专利名称：：一种基站用直流电源两级防雷装置的制作方法
技术领域：
：本实用新型属于模拟器件防雷控制装置，特别涉及一种基站用过电压保护装置。
背景技术：
：随着室外通信基站高度集成化、小型化的发展趋势，对避雷器的安装提出新的挑战，各通信设备制造商特别是对直流输入型基站防雷有向电源板上引进的趋势。目前，各防雷区的划分如图l所示，各防雷区的交界处的电磁环境有明显改变，具体如下LPZ0A:本区内各物体可能遭受直接雷击，电磁场没有衰减；LPZ0B:本区内各物体不可能遭受直接雷击，电磁场没有衰减；LPZ1:本区内各物体不可能遭受直接雷击，电磁场有可能衰减；LPZ2:本区内各物体不可能遭受直接雷击，电磁场有进一步的衰减。对各雷区进行划分后，可以根据各雷区的特性为电源端口所处环境来确定防雷等级以及为防雷器安装位置的选址进行参考。具体地，IEC(InternationalElectrotechnicalCommission,国际电工委员会)根据各雷区的特性将防雷级别分为I、II、III级，各防雷分级的具体定义如表1所示。表l为防雷分级概念表<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>[0011]由上表可以看出，IEC对防雷级别的分类是按照冲击电压(1.2/50us)分级的，针对直流输入型电源防雷换算到抗雷击电流能力(8/20us波形)但目前各设备制造商因技术难度及潜在风险在直流电源板上防雷最大仅能做到D级防雷(5KAt8/20iiS)，即仅解决了设备自身的过电压防护问题，而没有将C级防雷引入电源板上。其中，8/20iiS波形是感应雷电流冲击模拟波形，如图2所示，该波形视在波前时间为8iiS，视在半峰值时间为20iiS。对室外型基站防雷均定位C级或C级以上，这就涉及到两级防雷的级联问题，理想状态是当感应雷电流入侵时先让C级防雷器响应，将大部分雷电流泄放，其次再进入D级防雷响应。虽然C级防雷电路前置于D级防雷电路，但实际情况是雷电流先进入重负载端即D级防雷和负载端，这样，往往使防雷保护失效。目前，为了解决该问题通常采用增加退耦的方法。增加退耦的做法是将C级防雷盒置入系统配电箱中或专配外部防雷箱中。其中，如果是外加防雷箱，由于防雷箱距离整机有一定的距离(一般515米)，因此线缆自身的电感而形成的退耦足以解决其级联问题；如果是防雷盒置入系统中，则在防雷盒中或系统预留空间用线缆自绕而成的空心电感来完成退耦。以往研制规范中C级(加强)防雷要求额定雷电流冲击应力大于或等于15KAt8/20us，最大雷电流冲击应力不小于20KAt8/20us，测试结果符合判据性能C。性能判据C(中断)属于通信基站的可靠性要求，判据C内容通信设备功能的暂时丧失是允许的，但通信设备的功能是可自动恢复的，或者能被操作者恢复，或者被正常的后来的运行恢复。(将通信基站的可靠要求分为四级，分别是性能判据A(连续现象)、性能判据B(瞬变现象)、性能判据C(中断现象)、性能判据D(耐受现象)。这四个等级测试条件依次严酷。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种基站用直流电源两级防雷装置，从而在直流电源板上实现C级和D级防雷。为了解决上述问题，本实用新型公开了一种基站用直流电源两级防雷装置，包括安装在直流电源印制线路板(PCB)上的D级防雷单元，还包括安装在所述PCB上的C级防雷单元以及差模形式的退耦电感，其中所述C级防雷单元通过所述退耦电感与所述D级防雷单元相连。[0019]进一步地，上述装置还包括采用负逻辑输入的电源转换模块，该电源转换模块与所述D级防雷单元相连。其中，所述采用负逻辑输入的电源转换模块通过能量保持电路与所述D级防雷单元相连。所述能量保持电路包括二极管D、大容量电解电容C以及差模滤波电感L，其中，大容量电解电容C跨接在所述电源转换模块的输入端，二极管D串接于电源低电位端且位于大容量电解电容C之前，差模滤波电感L串接于电源高电位端且位于大容量电解电容C之后。所述C级防雷单元至少包括第一压敏电阻VR1、第二压敏电阻VR2、放电管FV，其中，VR1的一端与FV1的接口1相连，VR1的另一端与电源BUN相连，VR2的一端与FV1的接口2相连，VR2的另一端与电源PE相连，VR1和FV1的公共端与电源的GND相连，VR2和FV1的公共端与电源PE相连。所述退耦电感采用第一差模电感L1和第二差模电感L2实现，其中，Ll的一端与VR1和FV1的公共端相连，Ll的另一端与D级防雷单元相连，L2的一端与VR1和VR2的公共端相连，L2的另一端与D级防雷单元相连。