CN2664252Y - 一种防雷器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种防雷器，用在需要接收/发送信号的设备的外部信号端口防止雷电对设备的损坏，包括：信号输入端口，用于和其它设备通讯的连接端口；信号输出端口，用于连接设备并和设备通讯的端口；至少一组信号连线，用于将信号输入端口连接到信号输出端口；至少一个放电管，分别耦合到至少一组信号连线和地之间；至少一个电阻，串联在放电管后至少一根信号连线上，用于协调放电和串联分压。利用本实用新型，可以简单有效地实现对信号口的防雷，成本低。本实用新型无论对平衡信号口还是非平衡信号口，都能起到有效地防雷作用，能适用于多种工作电平的信号端口防护，不会影响高速信号的传输质量。

Description

一种防雷器

技术领域

本实用新型涉及通信领域中的防雷技术，具体涉及一种防雷器。

背景技术

目前，随着电子信息产业的迅猛发展，通信技术和产品日新月异，电子、通信芯片的集成度越来越高，电路设计的密度越来越大，同时也要求设备的适应性和可靠性更强。要保证通信设备的可靠运行，除了自身系统的稳定性以外，还需要有较强的抗干扰能力。通常雷电是外界干扰中的最主要也是最厉害的干扰源，原因在于雷电是一种强电磁波，它会在载流导体中产生瞬间感应过电压，所以除防护直击雷电之外，更重要的是防护雷电感应过电压，通常，雷电波是通过电源线、信号传输线和空间交变电磁场感应到线路和电气设备中。信号口相对于电源口则是速率高、种类多、抗干扰能力相对最差的端口，所以信号口防护技术，尤其是信号口防雷器对提高通信设备的抗干扰能力起到了关键的作用。

常规信号口SPD(防雷器)的原理如图1所示。该电路由放电管G、硅保护二极管D、电阻R1、R2(或者电感L)组成，实际上是一个两极保护电路。第一级放电管G用于旁路泄放暂态大电流，放电管具有大通流能力和较高残压的特点；第二级硅保护二极管D用于箝位限压，保护后面的电子设备或元器件。第一级常称为粗保护，第二级常称为细保护，器件D通常具有低通流，快响应，低残压的特点。介于这两极之间的电阻R1和R2(或者电感L)是起改善放电管G的动作特性和促进两极保护特性配合的作用。当暂态过电压波沿信号线路传输到达防护电路后，由于放电管G具有较高的放电电压和较长的响应时间，它并不能很快放电导通。在放电管G尚未放电之前，硅保护二极管D将首先击穿，并流过暂态电流，随着该支路暂态电流的增大，R、L上的压降也相应地增大，这一压降加于G两端，就促使G尽早动作放电。当G放电后，它将提供一条旁路泄放暂态大电流的通道，同时它也能起限制过电压的作用，并实施对电阻(或者电感L)和硅保护二极管的保护。图中的硅保护二极管D通常是TVS管(瞬变二极管)，也可能是TSS管(固体放电管)。该电路可以实现高量级防护，同时做到较低残压，是目前信号口防雷设计中使用最普遍的方案(在某些特定的时候，图中的三极放电管可以用两个二极放电管代替，电阻可以用电感代替)。

该防雷器使用了二级防护电路，对于干扰类型主要是共模干扰的平衡信号口来说，后级都增加差模桥防护电路的必要性不大，而且，TVS管或者TSS管和快恢复二极管的价格比放电管和电阻的价格高出很多，这样导致成本增加，体积增大；在该防雷器后级使用了TVS管保护器件，由于每种TVS管(或者TSS管)有自己的工作电压，所以该防雷器不能适用于所有信号端口的防护；对于高速信号端口，由于该防雷器的后级防护电路使用了桥式TVS电路，寄生电容通常在8-20pF之间，将导致信号质量下降，影响传输距离，所以一种具体的信号口SPD不能适用于所有不同速率的信号端口防护；该防雷器对于单板上已经设计有基本防护电路的情况(通常单板上的基本防护电路可以替代该SPD的后级防雷电路)，防雷器后级防护电路将和单板上保护电路重复设计，导致浪费，同时该防雷器后级保护电路的节点电容和单板保护电路的寄生电容形成并联，导致整个信号端口寄生电容很大，容易使信号质量下降。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的上述缺点，提供一种防雷器，用在需要接收或发送信号的设备的外部信号端口防止雷电对所述设备的损坏，其包括：

