一种用于220v电源线的纳秒级电磁脉冲防护器的制造方法

文档序号:10119512阅读:861来源:国知局
一种用于220v电源线的纳秒级电磁脉冲防护器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电子技术领域,尤其涉及一种用于220V电源线的纳秒级电磁脉冲防护器。
【背景技术】
[0002]有许多学者与研究机构对用于220V电源线的暂态过电压防护进行了大量的研究,但针对纳秒级电磁脉冲的防护研究较少。如聂玉安等在《电气应用》上发表的《电压配电线路加装浪涌保护器设计要点分析》以及北京交通大学卞华永2008年硕士论文《低压交流电源线路的雷电电涌防护研究》等文章中均指出了电源线浪涌过电压的危害,并提出了防护方法。但设计装置主要是针对μ s级的雷电防护,参考的是雷电防护规范和设计要求,并不能针对快上升前沿的纳秒级电磁脉冲进行有效防护。中国兵器工业集团公司研制的核电磁脉冲、雷电电磁脉冲防护模块使用了 sro器件及滤波电路,但整个防护模块的插入损耗较大,同时器件引线电感等因素的影响造成防护器件实际响应速度达不到ns级。
[0003]从上述研究成果可以看出,目前用于220V电源线的防护器大多是针对微秒量级的雷电电磁脉冲,通常无法满足ns级电磁脉冲防护的要求;现有电磁脉冲防护模块虽然选用了快速响应元件,但是防护效果并不理想,有待进一步改进。
【实用新型内容】
[0004]针对上述技术问题,本实用新型涉及一种用于220V电源线的纳秒级电磁脉冲防护器,其创新之处是针对220V电源线的电磁脉冲浪涌威胁,设计中采用了多级防护电路,包括二级保护元件和中间的去耦元件,主要的作用是将电磁脉冲耦合在线上的能量在到达用电设备之前快速泄放,吸收浪涌能量,起到对后端设备的保护作用,同时保证不影响设备的正常工作。
[0005]本实用新型提供了一种用于220V电源线的纳秒级电磁脉冲防护器,包括:压敏电阻,连接在受保护设备两端;电压抑制器,和所述压敏电阻并联,一并连接在所述受保护设备两端;所述电压抑制器具有的通流量为6kA ;所述电压抑制器导通后会将所述受保护设备两端的电压保持在预设范围内;去耦电感,连接在所述压敏电阻和所述电压抑制器之间,所述去耦电感具体是微亨级电感;所述电压抑制器对纳秒级电磁脉冲进行响应时,所述去耦电感将所述压敏电阻两端作用电压抬高,使所述压敏电阻在脉冲持续时间内也进行响应,从而泄放大部分电磁脉冲能量,以降低电磁脉冲来波陡度,吸收浪涌能量。
[0006]优选的,所述去耦电感具体是5 μΗ的空芯电感。
[0007]通过本实用新型的一个或者多个技术方案,本实用新型具有以下有益效果或者优占.
[0008]本实用新型提供了一种用于220V电源线的纳秒级电磁脉冲防护器,采用两级防护电路,一级使用动作电压高、通流能力强的暂态器件压敏电阻,二级使用动作电压低、响应速度快且钳位精确的防护器件暂态电压抑制器,利用去耦电感调节两级间的时间配合和能量配合,能够使得整个防护模块既可以达到纳秒级的响应速度又可以充分泄放电磁脉冲耦合到电源线中的浪涌能量,同时对被保护对象的正常工作没有影响。
【附图说明】
[0009]图1为本实用新型实施例提供的防护器的主要电路结构原理图;
[0010]图2为本实用新型实施例提供的测试原理图;
[0011]图3为本实用新型实施例提供的测试结果图。
[0012]附图标记说明:方波脉冲发生器1,功率分配器2,防护器3,衰减器4,示波器5。
【具体实施方式】
[0013]为了使本实用新型所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本实用新型,下面结合附图,通过具体实施例对本实用新型技术方案作详细描述。
[0014]本实用新型涉及的防护器采用二级防护电路设计,高-低配合方式,一级使用动作电压高、通流能力强的暂态器件压敏电阻,二级使用动作电压低、响应速度快且钳位精确的防护器件暂态电压抑制器(TVS管),两级间设有去耦电感,利用去耦电感的取值调节一二级间的时间配合和能量配合关系,同时能够起到降低电磁脉冲来波陡度的作用。
[0015]具体配合机理是:第二级TVS管(ps级响应速度)对纳秒级电磁脉冲首先响应,发挥保护作用;而此时级间去耦电感的存在可以将第一级压敏电阻两端作用电压抬高,使其在脉冲持续时间内也快速响应,从而泄放大部分电磁脉冲能量。第二级TVS管导通后也可以发挥精确钳位的优势,保证被保护设备两端的电压在预设范围(即:可承受范围)内。
[0016]本实用新型中的防护器的主要电路结构原理图如图1所示。
[0017]压敏电阻连接在受保护设备两端;电压抑制器,和所述压敏电阻并联,一并连接在所述受保护设备两端;所述电压抑制器具有的通流量为6kA ;去耦电感,连接在所述压敏电阻和所述电压抑制器之间,所述去耦电感具体是微亨级电感。
[0018]具体来说,220V电源线电磁脉冲防护器是基于二级保护思路设计的防护电路,二级暂态电压抑制器的选型由电源线的正常工作电压确定,一级采用响应速度快、通流量大的暂态元件压敏电阻,两级之间的去耦电感值由仿真与计算结果得出,并经过了实际的试验测试验证。
