一种用于交流电源的强电磁脉冲综合防护装置的制作方法

本实用新型涉及一种电磁脉冲防护装置，具体地说是一种用于交流电源的强电磁脉冲综合防护装置，属于电磁脉冲防护装置领域。

背景技术：

在交流电源强电磁脉冲防护领域，国内外相关企业都做了一定的研究，也有部分防护产品问世。多数的产品只能针对单一脉冲进行防护，比如雷电磁脉冲、核电磁脉冲或emi，能够进行综合防护的产品，其性能也不够理想，实测值与标称值相去甚远，不能满足实际使用需求。现有技术条件下，客户在实际使用过程中，往往必须同时采购多个生产厂商的多个防护器件才能起到全面的防护效果。首先是采购成本的增加，采购周期也变得更长，还增加了管理维护的成本，同时，几乎所有客户（尤其是机载设备制造商）对于防护产品的重量和体积都有严格的要求，而且多种设备级联可能导致匹配失衡，还增加了系统失效的风险，降低了设备的可靠性。不仅如此，市面上现有产品结构设计不合理，给使用和安装带来不便，电气端口混杂不规范，还有电路设计缺陷，测试过程中出现火花、炸裂等情况。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型设计了一种用于交流电源的强电磁脉冲综合防护装置，将各种电磁脉冲防护功能集成在一个防护器件里，利于安装维护，极大的降低了采购和使用成本，同时，大大缩减了体积和重量，给使用带来方便。

本实用新型的技术方案为：

一种用于交流电源的强电磁脉冲综合防护装置，包括外壳，所述外壳的腔体四周设有第一台阶，所述第一台阶的高度为盖板厚度，所述盖板装配在所述第一台阶上，上表面与外壳齐平；

所述外壳的端部设有输入连接器，所述输入连接器的四个安装孔通过螺钉固定在所述外壳上，所述外壳的底部设有带尾夹的金属线缆固定器。

对于强电磁脉冲的防护，从屏蔽、接地和滤波三个方面进行分层分解。

首先是屏蔽，将所有电路整体封装进一个外壳腔体里面，外壳腔体的四周设计了一个第一台阶，高度为盖板厚度；装配时，将盖板放置在该台阶上，上表面与外壳齐平，美观不伤手；盖板合上后，在缝隙处形成两个90°的夹角，可以最大程度屏蔽电磁干扰进入腔体内部；输入连接器的四个安装孔，全部使用带平垫弹垫的螺钉穿过后固定，不留孔隙；底部输出端使用带尾夹的金属线缆固定器固定，通过以上措施，最大限度的减少腔体表面不连续的面积，保证较强屏蔽效能。

其次，为了提高接地性能，外壳材料采用铝合金2a12-t4，其成分合理，综合性能强，不仅数控加工精度高，耐受冷热性好、强度也有保障，还非常适合后期表面处理。电镀镍后导电性良好，外表面接地电阻极低，腔体内部同时设置了多个就近接地点，可以快速泄放瞬间大电流。

所述外壳的棱边都进行了倒钝处理，产品圆润大气，注重安全防护。所述外壳的中间设有隔板，既能起到高低压隔离分区的作用，还能对盖板起到支撑和固定作用，同时还作为加强筋连接两侧，能更好地应对震动冲击加速度等强应力。

所述外壳的内部下方设有8个第二台阶，用于固定两块印制板，同时提供了就近接地点，方便能量快速泄放。台阶升起的高度可防止元器件、飞线、焊点等接触底板，避免发生磨损、破坏甚至短路等意外情况。

所述隔板的中间打孔，便于穿心电容安装，最大程度降低耦合电感和接触电阻，高效滤除高频干扰。

在滤波方面，采用了高压区/低压区隔离、大电流/小电流隔离、瞬态/稳态相结合的方式进行多层级防护。在腔体的设计过程中，加入了隔板，所述隔板的左侧输入端腔体为高压区，右侧输出端腔体为低压区，进行了物理上的隔离。在电路的设计中，左侧输入端腔体选用能耐受高电压、泄放大电流的压敏电阻mov和气体放电管gdt，右侧输出端腔体选用半导体放电管tss进行精准钳位，保护用电设备。同时设计了稳态emi电磁干扰滤波电路，电感和电容有机结合，分别通过电流滤波和电压滤波的方式，对外部干扰和用电设备发出的干扰进行滤除。瞬态防护电路和稳态防护电路的设计，都考虑到了差模和共模两种干扰类型，对线间和线地的电磁脉冲都设计了通路进行吸收、抑制和泄放。