信号输入端口，用于和其他设备通讯的连接端口；

信号输出端口，用于连接所述设备并和所述设备通讯的端口；

至少一组信号连线，用于将所述信号输入端口连接到所述信号输出端口；

至少一个放电管，分别耦合到靠近所述信号输入端口处的所述至少一组信号连线和地之间，用于泄放因外界雷电施加到所述信号输入端口时使所述信号连线之间以及所述信号连线和地之间产生的过电压能量；

至少一个电阻，将所述至少一组信号连线中的至少一根连线分为两段，其中，所述至少一个电阻的一端连接于所述放电管连接到所述信号输入端口处，另一端通过所述至少一组信号连线连接到所述信号输出端口。

可选地，所述信号输入端口包括：平衡信号输入端口和/或非平衡信号输入端口，用于接入平衡信号和/或非平衡信号到所述设备；

对应地，所述信号输出端口包括：平衡信号输出端口和/或非平衡信号输出端口，用于将所述信号输入端口接入的平衡信号和/或非平衡信号输出给所述设备；

对应地，所述一组信号连线包括：一组平衡信号连线和/或一组非平衡信号连线，用于将所述平衡信号输入端口和/或非平衡信号输入端口连接到所述平衡信号输出端口和/或非平衡信号输出端口。

可选地，所述放电管包括：三极放电管或两个相同的二极放电管；

其中，所述三极放电管的中间管脚接地，两边管脚分别耦合到所述至少一组信号连线；所述两个相同的二极放电管的两极分别耦合于所述至少一组信号连线和地。

可选地，所述放电管还包括：五极放电管，用于四线端口中，其中，所述五极放电管的中间管脚接地，其余四个管脚分别耦合到所述四线端口的四条信号线上。

可选地，所述放电管还包括：两个相同的三极放电管或四个相同的二极放电管，用于四线端口中；其中，所述两个相同的三极放电管分别耦合于两对信号连线和地之间；所述四个相同的二极放电管分别耦合于四条信号连线和地之间。

利用本实用新型，可以简单有效地实现对信号口的防雷，成本低，无论对平衡信号口还是非平衡信号口，都能起到有效地防雷作用，并且能适用于多种工作电平的信号端口防护，不会影响高速信号的传输质量。

附图说明

图1是现有技术中信号口SPD电路原理图；

图2是本实用新型的实施例防雷器用于平衡信号口的原理图；

图3是本实用新型的另一实施例防雷器用于平衡信号口的原理图；

图4是本实用新型的实施例防雷器用于非平衡信号口的原理图；

图5是图2所示的实施例防雷器用于后级单板没有共模保护电路时的一种变形原理图；

图6是本实用新型的实施例防雷器用于四线端口的原理图；

图7是图6所示的实用新型的防雷器的变形原理图；

图8是图6所示的实用新型的防雷器的另一个变形原理图。

具体实施方式

为了使本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，现结合附图详细描绘实施例，通过这些实施例本领域技术人员可以更容易地理解本实用新型的目的和技术方案及本实用新型的效果。

首先参照图2，图2是本实用新型的实施例信号防雷器用于平衡信号口的原理图。其中，TX+和TX-为一对平衡信号线。该实用新型信号防雷器需要置于设备信号口前端，设备所需信号首先由信号输入端口21该防雷器，通过一组信号连线TX+、TX-将信号输入端口接入的设备所需信号导入设备，在信号输入端口后的信号连线和地之间连接一个三极放电管25，它的中间管脚接地，两边管脚分别耦合到信号线TX+和TX-，用于泄放因外界雷电施加到信号输入端口21时使信号连线TX+和TX-之间以及信号连线TX+和地之间、TX-和地之间产生的过电压能量，在三极放电管25与信号连线TX+和TX-的耦合端与信号输出端口22之间分别串接两个电阻23和电阻24，设备所需信号由信号输出端口22引出。在此，电阻23和电阻24有两种作用：

