CN219892958U - 一种新型信号浪涌保护器 - Google Patents

Abstract

一种新型信号浪涌保护器，包括：电路板、上盖板和下盖板；上盖板和下盖板采用螺钉固定连接，电路板放置在上盖板和下盖板之间并固定在下盖板内；电路板设有信号输入接口、信号输出接口、一级放电元件、地极隔离器、一级退偶元件、二级放电元件、二级退偶元件和三级放电元件；所述一级放电元件与一级退偶元件串联，形成一级放电元件和一级退偶元件之间馈入电流的输入端；所述所述二级放电元件与二级退偶元件串联，形成二级放电元件和二级退偶元件之间馈入电流的输入端；地极隔离器的负极接防雷地网，一级放电元件泄放电流直接防雷地网，二级放电元件和三级放电元件泄放电流通过地极隔离器连接防雷地网。本申请信号浪涌保护器结构简洁，实用方便。

Description

一种新型信号浪涌保护器

技术领域

本实用新型涉及气象设备保护技术领域，具体为一种新型信号浪涌保护器。

背景技术

国家地面气象站观测场一般都安装避雷针，足够防护整个观测场所有设备遭受直击雷的影响，但根据近年来国家地面气象站雷击情况统计，经常有雷击导致观测场的气象设备故障，给气象局造成了难以估量的经济损失。

即使经过防雷整改，将观测场地网和避雷针地网隔离，但是雷击次数(造成设备损坏)未见明显下降。每次雷击后造成大部分接口设备损坏，需整套更换才能恢复正常，造成了严重的经济损失。

根据雷击损坏设备的统计分析，损坏设备表面未见雷击痕迹，说明并非直击雷造成，经分析，观测场设备出现雷击故障绝大部分源于感应雷以及地电位反击。感应雷主要通过信号线缆传导至信号接口(如CAN、RS232、RS485等)，导致信号接口上连接的设备如主采集器、地温分采、温湿分采、传感器、综合集成硬件控制器等损坏；地电位反击主要通过观测场地网沿地下引下线传导至设备地端而造成设备过压损坏。根据大量的雷击损坏设备分析，几乎未见电源接口损坏，绝大部分为信号接口设备损坏，说明国家地面气象站信号浪涌保护是一个及其薄弱的环节。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种新型信号浪涌保护电路，用于国家地面气象站的设备接口(包括CAN总线、RS232串口、RS485串口等接口)的进行浪涌保护，从而保护整套国家地面气象站。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种新型信号浪涌保护器，包括：电路板、上盖板和下盖板；上盖板和下盖板采用螺钉固定连接，电路板放置在上盖板和下盖板之间并固定在下盖板内；

其中，电路板设有信号输入接口、信号输出接口、一级放电元件、地极隔离器、一级退偶元件、二级放电元件、二级退偶元件和三级放电元件；

所述一级放电元件与一级退偶元件串联，形成一级放电元件和一级退偶元件之间馈入电流的输入端；所述所述二级放电元件与二级退偶元件串联，形成二级放电元件和二级退偶元件之间馈入电流的输入端；信号地和防雷地网通过所述地极隔离器进行隔离，地极隔离器的负极接防雷地网，一级放电元件泄放电流直接防雷地网，二级放电元件和三级放电元件泄放电流通过地极隔离器连接防雷地网。

所述一级放电元件为陶瓷气体放电管。

所述一级退偶元件为电感或可恢复保险丝。

所述二级放电元件为瞬态抑制二极管。

所述二级退偶元件为可恢复保险丝。

所述三级放电元件为瞬态抑制二极管，与信号地的保护对象形成馈出的输出端。

所述地极隔离器为通用二极管。

本方案采用陶瓷气体放电管(GDT)，GDT是气体放电管缩写词，(gas dischargetube)实质是一种密封在陶瓷腔体中的放电间隙，腔体中充有惰性气体以稳定放电管的放电电压。其主要特点是通流能量大，可达数十至数百KA，绝缘电阻极高，无漏流，无老化失效，无极性双向保护，静态电容极小，特别适用于高速网络通讯设备的粗保护。可广泛用于各种电源及信号线的第一级雷击浪涌保护。