所述外壳内设有电路，所述电路第一级为压敏电阻和气体放电管的组合，包括一个线间压敏电阻和一对线地压敏电阻及一个三端气体放电管，为了不影响电路正常工作，压敏电压要大于2倍线间电压，即440vac。因此选用最接近的470v压敏电压的器件，通流量选择40ka。压敏电阻和气体放电管串联后接地，一是可以提高耐受电压，防止器件被击穿，二是压敏电阻可以在高压浪涌消失后遮断气体放电管续流，三是气体放电管能去除压敏电阻的漏电流。接着是一组安规电容，同样包括线间和线地两种，分别选用x1和y1等级，可以滤除高频干扰，然后是一个共模电感，通过阻碍电流变化抑制高压浪涌，同时将波形滞后，可以保障压敏电阻和气体放电管先于tss动作，泄放大部分能量后再传递到后一级。

接着使用一组x电容加y电容，将电路过渡到低压区，y电容选择穿心电容，方便固定。低压区为两种共模电感和一组x电容加y电容组成的滤波电路，进一步滞后波形，同时滤除稳态干扰。线间电阻r可以保障在电路断开时，第一时间泄放存储在电容中的能量，保证人身安全。再后一级是一组tss，可以精准钳位电压，同时泄放电路中剩余的部分能量。

最后通过导热绝缘胶进行整体灌封，一是增强产品的散热能力，二是加强元器件、飞线间的绝缘性能，三是对印制板、元器件进行加固，增强耐受震动冲击等环境应力的能力。

结构设计，兼顾了性价比、加工精度、高低温耐受性等方面，同时对震动冲击等力学应力有很好的耐受性。体积小、重量轻，美观实用；利用高低压分区，分层分级分解，瞬态/稳态结合等技术，可以有效的对强电磁脉冲进行防护，保护后级设备安全。

电路拓扑图中，首先将mov1并联到电路中，然后将mov2和mov3同时接到气体放电管上，气体放电管的另外一端接地，利用压敏电阻的钳位原理和气体放电管的开关特性，对浪涌进行第一级衰减，可以泄放大量浪涌电流；接下来的cx1、cy1、cy2同理，作为一个组合，同时滤除差模和共模干扰；然后将电感l1串联到电路中作为去耦电路，cx2和cx3并联到电路中，两个穿心电容和cy3和cy4对地连接，利用“通交隔直”原理，滤除高频共模干扰，最后并联tss1，在讲tss2、tss3对地连接，利用tss的开关特性，作为第二季防护电路，进一步消弱电压浪涌，末端串联的电感l3用于改变线路输出阻抗，利用阻抗失配原理，最大化防护效果。

本实用新型的有益效果为：

1、人身安全。结构设计合理，充分考虑人体工程学，在安装使用过程中不伤手。电路设计安全至上，设计了多重泄放和保护措施，不会因为误操作发生炸裂、触电等情况。

2、性能优异。充分研究了核电磁脉冲、雷电磁脉冲、静电放电、高功率微波等电磁干扰的特点，形成了这样一套综合防护设计方案，有效滤除多种干扰。

3、可靠性高。体积小、重量轻，通过了gjb150a的多项实验，质量有保障。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型实施例一种用于交流电源的强电磁脉冲综合防护装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例的内部元器件图；

图3为本实用新型实施例的成品示意图；

图4为本实用新型实施例的电路拓扑图。

具体实施方式

以下对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

如图1-4所示，一种用于交流电源的强电磁脉冲综合防护装置，包括外壳1，所述外壳1的腔体四周设有第一台阶2，所述第一台阶2的高度为盖板3厚度，所述盖板3装配在所述第一台阶2上，上表面与外壳1齐平；

所述外壳1的端部设有输入连接器4，所述输入连接器4的四个安装孔通过螺钉5固定在所述外壳1上，所述外壳1的底部设有带尾夹的金属线缆固定器6。

对于强电磁脉冲的防护，从屏蔽、接地和滤波三个方面进行分层分解。

首先是屏蔽，将所有电路整体封装进一个外壳腔体1里面，外壳腔体的四周设计了一个第一台阶2，高度为盖板3厚度；装配时，将盖板放置在该台阶上，上表面与外壳齐平，美观不伤手；盖板合上后，在缝隙处形成两个90°的夹角，可以最大程度屏蔽电磁干扰进入腔体内部；输入连接器4的四个安装孔，全部使用带平垫弹垫的螺钉5穿过后固定，不留孔隙；底部输出端使用带尾夹的金属线缆固定器6固定，通过以上措施，最大限度的减少腔体表面不连续的面积，保证较强屏蔽效能。

