地，还包括隔离单元，所述隔离单元包括气体放电管，所述外壳与信号地之间通过所述气体放电管连接。

本实用新型的有益效果是：

1)使用半导体放电管代替气体放电管，由于半导体二极管具有体积小、结电容低和峰值电流更大的优点，因此无尖峰电压，且可以应用于更高传输速率的通信电路中。

2)通过设置反向保护单元，将脉冲泄放单元产生的残压限制在9V以下，使得呗限制后的电压小于接口器件的耐受电压，能够有效保护接口器件不被损坏。

3)雷电防护电路无PCT等热敏器件，可短时间内重复处理雷电脉冲，当雷电频繁入侵时同样适用。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考图形表示相同的部件。在附图中：

图1示出了一种雷电防护电路电气结构图；

图2示出了一种雷电防护电路原理图；

图3示出了一种雷电防护电路的过流保护单元电气结构图；

图4示出了一种雷电防护电路的脉冲泄放单元电气结构图；

图5示出了一种雷电防护电路的钳位单元电气结构图；

图6示出了一种雷电防护电路的滤波单元电气结构图；

图7示出了一种雷电防护电路的反向保护单元电气结构图；

图8示出了一种雷电防护电路的隔离单元电气结构图。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本实用新型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，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的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。

参阅图1-图8，本实用新型提供一种技术方案：

一种雷电防护电路，包括接收端子、输出端子、发送端子、数字开关量输入端子、第一过流保护单元、第二过流保护单元、第一退耦器件、第二退耦器件、第一脉冲泄放单元、第二脉冲泄放单元、第一钳位单元和第二钳位单元，接收端子与输出端子之间依次通过第一过流保护单元和第一退耦器件连接，发送端子与数字开关量输入端子之间依次通过第二过流保护单元和第二退耦器件连接，第一脉冲泄放单元的一端设置在第一过流保护单元与第一退耦器件之间，第二脉冲泄放单元的一端设置在第二过流保护单元与第二退耦器件之间，第一钳位单元的一端设置在第一退耦器件与输出端子之间，第二钳位单元的一端设置在第二退耦器件与数字开关量输入端子之间，第一脉冲泄放单元的另一端、第二脉冲泄放单元的另一端、第一钳位单元的另一端和第二钳位单元的另一端均保护接地；第一脉冲泄放单元包括第一半导体放电管，第一退耦器件包括第一瞬态阻断单元，第一钳位单元包括第一静电阻抗器，第一半导体放电管串联设置在第一过流保护单元与输出端子之间，第一瞬态阻断单元与第一静电阻抗器串联形成的电路与第一半导体放电管并联连接；第二脉冲泄放单元包括第二半导体放电管，第二退耦器件包括第二瞬态阻断单元，第二钳位单元包括第二静电阻抗器，第二半导体放电管串联设置在第二过流保护单元与数字开关量输入端子之间，第二瞬态阻断单元与第二静电阻抗器串联形成的电路与第二半导体放电管并联连接。第一过流保护单元包括第一保险丝，第二过流保护单元包括第二保险丝，第一保险丝串联设置在接收端子与第一瞬态阻断单元之间，第二保险丝串联设置在发送端子与第二瞬态阻断单元之间。其中，如图1～图5所示，接收端子(RX)与MCU(微控制单元)的RX引脚连接、发送端子(TX)与MCU(微控制单元)的TX引脚连接，输出端子(RO)与收发器的RO端连接、数字开关量输入端子(DI)与收发器的DI端连接；第一过流保护单元和第二过流保护单元均具有脉冲脱扣和过流脱扣能力，第一保险丝(F1)和第二保险丝(F2)均为现有技术，正常情况下，雷电脉冲电流应该小于第一保险丝和第二保险丝的额定脉冲电流，当雷电脉冲电流超过第一保险丝和第二保险丝的额定脉冲电流值时，第一保险丝和第二保险丝将瞬态永久脱扣，保护接口芯片不会再次受到雷电脉冲入侵；当后端负载短路时，第一保险丝和第二保险丝通过热熔断切断源与负载之间的联系，从而避免较大的短路电流将负载烧毁；第一半导体放电管(T1)、第二半导体放电管(T2)、第一瞬态阻断单元(TBU1)、第二瞬态阻断单元(TBU2)、第一静电阻抗器(VR5)和第二静电阻抗器(VR6)均为现有技术，第一半导体放电管(T1)、第二半导体放电管(T2)、第一静电阻抗器(VR5)和第二静电阻抗器(VR6)均保护接地(PE)，第一半导体放电管与第一瞬态阻断单元配合工作，第二半导体放电管与第二瞬态阻断单元配合工作，当脉冲电流进入雷电防护电路时，由于脉冲电流较大，在脉冲到来后的约1us时，第一瞬态阻断单元和第二瞬态阻断单元监测到流过的电流大于其转折电流后变为“高阻状态”，电流被限制在1mA以下，有效的使得1us后的脉冲电流完全通过第一半导体放电管和第二半导体放电管泄放至大地，脉冲结束后，第一瞬态阻断单元和第二瞬态阻断单元恢复至初始状态，此时第一瞬态阻断单元和第二瞬态阻断单元等效于一根导线；与瞬态二极管相比，第一半导体放电管和第二半导体放电管的体积更小，当使用与瞬态二极管体积相同的半导体放电管时，因为半导体放电管的峰值电流要大于瞬态二极管，且半导体放电管的结电容更低，因此半导体放电管能够应用与传输速率更高的电路中，当脉冲电压达到第一半导体放电管和第二半导体放电管的转折电压后，第一半导体放电管和第二半导体放电管均进入短路状态，当脉冲结束时，电流小于保持电流，此时第一半导体放电管和第二半导体放电管均恢复为开路状态；第一静电阻抗器和第二静电阻抗器均具有体积小、结电容低的优点，正常情况下，第一静电阻抗器和第二静电阻抗器处于高阻态，对雷电防护电路无任何影响，当第一半导体放电管和第二半导体放电管产生的残压值高于耐受电压且达到第一静电阻抗器和第二静电阻抗器的击穿电压时，第一静电阻抗器和第二静电阻抗器由高阻态变为低阻态，给瞬间电流提供低阻抗导通路径，同时将残压限制在安全水平之内，从而保护雷电防护电路。