(1)当后级设备单板上有单板级的防护电路时，该电路保护器件和防雷器的放电管形成两级防雷，电阻用来协调两级放电，促使放电管25动作；

(2)当后级设备单板上没有单板级的防护电路时，该电阻可以和后级电阻芯片阻抗形成串联分压，使得芯片上承受更小的放电管的残压。

当暂态过电压波沿信号线路传输到达防雷电路后，由于放电管25具有较高的放电电压和较长的响应时间，它并不能很快放电导通。在放电管25尚未放电之前，两条信号线上的暂态电流增大，电阻23和电阻24上的压降也相应地增大，这一压降加于放电管25两端，就促使放电管25尽早动作放电。当其放电后，它将提供一条旁路泄放暂态大电流的通道，同时它也能起限制过电压的作用。例如，可以选择电阻23和电阻24的值为2.2欧姆。选择90V工作电压的空气放电管就可以用于工作电平小于90V的所有信号端口的防护。由于在该实用新型中只采用了空气放电管保护器件，使寄生电容可以控制在1pF，甚至更低，因此可以满足100M/1000M，甚至更更高速率的信号端口的防护，对信号传输质量不会产生任何负面影响。

在该实用新型中，还可以用两个同种型号、一致性高的二极放电管代替图2中所示的三极放电管，如图3所示。二极放电管31分别耦合于信号连线TX+和地之间，二极放电管32分别耦合于信号连线TX-和地之间，保证二极放电管31和二极放电管32型号相同，性能相同。当该信号防雷器感应雷时，暂态过电压波沿信号线路传输分别到达二极放电管31和二极放电管32与两条信号连线的耦合端，通过二极放电管的放电特性，将过电压能量释放，由于这两个二极放电管的性能相同，不会增加信号连线TX+和TX-之间的差模干扰。

对于非平衡信号端口，其实现原理与平衡信号端口相同，参见图4，图4示出了本实用新型的实施例信号防雷器用于非平衡信号口的原理图。其中，RX为一条非平衡信号线。该信号防雷器置于信号口前端，设备所需信号首先由信号输入端口41接入该防雷器，通过信号连线RX将信号输入端口接入的设备所需信号导入设备，在信号输入端口后的信号连线和地之间连接一个二极放电管43，用于泄放因外界雷电施加到信号输入端口41时使信号连线RX和地之间产生的过电压能量，在二极放电管43与信号连线RX的耦合端与信号输出端口42之间串接电阻44，设备所需信号由信号输出端口42引出。在实际应用中，可以选择电阻值为4.7欧姆。

为了更简单有效地利用本实用新型，在后级单板没有共模保护电路的情况下，还可以采用图5所示的本实用新型的一个变形方案。如果后级单板中有共模保护电路，对于差模干扰信号来说，差模退耦两个电阻实际上是串联关系，所以采用一个电阻就可以代替两个电阻达到协调退耦效果；但是对于共模干扰信号来说，如果只在一条信号线上串连电阻，那么只有这条信号线对地的共模可形成协调放电的二极保护，但对另外一条信号线则不能起到协调放电的二级保护，导致单板上的单板保护电路先导通并损坏，所以该设计仅仅适用于后级没有共模保护电路的情况。对于平衡信号口来说，干扰类型主要是共模干扰，但对于非平衡信号口，则主要是差模干扰，可以采用图5所示的本实用新型的一种变形方案，使本实用新型的应用更加简单有效。参见图5，图5示出了图2所示的实施例信号防雷器用于后级单板没有共模保护电路时的一种变形原理图。其工作原理与图2所示电路原理相同，只是电阻值的选择要稍微大些，比如，可以选择4.7欧姆。

再参见图6，图6是本实用新型的实施例信号防雷器用于四线端口的原理图。其中，TX1+和TX1-为一对平衡信号线，TX2+和TX2-为另一对平衡信号线，或者TX1+、TX1-、TX2+、TX2-、是一组对地的非平衡信号线。该实用新型信号防雷器置于四线口前端，设备所需信号首先由信号输入端口61接入该防雷器，通过信号连线TX1+、TX1-和TX2+、TX2-将信号输入端口接入的设备所需信号导入设备，在信号输入端口后的信号连线和地之间连接一个五极放电管63，它的中间管脚接地，其余管脚分别耦合到信号线TX1+、TX1-和TX2+、TX2-，用于泄放因外界雷电施加到信号输入端口61时使信号连线TX1+、TX1-、TX2+、TX2-之间以及各信号连线和地之间产生的过电压能量，在五极放电管63与信号连线TX1+、TX1-、TX2+、TX2-的耦合端与信号输出端口62之间分别串接电阻64、电阻65、电阻66、电阻67，设备所需信号由信号输出端口62引出。