其次，为了提高接地性能，外壳1材料采用铝合金2a12-t4，其成分合理，综合性能强，不仅数控加工精度高，耐受冷热性好、强度也有保障，还非常适合后期表面处理。电镀镍后导电性良好，外表面接地电阻极低，腔体内部同时设置了多个就近接地点，可以快速泄放瞬间大电流。

所述外壳的棱边7都进行了倒钝处理，产品圆润大气，注重安全防护。所述外壳的中间设有隔板8，既能起到高低压隔离分区的作用，还能对盖板起到支撑和固定作用，同时还作为加强筋连接两侧，能更好地应对震动冲击加速度等强应力。

所述外壳的内部下方设有8个第二台阶9，用于固定两块印制板10，同时提供了就近接地点，方便能量快速泄放。台阶升起的高度可防止元器件、飞线、焊点等接触底板，避免发生磨损、破坏甚至短路等意外情况。所述隔板8的中间打孔11，便于穿心电容安装，最大程度降低耦合电感和接触电阻，高效滤除高频干扰。

在滤波方面，采用了高压区/低压区隔离、大电流/小电流隔离、瞬态/稳态相结合的方式进行多层级防护。在腔体的设计过程中，加入了隔板8，所述隔板8的左侧输入端腔体12为高压区，右侧输出端腔体13为低压区，进行了物理上的隔离。在电路的设计中，左侧输入端腔体12选用能耐受高电压、泄放大电流的压敏电阻（mov）和气体放电管（gdt），右侧输出端腔体选用tss（半导体放电管）进行精准钳位，保护用电设备。同时设计了稳态emi（电磁干扰）滤波电路，电感和电容有机结合，分别通过电流滤波和电压滤波的方式，对外部干扰和用电设备发出的干扰进行滤除。瞬态防护电路和稳态防护电路的设计，都考虑到了差模和共模两种干扰类型，对线间和线地的电磁脉冲都设计了通路进行吸收、抑制和泄放。

所述外壳内设有电路，所述电路第一级为压敏电阻14和气体放电管19的组合，包括一个线间压敏电阻和一对线地压敏电阻及一个三端气体放电管，为了不影响电路正常工作，压敏电压要大于2倍线间电压（220vac），即440vac。因此选用最接近的470v压敏电压的器件，通流量选择40ka。压敏电阻和气体放电管串联后接地，一是可以提高耐受电压，防止器件被击穿，二是压敏电阻可以在高压浪涌消失后遮断气体放电管续流，三是气体放电管能去除压敏电阻的漏电流。接着是一组安规电容，同样包括线间15和线地16两种，分别选用x1和y1等级，可以滤除高频干扰，然后是一个共模电感17，通过阻碍电流变化抑制高压浪涌，同时将波形滞后，可以保障压敏电阻和气体放电管先于tss动作，泄放大部分能量后再传递到后一级。

接着使用一组x电容18加y电容24，将电路过渡到低压区，y电容选择穿心电容，方便固定。低压区为两种共模电感21、23和一组x电容22加y电容20组成的滤波电路，进一步滞后波形，同时滤除稳态干扰。线间电阻r（印制板背面）可以保障在电路断开时，第一时间泄放存储在电容中的能量，保证人身安全。再后一级是一组tss（印制板背面），可以精准钳位电压，同时泄放电路中剩余的部分能量。

最后通过导热绝缘胶进行整体灌封，一是增强产品的散热能力，二是加强元器件、飞线间的绝缘性能，三是对印制板、元器件进行加固，增强耐受震动冲击等环境应力的能力。

结构设计，兼顾了性价比、加工精度、高低温耐受性等方面，同时对震动冲击等力学应力有很好的耐受性。体积小、重量轻，美观实用；利用高低压分区，分层分级分解，瞬态/稳态结合等技术，可以有效的对强电磁脉冲进行防护，保护后级设备安全。

如图4所示电路拓扑图，按图示电路，首先将mov1并联到电路中，然后将mov2和mov3同时接到气体放电管上，气体放电管的另外一端接地，利用压敏电阻的钳位原理和气体放电管的开关特性，对浪涌进行第一级衰减，可以泄放大量浪涌电流；接下来的cx1、cy1、cy2同理，作为一个组合，同时滤除差模和共模干扰；然后将电感l1串联到电路中作为去耦电路，cx2和cx3并联到电路中，两个穿心电容和cy3和cy4对地连接，利用“通交隔直”原理，滤除高频共模干扰，最后并联tss1，在讲tss2、tss3对地连接，利用tss的开关特性，作为第二季防护电路，进一步消弱电压浪涌，末端串联的电感l3用于改变线路输出阻抗，利用阻抗失配原理，最大化防护效果。