[0019]本设计中,一级选用容量较大的压敏电阻M0V,型号为681KD32,二级采用TVS,其寄生电容在50pF以下,减小了对电源线后端设备的影响,TVS型号为HFB380L,该型号的TVS具有最高6kA的通流量。
[0020]而对于级间去耦元件,通常选择电感或电阻。电感去耦对高频脉冲有较好的效果,电阻去耦尽管不会引起色散,但电源线中时时流过电流,使用电阻会造成较大的能量损失,因此本防护器选用了电感作为去耦元件。去耦电感连到两级防护元件之间,起到抬高第一级元件作用电压,使其尽快响应的目的。为此,可进行以下估算:
[0021]其中Ua为加在第一级压敏电阻上的作用电压,Ub为第二级TVS管两端电压,di/dt为浪涌电流响应速度,L为选取电感值。在计算基础上利用SPICE仿真分析,通过选取不同的电感值,观察一二级流过电流进行对比,可以发现在此电路中选用微亨级电感效果较好,基本满足一二级泄流比为9:1的设计要求。经进一步试验检测,确定选用5 μΗ的空芯电感作为去耦电感。
[0022]进一步的,在实际应用中,研制的220V电源线系统电磁脉冲防护器采用两级防护电路设计,利用去耦电感调节两级间的时间配合和能量配合,然后还可以利用PCB板连接,减少引线电感,使得整个防护模块既可以达到纳秒级的响应速度又可以充分泄放电磁脉冲耦合到电源线中的浪涌能量,同时对被保护对象的正常工作没有影响。
[0023]而在对本防护器进行检验时:
[0024]将所研制的电磁脉冲防护器置于依据IEC标准设计的电磁脉冲防护效果测试系统平台中,分别在不加防护器和加入防护器的两路通道中测试纳秒脉冲响应,并利用示波器将波形信号存储下来以利于分析。
[0025]具体来说,测试原理图如图2所示。利用方波脉冲发生器1产生纳秒级快前沿的方波信号,利用功率分配器2将其分成相同的两路信号,分别接在不加防护其和加入防护器3的两路通道中,将直接输出的方波源电压信号和通过防护器的电压信号通过衰减器4的作用后同时输入到示波器5中。
[0026]其中源波形表示脉冲发生器输出电压的归一化波形;防护器输出表示测量得到的归一化波形,上升时间小于2ns,测量脉宽为50ns的方波信号在纳秒时间内有效地降低了波前陡度,并且幅值由数千伏降低到三百伏左右,能量大大降低。
[0027]通过本实用新型的一个或者多个技术方案,本实用新型具有以下有益效果或者优占.
[0028]本实用新型提供了一种用于220V电源线的纳秒级电磁脉冲防护器,采用两级防护电路,一级使用动作电压高、通流能力强的暂态器件压敏电阻,二级使用动作电压低、响应速度快且钳位精确的防护器件暂态电压抑制器,利用去耦电感调节两级间的时间配合和能量配合,能够使得整个防护模块既可以达到纳秒级的响应速度又可以充分泄放电磁脉冲耦合到电源线中的浪涌能量,同时对被保护对象的正常工作没有影响。
[0029]尽管已描述了本实用新型的优选实施例,但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。
[0030]显然,本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样,倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内,则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种用于220V电源线的纳秒级电磁脉冲防护器,其特征在于,包括: 压敏电阻,连接在受保护设备两端; 电压抑制器,和所述压敏电阻并联,一并连接在所述受保护设备两端;所述电压抑制器具有的通流量为6kA ;所述电压抑制器导通后会将所述受保护设备两端的电压保持在预设范围内; 去耦电感,连接在所述压敏电阻和所述电压抑制器之间,所述去耦电感具体是微亨级电感; 所述电压抑制器对纳秒级电磁脉冲进行响应时,所述去耦电感将所述压敏电阻两端作用电压抬高,使所述压敏电阻在脉冲持续时间内也进行响应,从而泄放大部分电磁脉冲能量,以降低电磁脉冲来波陡度,吸收浪涌能量。2.如权利要求1所述的防护器,其特征在于,所述去耦电感具体是5μΗ的空芯电感。
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于220V电源线的纳秒级电磁脉冲防护器,采用两级防护电路,一级使用动作电压高、通流能力强的器件-压敏电阻,二级使用动作电压低、响应速度快且钳位精确的防护器件-电压抑制器,利用去耦电感调节两级间的时间配合和能量配合,能够使得整个防护模块既可以达到纳秒级的响应速度又可以充分泄放电磁脉冲耦合到电源线中的浪涌能量,同时对被保护对象的正常工作没有影响。
【IPC分类】H02H9/04
【公开号】CN205029336
【申请号】CN201520549329
【发明人】黄忠胜, 祁国成, 谢彦召, 谢萍, 杨明, 吕峰
【申请人】中国石油天然气股份有限公司
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2015年7月27日
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