所述C级防雷单元至少包括若干压敏电阻以及若干放电管FV，其中，电源VCC48VN与电源VCC48VGND之间并联若干压敏电阻，电源VCC48VGND与电源PE之间并联若干FV。所述退耦电感采用第一差模电感L1和第二差模电感L2实现，其中，Ll的一端与电源VCC48VN相连，Ll的另一端与D级防雷单元相连，L2的一端与电源VCC48VGND相连，L2的另一端与D级防雷单元相连。所述退耦电感为磁芯电感，且电感量为3338uH。该装置还包括非功率损耗电路，所述退耦电感与D级防雷单元之间串联所述非功率损耗电路。采用本实用新型技术方案在直流电源板上实现了C级和D级防雷。图1为各雷区划分的示意图；图2为8/20iiS波形示意图；图3为本实用新型原理框图；图4为实施例1的电路示意图；图5为图4所示电路中负载电流，正击雷电流以及反击雷电流流向示意图6为应避免的一种电路示意图图7为实施例2的电路示意图；图8为本发明中仅采用一个退耦电感时电路示意图。具体实施方式由于雷电电磁脉冲包括两个方面雷电流和雷电电磁场，而雷电流是产生直击雷(10/350i！S)的根源，主要用于外部防雷；采用的方法接闪器、引下线、接地装置；雷电电磁场是产生感应雷(8/20PS)的根源，主要用于内部防雷，作用是防雷电感应、防地电位反击、防雷电入侵波和生命危险，通常采用的措施有屏蔽、合理布线、安全距离、等电位连接、过电压保护。本实用新型主要针对上述电压保护的措施提出一种新的方案，主要构思是，当雷击时，两级防雷装置耦合部分雷击电流，保证大部分雷击电流通过PCB(PrintedCircuieBoard,印制线路板)上的前级(C级)防雷单元泄放，再由后级(D级)防雷单元泄放小部分。即在保留原有的D级防雷电路的基础上，增加C级防雷单元，并且确保施加感应雷在输入端时C级防雷单元先动作。其中，为了确保C级防雷单元先动作，可以在C级与D级防雷单元之间以差模形式引入退藕电感，并且该差模电感兼顾电源传导骚扰性功能，如图3所示，其中，引入的退藕电感可以是一个或两个，只是使用两个退耦电感的可靠性更高些。以下结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。实施例1—种基站用直流电源两级防雷装置，属于过电压保护装置，是针对电源端口的防雷电入侵波所采取的措施，主要应用于分区防雷的LPZ1LPZ2区，适应于雷电电磁场产生的感应雷区防护。该装置的具体电路布局如图4所示。压敏电阻VR1、压敏电阻VR2、放电管FV1、Fl和F2构成了C级防雷单元，VR1的一端与F1、F2均相连，VR1另一端与电源地(VCC48VGND)以及FV1的接口2均相连，VR2的一端与F1、F2均相连，VR2的另一端与PE以及FV1的接口1均相连，Fl的另一端与电源(VCC48VN)相连，F2的另一端与退耦电感中的L2相连，VR1和FV1的公共端与退耦电感中的Ll相连。其中，Fl是防雷保护电路，其作用是在VR1、VR2压敏电阻老化后的失效模式(即短路情况)下，有效保护后级负载，Fl的选择应当注意通流容量参数要足够大以满足最大20KA(8/20US)雷电流的冲击；F2是根据工作电压范围及功率而估算的完成负载精细保护所需的保险丝，在其他实施例中，C级防雷单元也可以省略F2。并联的VR3和VR4构成了D级防雷单元，其中，VR4是为了给VR3分担一部分雷电流，且VR4选用与VR3规格相同的防雷器件。在其他实施例中，D级防雷单元中也可以不采用VR4。差模电感L1、L2构成退耦电感，实现C级与D级雷击电流的级间匹配和能量分配，以确保C级雷击电流的泄放先于D级雷击电流的泄放(即确保C级防雷单元先动作)，其中，电感L1的一端与C级防雷单元中的中VR1和FV1的公共端相连，L1的另一端通过滤波器EMC与D级防雷单元中VR3的一端相连，电感L2的一端与C级防雷单元中的F2相连，L2的另一端通过滤波器EMC与D级防雷单元中VR3的一端相连。上述退藕电感可以采用磁芯电感耦合，各电感的电感量优选在3338uH之间，各电感的磁芯的选择尽可能选择磁导率较小的磁芯，一般取值在100200之间，且居里温度较高。虽然L1、L2电感的引入会对电源的EMC指标的传导骚扰行性低频段(主要是1MKZ以下)有影响，但可以通过其他方式来改善，如在不影响安规测试的前提下可适当的加大X电容量或Y电容来抵消其带来的影响。