本方案采用可恢复保险丝(PTC)，可恢复保险丝是由经过特殊处理的聚合树脂(Polymer)及分布在里面的导电粒子(Carbon Black)组成。在正常操作下聚合树脂紧密地将导电粒子束缚在结晶状的结构外，构成链状导电电通路，此时的可恢复保险丝为低阻状态(a)，线路上流经可恢复保险丝的电流所产生的热能小，不会改变晶体结构。当线路发生短路或过载时，流经可恢复保险丝的大电流产生的热量使聚合树脂融化，体积迅速增长，形成高阻状态(b)，工作电流迅速减小，从而对电路进行限制和保护。

瞬态二极管(Transient Voltage Suppressor)简称TVS，是一种二极管形式的高效能保护器件。TVS是一种二极管形式的高效能保护器件。当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10的负12次方秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。由于它具有响应速度快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点。

本申请的保护原理：

级联的一级放电元件、二级放电元件以及三级放电元件，组成三级级联放电结构，对输入的浪涌电流对地逐级泄流。

一级退偶元件，在一级放电元件和二级放电元件之间进行级间能量匹配，使浪涌暂态过电压到达二级放电元件之前提前导通泄流。

二级退偶元件，在二级放电元件和三级放电元件之间进行级间能量匹配，使浪涌暂态过电压到达三级放电元件之前提前导通泄流。

一级放电元件泄流直接接防雷地网，所述二级放电元件和三级放电元件经地极隔离器正极及其负极至防雷地网，防止地极电位反击。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过三级级联放电结构增强了信号浪涌保护性能，使其残压降到极低水平，特别适用于国家地面气象站多数处于高山上的恶劣雷电环境；

2、通过地极隔离器结构，使得信号地与防雷地网隔离。在没有浪涌冲击情况下，能有效防止地网杂波对信号影响；当有雷击浪涌产生时，地极隔离器瞬间导通泄流；

3、使用一级、二级和三级放电元件的级联结构，可以有效地逐级泄流，将输入的浪涌电流对地进行分散。这有助于防止过电压对信号设备造成损坏；

4、一级退偶元件和二级退偶元件在一级放电元件与二级放电元件之间分别进行能量匹配。这使得浪涌暂态过电压能够提前导通泄流，确保电压不会超过每个级别元件的承受范围；

5、地极隔离器用于隔离信号地和防雷地网，防止地极电位反击。这样可以确保信号设备与防雷地网之间的电位差得到控制，减少对设备的潜在损害；

6、一级放电元件采用陶瓷气体放电管，具有良好的放电性能和稳定性。二级放电元件和三级放电元件采用瞬态抑制二极管，能够快速响应过电压，并导通泄流。一级退偶元件和二级退偶元件分别采用电感或可恢复保险丝，能够在需要时提供能量匹配和保护；

7、这种新型信号浪涌保护器方案具有多级级联结构、高效的能量匹配、地极隔离和合适的元件选择等优点，能够有效地保护信号设备免受浪涌电流和过电压的损害。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图中：1.下盖板、2.电路板、3.上盖板、4.信号输出接口、5.信号输入接口、6.一级放电元件、7.一级退偶元件、8.地极隔离器、9.三级放电元件、10.二级退偶元件、11.二级放电元件。

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，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。

请参阅图1，本实用新型提供的一种实施例：一种新型信号浪涌保护器，包括：电路板2、上盖板3和下盖板1；上盖板3和下盖板1采用螺钉固定连接，电路板2放置在上盖板3和下盖板1之间并固定在下盖板1内；

其中，电路板2设有信号输入接口5、信号输出接口4、一级放电元件6、地极隔离器8、一级退偶元件7、二级放电元件11、二级退偶元件10和三级放电元件9；

所述一级放电元件6与一级退偶元件7串联，形成一级放电元件6和一级退偶元件7之间馈入电流的输入端；所述所述二级放电元件11与二级退偶元件10串联，形成二级放电元件11和二级退偶元件10之间馈入电流的输入端；信号地和防雷地网通过所述地极隔离器8进行隔离，地极隔离器8的负极接防雷地网，一级放电元件泄放电流直接防雷地网，二级放电元件11和三级放电元件9泄放电流通过地极隔离器8连接防雷地网。