在此电路中，五极放电管63还可以用两个相同型号三极放电管代替，其连接关系参照图7，三极放电管71的三个管脚分别耦合于信号连线TX1+、TX1-和地之间，用于泄放因外界雷电施加到信号输入端口61时使信号连线TX1+、TX1-之间以及信号连线TX1+、TX1-和地之间产生的过电压能量，三极放电管72的三个管脚分别耦合于信号连线TX2+、TX2-和地之间，用于泄放因外界雷电施加到信号输入端口61时使信号连线TX2+、TX2-之间以及信号连线TX2+、TX2-和地之间产生的过电压能量，其工作原理与图6所示电路原理相同，在此不再详细描述。

同样，在图6所示的本实用新型的实施例信号防雷器用于四线端口的原理图中，五极放电管63还可以用四个相同型号的二极放电管代替，其连接关系参照图8，四个二极放电管81、82、83、84分别耦合于信号连线TX1+、TX1-、TX2+、TX2-和地之间，其工作原理与图6所示电路原理相同，在此不再详细描述。

在上面描述的该实用新型的实施例中，由信号输入接口接入的设备所需信号并不拘于一组信号，可以根据系统设备需要进行选择，而且，接入的信号可以为平衡信号、非平衡信号、平衡信号和非平衡信号。与现有技术相比，本实用新型提供了一种低成本，通用性强的实施方案，适用于多种工作电平信号端口，高速率信号端口的防护。

虽然通过实施例描绘了本实用新型，本领域普通技术人员知道，本实用新型有许多变形和变化而不脱离本实用新型的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本实用新型的精神。

Claims (5)

1、一种防雷器，用在需要接收或发送信号的设备的外部信号端口防止雷电对所述设备的损坏，其特征在于，包括：

信号输入端口，用于和其他设备通讯的连接端口；

信号输出端口，用于连接所述设备并和所述设备通讯的端口；

至少一组信号连线，用于将所述信号输入端口连接到所述信号输出端口；

至少一个放电管，分别耦合到靠近所述信号输入端口处的所述至少一组信号连线和地之间，用于泄放因外界雷电施加到所述信号输入端口时使所述信号连线之间以及所述信号连线和地之间产生的过电压能量；

至少一个电阻，将所述至少一组信号连线中的至少一根连线分为两段，其中，所述至少一个电阻的一端连接于所述放电管连接到所述信号输入端口处，另一端通过所述至少一组信号连线连接到所述信号输出端口。

2、如权利要求1所述的防雷器，其特征在于，所述信号输入端口包括：平衡信号输入端口和/或非平衡信号输入端口，用于接入平衡信号和/或非平衡信号到所述设备；

对应地，所述信号输出端口包括：平衡信号输出端口和/或非平衡信号输出端口，用于将所述信号输入端口接入的平衡信号和/或非平衡信号输出给所述设备；

对应地，所述一组信号连线包括：一组平衡信号连线和/或一组非平衡信号连线，用于将所述平衡信号输入端口和/或非平衡信号输入端口连接到所述平衡信号输出端口和/或非平衡信号输出端口。

3、如权利要求1所述的防雷器，其特征在于，所述放电管包括：三极放电管或两个相同的二极放电管；

其中，所述三极放电管的中间管脚接地，两边管脚分别耦合到所述至少一组信号连线；所述两个相同的二极放电管的两极分别耦合于所述至少一组信号连线和地。

4、如权利要求1所述的防雷器，其特征在于，所述放电管还包括：五极放电管，用于四线端口中，其中，所述五极放电管的中间管脚接地，其余四个管脚分别耦合到所述四线端口的四条信号线上。

5、如权利要求4所述的防雷器，其特征在于，所述放电管还包括：两个相同的三极放电管或四个相同的二极放电管，用于四线端口中；其中，所述两个相同的三极放电管分别耦合于两对信号连线和地之间；所述四个相同的二极放电管分别耦合于四条信号连线和地之间。

Images