且L1、L2电感的前端不允许加入X电容，这是因为雷电流波是带有一定频率波，因目前市场上现有的器件耐压等级不满足要求；[0049]应避免将退耦电感应于EMC滤波电路后面(如图6所示)，这样很有可能造成EMI中共模滤波电路饱和而不能起到退耦的作用。在其他实施例中，差模电感与D级防雷之间还可以串联其他非功率损耗电路，如共模滤波电路、差模滤波电路等。在电源正常输入时，为了确保当感应雷入侵时电源不间断的正常范围输出，特别是在负极性感应雷入侵(即反击)时，将电源转换模块M1、M2的on/off改为负逻辑输入和增加抗干扰电路，从而可以确保已建立的通信链路不复位。在其他实施例中，也可以仅将直接影响通讯链路中断的关键所在的电源转换模块(本实施例即为M2)的on/off改为负逻辑输入。为避免感应雷的瞬态干扰冲击，保持已建立的通讯链路不复位在两级防雷的后端引入能量保持电路，引入了二极管C1、C2，大容量电解电容D1、D2，差模滤波电感L3、L4，其中，大容量电解电容CI、C2跨接在模块电源输入端，二极管Dl、D2串接于电源低电位端(VCC48VN)且位于大容量电解电容Cl、C2之前，差模滤波电感L3、L4串接于电源高电位端(VCC48VN)且位于大容量电解电容Cl、C2之后；由于二极管Dl、D2具有单向导通性，可有效防止负极性雷击电流将模块Ml、M2输入端大电容(大约1000Uf/100V)因反向接入而放掉电容电能进而导致模块M1、M2输入掉电使输出电压间断(相当一次瞬时停电)；但二极管的引入特别在大电流负载的情况下会使电源效率降低23X，本基站仅对M2模块引入二极管，这是因为M2模块的输出供电是否正常将直接影响通讯链路中断的关键所在，且该路供电电压仅5.7V，满载电流仅7A，故该路二极管的有无对电源效率几乎不受影响；而差模滤波电感L3、L4分别与其对应大容量电解电容Cl、C2形成"倒L型"低通滤波器，可以保持其能量持续(即有抑制电压暂降的功能)，特别是雷电流反击时电源瞬间跌落至模块允许的最低输入电压，使模块间断性无输出引起负载复位继而使已建立通讯链路中断，即有效抑制感应雷瞬态电流的浪涌峰值，进而减小电源模块器件的电流和电压应力；为了抑制电压暂降的功能，虽然也可以将L3、L4更换为电容，将串联电感改为并联电容接于电源输入端，运用电容电压不能跃变的其特性，也可以做到输入电压不低于电源模块的额定输入电压，其电容量越大跌落的越小，但其输入电容量加大是有限的，通过大量的实验所证实在所允许加入电容量仅能做到差模反击最大10KA(8/20US)不复位，且会影响其他指标时，优选电感。在本实施例中，在PCB板上防雷布线时，使用了凯文接法，使其压敏电阻、放电管通路电阻最小且注意了布线宽度和安规绝缘距离。下面介绍上述电路的工作原理当感应雷以正极性差模方式入侵到电源端口VCC时，由于Ll贮能电感的存在，使压敏电阻VR1先于VR3动作(即C级防雷单元先于D级雷单元动作)，这样VR1泄放了大部分(约90%)雷击电流，在VR1导通瞬间部分残压(雷电流)通过L1，使压敏电阻VR3导通流回L2(这时雷电流与所加电压电流同向)，这个瞬时的同向电流相加，因所加负载转化成瞬时电压，相当于后级负载M1、M2所加电压瞬时的增大，因90X的雷击电流已泄放，故这个瞬时电压不足以超出两模块M1、M2输入的正常电压，使其仍能正常工作，即正常供电范围内保证系统不间断(即不复位)工作；同样，当感应雷以负极性差模方式入侵到电源端口VCC时，因L2存在使VR1先于VR3动作；使部分残压通过L2进入VR3流回Ll(这次雷电流与所加电源电流相反)，这次因雷电流的负极性使外加正常供电电压与雷击瞬时电压相减有瞬间电压降低趋势；虽有L3、L4的存在使其电流不能跃变，但这个反向电流的存在将大电容C1、C2所存的电能给泄放掉；等同于M1、M2模块端口输入电压极性加反，即模块输入端口出现瞬间断电而导致输出电压瞬间间断，使后级负载(射频板)供电瞬间断电而导致复位，造成已建立的通讯链路中断。由于D1串入模块M1电源端口有单向导通性(见图4且大电容C1并联在D1的后端)，阻止了反向雷击电流泄放大电容的电能，而此瞬间大电容的电能足以维持给后级瞬间供电(因电容电压不能跃变，只要电容容量足够大可保证瞬间放电缓慢)，而使保证模块Ml、M2输入不间断的供电，即模块M1、M2输出不断电；同样保护了后级负载M1、M2可持续供电，又因为模块关断功能采用负逻辑从而保证模块正常工作；当感应雷以正极性共模方式入侵到电源端口VCC时，由放电管FV1对PE完成C级雷电流泄放，此时Ll仍然起退耦作用；当感应雷以负极性共模方式入侵到电源端口VCC时，由VR2对PE完成C级雷电流泄放，L2仍然起退耦作用。