专利名称：一种防雷电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子、通讯领域的防雷技术，尤其涉及一种防雷电路。
背景技术：
随着电子、通讯技术的发展，通讯设备地位、重要性的提高以及用户日益增长的需求，一方面电子、通讯芯片的集成度越来越高，电路设计的密度越来越大，同时另一方面也要求设备的运行的适应性和可靠性更强，这两方面是互为矛盾的。电子、通讯产品的集成度越高，电路密度越大，芯片、电路或者设备的抗干扰能力就变的越脆弱，稳定性、可靠性越差；而同时由于通讯设备重要性和地位的提高以及用户的更为严格的需求要求设备必须稳定可靠运行；这两个方面的矛盾决定了防护技术在电子、通讯行业的重要性和发展迫切性。
对于通讯设备的电源端口或者信号端口需要实现较强量级的防雷能力(即防雷电路需要承受更大量级的冲击电流)，以适应设备安装在恶劣的电磁环境中(例如户外型基站安装在多雷区的山顶户外环境，电源线架空进入设备)。目前，通常采用多个防雷元器件并联安装使用的防雷电路，通过各个元件分流以实现增强防雷能力。
图1所示为普遍采用的多防雷元件并联安装的防雷电路，防雷元件包含压敏电阻、放电管、TVS管、TSS管等。这些防雷器件在正常情况下保持高阻状态，不影响电路工作，当外界有过电压、过电流干扰进入电源模块或者电路时，防雷元件迅速动作而处于低阻导通状态或者短路状态泻放过电流，并嵌位电压到后级电源或电路可以承受的范围，从而有效的保护后级电源或电路。
对于该防雷电路，目前业界广泛使用的方法是选取同一厂家、同一型号、同一批次的防雷元器件，通过逐个筛选的方法，选取电气性能参数较为一致的多个元器件进行并联实现防雷电路，当外界过电流，过电压从通讯端口涌入设备时候，防雷电路动作，电流从多个并联支路泻放，由于器件参数选型一致，所以各个并联防雷支路分流比例接近1∶1∶......1，达到符合分担的效果，从而实现高量级的防雷电路设计。
例如要实现承受8/20us的40kA的冲击电流的防雷能力，可以选择4个或6个单片可以承受10kA的8/20us冲击电流能力的防雷元件并联组成(选6个防雷元件是保证裕量)。其波形图如图3所示，其中，8us是视在波头间tf，即冲击电流波峰值的10％到90％间的时间间隔的1.25倍。20us是视在半峰值时间tt，即从雷电波冲击电流视在原点01(视在原点01雷电波冲击电流峰值10％和90％两点画一直线与时间坐标轴的相交点)到电流降到半峰值时刻之间的时间间隔。
现有技术存在如下缺点1、通过进行来料控制并且逐个筛选的方法，选取性能参数较为一致的防雷元件进行防雷电路设计安装，不仅工作量大，而且非常不适合大批量的生产。
2、由于防雷元器件涉及到电气参数较多，实际中并联安装的元器件，只有在各种条件下的伏安特性完全一致的情况下，分流比例才可能是1∶1∶......1；而业界通用的进行器件筛选的方法仅仅是导通电压一个参数的单点对比或者多个电气参数多点对比，而不是整个伏安特性曲线的线对比筛选。所以这样只能保证在某种情况下各个并联器件的分流比例为1∶1∶......1，而不能保证防雷电路应用中所有的情况分流比例为1∶1∶......1。
例如如图2所示，对于导通电压相同的两个防雷元件A、B，假设他们并联形成一个防雷电路(参考图1，假设图1仅仅有两个防雷元件A、B支路并联)；对于该防雷电路，虽然A/B的导通电压参数一致，但是当雷击电流涌入时，A、B器件两端的电压为Vh，实际A流过的电流比B流过的电流高出很多，而不是预期设计的1∶1的分担比例，如果A的实际分担的通过的电流接近甚至超过A自身耐受能力，这样A就更容易损坏。如果理论设计是按照1∶1的分流进行设计A、B器件的通流能力的话，A将很容易损坏。
3即使两个伏安特性曲线一致的器件，在并联安装设计防雷电路后，由于工艺或者其他方面的原因，在设备运行一段时候后，或者防雷电路承受一定次数的雷击过电流后，也可能导致器件伏安特性曲线不一致，导致器件参数分散性。