在一些实施例中，还包括第一滤波单元和第二滤波单元，第一滤波单元包括第一电容，第二滤波单元包括第二电容，第一电容的一端设置在第一瞬态阻断单元与输出端子之间，第二电容的一端设置在第二瞬态阻断单元与数字开关量输入端子之间，第一电容的另一端和第二电容的另一端均保护接地。其中，如图6所示，第一电容和第二电容均为现有技术，第一电容和第二电容主要对耦合到线上的高频干扰进行滤除，防止干扰MCU(微控制单元)；

在一些实施例中，还包括反向保护单元，反向保护单元包括防反接二极管，防反接二极管串联设置在第二瞬态阻断单元与数字开关量输入端子之间。其中，如图7所示，由于收发器内部二极管最大耐受电压为5V，通过设置防反接二极管，将最大耐受电压从5V提高到1000V，起到保护收发器内部二极管的作用，防反接二极管为现有技术。

在一些实施例中，还包括隔离单元，隔离单元包括气体放电管，外壳与信号地之间通过气体放电管连接。其中，如图8所示，由于MCU(微控制单元)与收发器之间的通信为TTL电平且通信信号以信号地(GND)为参考进行传输，需要保证线-地电平正常，为了避免地点位升高导致信号传输收到影响，因此在保护接地与信号地之间加装气体放电管(GDT)。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种雷电防护电路，其特征在于：包括接收端子、输出端子、发送端子、数字开关量输入端子、第一过流保护单元、第二过流保护单元、第一退耦器件、第二退耦器件、第一脉冲泄放单元、第二脉冲泄放单元、第一钳位单元和第二钳位单元，所述接收端子与所述输出端子之间依次通过所述第一过流保护单元和第一退耦器件连接，所述发送端子与所述数字开关量输入端子之间依次通过所述第二过流保护单元和第二退耦器件连接，所述第一脉冲泄放单元的一端设置在所述第一过流保护单元与所述第一退耦器件之间，所述第二脉冲泄放单元的一端设置在所述第二过流保护单元与所述第二退耦器件之间，所述第一钳位单元的一端设置在所述第一退耦器件与所述输出端子之间，所述第二钳位单元的一端设置在所述第二退耦器件与所述数字开关量输入端子之间，所述第一脉冲泄放单元的另一端、所述第二脉冲泄放单元的另一端、所述第一钳位单元的另一端和所述第二钳位单元的另一端均保护接地；

所述第一脉冲泄放单元包括第一半导体放电管，所述第一退耦器件包括第一瞬态阻断单元，所述第一钳位单元包括第一静电阻抗器，所述第一半导体放电管串联设置在第一过流保护单元与所述输出端子之间，所述第一瞬态阻断单元与所述第一静电阻抗器串联形成的电路与所述第一半导体放电管并联连接；

所述第二脉冲泄放单元包括第二半导体放电管，所述第二退耦器件包括第二瞬态阻断单元，所述第二钳位单元包括第二静电阻抗器，所述第二半导体放电管串联设置在第二过流保护单元与所述数字开关量输入端子之间，所述第二瞬态阻断单元与所述第二静电阻抗器串联形成的电路与所述第二半导体放电管并联连接。

2.根据权利要求1所述的一种雷电防护电路，其特征在于：所述第一过流保护单元包括第一保险丝，所述第二过流保护单元包括第二保险丝，所述第一保险丝串联设置在所述接收端子与所述第一瞬态阻断单元之间，所述第二保险丝串联设置在所述发送端子与所述第二瞬态阻断单元之间。

3.根据权利要求1或2所述的一种雷电防护电路，其特征在于：还包括第一滤波单元和第二滤波单元，所述第一滤波单元包括第一电容，所述第二滤波单元包括第二电容，所述第一电容的一端设置在所述第一瞬态阻断单元与所述输出端子之间，所述第二电容的一端设置在所述第二瞬态阻断单元与所述数字开关量输入端子之间，所述第一电容的另一端和所述第二电容的另一端均保护接地。

4.根据权利要求1或2所述的一种雷电防护电路，其特征在于：还包括反向保护单元，所述反向保护单元包括防反接二极管，所述防反接二极管串联设置在第二瞬态阻断单元与所述数字开关量输入端子之间。

5.根据权利要求1或2所述的一种雷电防护电路，其特征在于：还包括隔离单元，所述隔离单元包括气体放电管，外壳与信号地之间通过所述气体放电管连接。