实施例2考虑到器件封装限制而影响安装工艺的问题，本实施例将上述实施例1中C级防雷所使用的器件做了变更，如图7所示，在VCC48VGND以及VCC48N之间采用多个阻值大小相同的小封装压敏进行并联分流，在VCC48VGND以及PE之间采用一个FV或者多个并联的FV。当然还有一些实施例中，C级防雷单元和D级防雷单元之间也可以只采用一个退耦电感，如图8所示，其同样可以确保施加感应雷在输入端时C级防雷单元先动作。从上述实施例可以看出，本发明技术方案在直流电源板上实现了C级和D级两级防雷，使已建立通讯链路不复位，即在相同的测试条件下(15KA@8/20us)可靠性要求从原来的性能判据C提高到性能判据B(仅有瞬态干扰，已建立的通讯链路不会中断)，从而使通讯基站的可靠性大幅提高。当然，本实用新型还可有多种实施方式，在不背离本实用新型精神及其实质的情况，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的更改或变化，但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，均应包含在本实用新型所附的权利要求的保护范围之内。权利要求一种基站用直流电源两级防雷装置，包括安装在直流电源印制线路板(PCB)上的D级防雷单元，其特征在于，该装置还包括安装在所述PCB上的C级防雷单元以及差模形式的退耦电感，其中所述C级防雷单元通过所述退耦电感与所述D级防雷单元相连。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括采用负逻辑输入的电源转换模块，该电源转换模块与所述D级防雷单元相连。3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述采用负逻辑输入的电源转换模块通过能量保持电路与所述D级防雷单元相连。4.如权利要求1至3任一项所述的装置，其特征在于，所述C级防雷单元至少包括第一压敏电阻VR1、第二压敏电阻VR2、放电管FV，其中，VR1的一端与FV1的接口1相连，VR1的另一端与电源BUN相连，VR2的一端与FV1的接口2相连，VR2的另一端与电源PE相连，VR1和FV1的公共端与电源的GND相连，VR2和FV1的公共端与电源PE相连。5.如权利要求1至3任一项所述的装置，其特征在于，所述退耦电感采用第一差模电感Ll和第二差模电感L2实现，其中，Ll的一端与VR1和FV1的公共端相连，Ll的另一端与D级防雷单元相连，L2的一端与VR1和VR2的公共端相连，L2的另一端与D级防雷单元相连。6.如权利要求1至3任一项所述的装置，其特征在于，所述C级防雷单元至少包括若干压敏电阻以及若干放电管FV，其中，电源VCC48VN与电源VCC48VGND之间并联若干压敏电阻，电源VCC48VGND与电源PE之间并联若干FV。7.如权利要求1至3任一项所述的装置，其特征在于，所述退耦电感采用第一差模电感L1和第二差模电感L2实现，其中，Ll的一端与电源VCC48VN相连，Ll的另一端与D级防雷单元相连，L2的一端与电源VCC48VGND相连，L2的另一端与D级防雷单元相连。8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述退耦电感为磁芯电感，且电感量为3338uH。9.如权利要求1至3任一项所述的装置，其特征在于，该装置还包括非功率损耗电路，所述退耦电感与D级防雷单元之间串联所述非功率损耗电路。10.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述能量保持电路包括二极管D、大容量电解电容C以及差模滤波电感L，其中，大容量电解电容C跨接在所述电源转换模块的输入端，二极管D串接于电源低电位端且位于大容量电解电容C之前，差模滤波电感L串接于电源高电位端且位于大容量电解电容C之后。专利摘要本实用新型涉及一种基站用过电压保护装置，属于模拟器件防雷控制装置。本实用新型公开的装置包括安装在PCB上的D级防雷单元，还包括安装在所述PCB上的C级防雷单元以及差模形式的退耦电感，其中所述C级防雷单元通过所述退耦电感与所述D级防雷单元相连。采用本实用新型技术方案在直流电源板上实现了C级和D级防雷。文档编号H02H9/04GK201509073SQ20092017015公开日2010年6月16日申请日期2009年8月18日优先权日2009年8月18日发明者党晓社,冷迪,钟名华申请人:中兴通讯股份有限公司