实用新型内容本实用新型提供一种防雷电路，以解决现有技术中需要筛选防雷元件而存在难以保证防雷元件在应用中能够分流均匀和筛选工作量大的问题。
为解决上述问题，本实用新型提供以下技术方案一种防雷电路，包括两个或两个以上相互并联的防雷支路，各防雷支路中连接有相同的防雷元件；其特征在于，各防雷支路中还包括型号相同并与所述防雷元件串联的线性阻抗元件，所述线性阻抗元件使过电流均匀分布到各防雷支路的防雷元件上。
其中通过防雷支路的两端与后级被保护电路连接，或通过其中一个防雷支路的防雷元件两端连接到后级被保护电路。
所述防雷支路中还包括与线性阻抗元件串联的保险、空气开关或其他功能相似的器件。
所述阻抗元件为电阻、电感、作为电感的导线或作为电感的PCB布线，或者为这几种的组合。
本实用新型具有以下有益效果1、本实用新型通过筛选线性阻抗元件，以及选择同型号、同批次的防雷元件形成串联的防雷支路，从而减去了通过检测非线性保护器件的特性参数或者伏安特性曲线来筛选保护器件的巨大工作量，适合批量设计生产工作。
2、由于找到伏安特性曲线完全一致的防雷元件比较困难，所以采用本实用新型可以保证防雷元件来料的充足性。
3、由于串联的相同阻抗的线性阻抗元件起到了防止分流不均的作用，所以对于型号一致、性能相近的防雷元件形成的防雷支路，即使由于工艺等原因出现了长期运行后性能的小差异，阻抗元件仍然可以起到协调分流的效果，能够防止因出现电流集中向一个阻抗更低元件涌入而造成该器件损坏，从而导致设备短路或者后级设备失去保护的现象。
图1为现有技术中多防雷元件并联安装的防雷电路图。
图2为两个嵌位型防雷保护器件伏安特性曲线比较示意图。
图3为现有技术中8/20us冲击电流波形图。
图4为本实用新型方案一的电路结构图。
图5为本实用新型方案二的电路结构图。
具体实施方式
参阅图2，考虑到在多防雷支路并联连接的防雷电路中，各个防雷元件两端的电压是一样的，而且防雷元件均是非线性器件；当保护元件在正常工作电压或者信号电平下(图2中的OP阶段)处于高阻截止状态，此时即使器件的参数有差异，也不会带来影响(此时状态斜率很低，是电压变化很大，电流变化很小)。当保护元件在过电压导通阶段(图2中的PA或者PB阶段)时，曲线处于斜率很大状态，即使很小的电压差异也会导致很大的电流变化。因此对于器件A/B来说，在过电压导通状态下，很小的伏安特性差异就会导致在相同的电压下电流的分配差别很大。
针对上述特性，本实用新型在多防雷支路并联连接的防雷电路中增加线性阻抗元件保证过电流均匀分布到各防雷元件上。
参阅图4，防雷电路包括多个并联的防雷支路，防雷支路包括相互串联的线性阻抗元件和防雷元件。各线性阻抗元件的型号相同(其批次相同为最佳)，各防雷元件的型号相同(其批次相同为最佳)。通过相互并联的防雷支路的两端与后级被保护电路连接。
线性阻抗元件可以是电阻、电感、作为电感的导线或作为电感的PCB布线，或者是他们的组合形式。
参阅图5所示，各防雷支路与图4相同，其区别在于通过其中一个防雷支路的防雷元件两端连接到后级被保护电路，即到后级被保护电路的信号从多个防雷支路中任意一个支路取出。
上述防雷支路中还可以增加与线性阻抗元件串联的保险、空气开关或其他功能相似的器件。
下面结合图2，对比图1和图4和图5，说明图4、5中线性阻抗元件所起的均流作用假设现有技术有是A、B器件直接并联形成的防雷电路(即假设图1所示的防雷电路只由两个防雷元件A、B分别构成防雷支路并直接并联)，而本实用新型方案是A、B器件串连线性阻抗元件后再并联的形成的防雷电路(即假设图4、图5所示防雷电路是由防雷器件A、B和线性阻抗元件串连后的两个防雷支路形成的并联防雷电路)。