所述一级放电元件6为陶瓷气体放电管。

所述一级退偶元件7为电感或可恢复保险丝。

所述二级放电元件11为瞬态抑制二极管。

所述二级退偶元件10为可恢复保险丝。

所述三级放电元件9为瞬态抑制二极管，与信号地的保护对象形成馈出的输出端。

所述地极隔离器8为通用二极管。

应用实施例1：一种新型信号浪涌保护器，用于CAN总线接口保护，包括：包括：电路板2、上盖板3和下盖板1；上盖板3和下盖板1采用螺钉固定连接，电路板2放置在上盖板3和下盖板1之间并固定在下盖板1内；其中，电路板2设有信号输入接口5、信号输出接口4、一级放电元件6采用10kA陶瓷放电管、地极隔离器8采用1kA通用二级管、一级退偶元件7采用100mA可恢复保险、二级放电元件11采用10V瞬态抑制二极管、二级退偶元件10采用100mA可恢复保险、三级放电元件9采用5V瞬态抑制二极管。

应用实施例2：：一种新型信号浪涌保护器，用于RS232串口接口保护，包括：包括：电路板2、上盖板3和下盖板1；上盖板3和下盖板1采用螺钉固定连接，电路板2放置在上盖板3和下盖板1之间并固定在下盖板1内；其中，电路板2设有信号输入接口5、信号输出接口4、一级放电元件6采用10kA陶瓷放电管、地极隔离器8采用1kA通用二级管、一级退偶元件7采用电源型电感、二级放电元件11采用18V瞬态抑制二极管、二级退偶元件10采用100mA可恢复保险、三级放电元件9采用12V瞬态抑制二极管。

应用实施例3：一种新型信号浪涌保护器，用于RS485串口接口保护，包括：包括：电路板2、上盖板3和下盖板1；上盖板3和下盖板1采用螺钉固定连接，电路板2放置在上盖板3和下盖板1之间并固定在下盖板1内；其中，电路板2设有信号输入接口5、信号输出接口4、一级放电元件6采用10kA陶瓷放电管、地极隔离器8采用1kA通用二级管、一级退偶元件7采用电源型电感、二级放电元件11采用12V瞬态抑制二极管、二级退偶元件10采用100mA可恢复保险、三级放电元件9采用5V瞬态抑制二极管。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种新型信号浪涌保护器，其特征在于，包括：电路板(2)、上盖板(3)和下盖板(1)；上盖板(3)和下盖板(1)采用螺钉固定连接，电路板(2)放置在上盖板(3)和下盖板(1)之间并固定在下盖板(1)内；

其中，电路板(2)设有信号输入接口(5)、信号输出接口(4)、一级放电元件(6)、地极隔离器(8)、一级退偶元件(7)、二级放电元件(11)、二级退偶元件(10)和三级放电元件(9)；

所述一级放电元件(6)与一级退偶元件(7)串联，形成一级放电元件(6)和一级退偶元件(7)之间馈入电流的输入端；所述二级放电元件(11)与二级退偶元件(10)串联，形成二级放电元件(11)和二级退偶元件(10)之间馈入电流的输入端；信号地和防雷地网通过所述地极隔离器(8)进行隔离，地极隔离器(8)的负极接防雷地网，一级放电元件(6)泄放电流直接防雷地网，二级放电元件(11)和三级放电元件(9)泄放电流通过地极隔离器(8)连接防雷地网。

2.根据权利要求1所述的信号浪涌保护器，其特征在于：所述一级放电元件(6)为陶瓷气体放电管。

3.根据权利要求1所述的信号浪涌保护器，其特征在于：所述一级退偶元件(7)为电感或可恢复保险丝。

4.根据权利要求1所述的信号浪涌保护器，其特征在于：所述二级放电元件(11)为瞬态抑制二极管。

5.根据权利要求1所述的信号浪涌保护器，其特征在于：所述二级退偶元件(10)为可恢复保险丝。

6.根据权利要求1所述的信号浪涌保护器，其特征在于：所述三级放电元件(9)为瞬态抑制二极管，与信号地的保护对象形成馈出的输出端。

7.根据权利要求1所述的信号浪涌保护器，其特征在于：所述地极隔离器(8)为通用二极管。