设防雷电路两个支路的线性元件的阻抗都是为Zo；图1中A支路的电流为Ia，B支路的电流为Ib，防雷元件A的阻抗Za，防雷元件B的阻抗Zb；图4、5中含有防雷元件A的支路电流为Ia’，含有防雷元件B支路电流为Ib’，防雷元件A的阻抗Za’，防雷元件B的阻抗Zb’；分析图4、5，根据并联支路两端电压相等(即式1)的原则，可以知道Ia’(Za’+Zo)＝Ib’(Zb’+Zo)； 式1Ia’∶Ib’＝Zb’+Zo∶Za’+Zo；分析图1，根据并联支路两端电压相等(即式1)的原则，可以知道Ia×Za＝Ib×Zb(根据图2假定Zb＞Za，Ia＞Ib)；式2Ia∶Ib＝Zb∶Za；假设图1和图4、5方案中施加的总电流相同；Ia+Ib＝Ia’+Ib’； 式3根据式3，不妨假设Ia＜＝Ia’，那么Ib’＜＝Ib；
根据Ia+Ib＝Ia’+Ib’；得到Ia’＞＝Ia＞Ib＞＝Ib’；分析图2，保护器件的电气特性可以知道当同一个防雷器件的通过的电流越大时，它的电压也越大，同时它的阻抗越小(斜率)。
即Ia’Za’＞＝IaZa，Ib’Zb’＜＝IbZb； 式4根据式1Ia’(Za’+Zo)＝Ib’(Zb’+Zo)；即Ia’Za’+Ia’Zo＝Ib’Zb’+Ib’Zo；即IaZa+Ia’Zo＝＜Ia’Za’+Ia’Zo＝Ib’Zb’+Ib’Zo＝＜IbZb+Ib’Zo；根据式2Ia’Zo＝＜Ib’Zo即使Ia’＝＜Ib’，显然和假设矛盾；所以Ia＞Ia’，那么Ib’＞Ib；根据Ia+Ib＝Ia’+Ib’；得到Ia＞Ia’＞Ib’＞Ib；所以Ia∶Ib＞Ia’∶Ib’＞＝1。
所以串连阻抗元件后防雷电路支路分流更加均匀。
线性阻抗元件的阻抗Zo通常都很小，这样可以保证在图4中保护电路的残压不至于增加很多；或者保证在图5中不会造成电源端口的电源压降低和功耗损失，或者防止造成信号端口的信号失真。实验证明，串联很小阻抗的元件，可以起到很强的协调分流作用。
本实用新型同样适用于多级防雷电路，其原理与上述相同。
本实用新型具有以下有益效果1、本实用新型通过筛选线性阻抗元件，以及选择同型号、同批次的防雷元件形成串联的防雷支路，从而减去了通过检测非线性保护器件的特性参数或者伏安特性曲线来筛选保护器件的巨大工作量，适合批量设计生产工作。
2、由于找到伏安特性曲线完全一致的防雷元件比较困难，所以采用本实用新型可以保证防雷元件来料的充足性。
3、由于串联的相同阻抗的线性阻抗元件起到了防止分流不均的作用，所以对于型号一致、性能相近的防雷元件形成的防雷支路，即使由于工艺等原因出现了长期运行后性能的小差异，阻抗元件仍然可以起到协调分流的效果，能够防止因出现电流集中向一个阻抗更低元件涌入而造成该器件损坏，从而导致设备短路或者后级设备失去保护的现象。
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。
权利要求1.一种防雷电路，包括两个或两个以上相互并联的防雷支路，各防雷支路中连接有相同的防雷元件；其特征在于，各防雷支路中还包括型号相同并与所述防雷元件串联的线性阻抗元件，所述线性阻抗元件使过电流均匀分布到各防雷支路的防雷元件上。
2.如权利要求1所述的防雷电路，其特征在于，通过相互并联的防雷支路的两端可使所述的防雷电路与后级被保护电路连接。
3.如权利要求1所述的防雷电路，其特征在于，通过其中一个防雷支路的防雷元件两端可使所述的防雷电路与后级被保护电路连接。
4.如权利要求1所述的防雷电路，其特征在于，所述防雷支路中还包括与线性阻抗元件串联的保险、空气开关。
5.如权利要求1至4任一项所述的防雷电路，其特征在于，所述阻抗元件为电阻、电感、作为电感的导线或作为电感的PCB布线，或者为上述几种的组合。
专利摘要本实用新型公开了一种防雷电路，以解决现有技术中需要筛选防雷元件而存在难以保证防雷元件在应用中能够分流均匀和筛选工作量大的问题。所述防雷电路包括两个或两个以上相互并联的防雷支路，各防雷支路中包含相互串联的线性阻抗元件和防雷元件，线性阻抗元件使过电流均匀地分配到各防雷支路的防雷元件上。
文档编号H02H9/04GK2807572SQ20042012001
公开日2006年8月16日 申请日期2004年12月21日 优先权日2004年12月21日
发明者王庆海 申请人:华为技术有限公司