专利名称：一种直流电源和用于直流电源的防雷电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及防雷技术，尤其涉及一种直流电源和用于直流输入型基站 的直流电源的防雷电路。
背景技术：
目前，对室外型基站的防雷均定位C级以上，这就涉及到C级和D级两 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。为解决该问题通常采用的有效方法是增加退耦。
增加退耦以往的做法是将C级防雷盒置入系统箱中或专配外部防雷箱。 如果外加防雷箱，因防雷箱距离整机有一定的距离(一般5 15米)，这样由 于线缆自身电感而形成的退耦足以解决其级联问题；如果是将防雷盒置入系统 中，则在防雷盒中或系统中预留空间，用线缆自绕而成的空心电感来完成退耦。
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，特别是对直流输入型基站的防雷，有向电源板上引进的趋势。
但是，因技术难度及潜在风险，在直流电源板上的防雷，各设备制造商最 大仅能做到D级防雷，仅解决了设备自身的过电压防护，大多数没有将C级 防雷引入电源板上。
实用新型内容
为了解决直流电源的两级防雷问题，本实用新型提供了一种直流电源防雷 电路，包括
D级防雷电i 各； 还包括
5C级防雷电路；以及 差模形式的电感退耦电路；
所述C级防雷电路、D级防雷电路和退耦电路均i殳置在所述直流电源的 电路板上；
所述D级防雷电路与所述C级防雷电路通过所述退耦电路串联。 所述C级防雷电路包括压敏电阻VR1、 VR2、放电管FV1和保险丝F1; 所述D级防雷电路包括压敏电阻VR3、 VR4; 所述退耦电路包括差模电感L1、 L2;
所述VR1构成的第一电路的一端与电源正端连接，另一端通过串联的保 险丝F1与电源负端连接；
所述VR2与所述FV1串联组成的第二电路与所述第一电路并联；
所述VR2与所述FV1的共同端与接地端子PE连接；
所述L1的一端与所述第二电路的一端连接，另一端与所述VR3的一端连
接；
所述L2的一端与所述第二电路的另一端连接，所述L2的另一端与所述 VR3的另一端连接；
所述VR4与所述VR3并联；
所述VR4的一端分别通过差模电感L3和L4与电源模块Ml的输入端 VIN+以及电源模块M2的输入端VIN+连接；
所述VR4的另一端分别直接与电源模块Ml的输入端VIN-和使能端 CNT,以及与电源模块M2的输入端VIN-和使能端CNT连接。
所述的用于直流电源的防雷电路还包括
电f兹干i尤电路；
保险丝F2;
所述L1的另一端通过所述电磁干扰电路的一个输入端与所述VR3的一端 连接；
所述L2的另 一端通过所述电》兹干扰电路的另 一个输入端与所述VR3的另 一端连接；
所述L2的一端通过所述保险丝F2与所述第二电i 各的另一端连接。
6所述电感退耦电路的退耦电感为磁芯电感。
本发明还提供了一种直流电源，包括 直S危电源电赠4反；
设置在所述直流电源电路板上的D级防雷电路； 还包括
设置在所述直流电源电路板上的C级防雷电路；以及 设置在所述直流电源电路板上的差模形式的电感退耦电路； 所述D级防雷电i 各与所述C级防雷电路通过所述退耦电路串联。 所述电感退耦电路的退耦电感为；兹芯电感。
所述C级防雷电路包括压敏电阻VR1、 VR2、放电管FV1和保险丝Fl; 所述D级防雷电i 各包括压敏电阻VR3、 VR4; 所述退耦电路包括差模电感L1、 L2;
所述VR1构成的第一电路的一端与电源正端连接，另一端通过串联的保 险丝F1与电源负端连接；
所述VR2与所述FV1串联组成的第二电路与所述第一电路并联；
所述VR2与所述FV1的共同端与接地端子PE连接；
所述L1的一端与所述第二电路的一端连接，另一端与所述VR3的一端连
接；
所述L2的一端与所述第二电路的另一端连接，所述L2的另一端与所述 VR3的另一端连接；
所述VR4与所述VR3并联；
所述VR4的一端分别通过差模电感L3和L4与电源模块Ml的输入端 VIN+以及电源模块M2的输入端VIN+连接；
所述VR4的另一端分别直接与电源模块Ml的输入端VIN-和使能端 CNT,以及与电源模块M2的输入端VIN-和使能端CNT连接。
所述的直流电源还包括 电》兹干护L电^各； 保险丝F2;
所述L1的另一端通过所述电^f兹干扰电路的一个输入端与所述VR3的一端连接；
所述L2的另 一端通过所述电^兹干扰电路的另 一个输入端与所述VR3的另 一端连接；
所述L2的一端通过所述保险丝F2与所述第二电^各的另一端连接。 与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果
本实用新型将C级防雷电路通过退耦电路与D级防雷电路串联，组成了 用于直流电源的两级防雷电路，在有雷击时，不仅实现了设备自身的过电压防 护，而且能够有效的保护直流电源不受损坏。本实用新型的结构简单，成本较 低，可以广泛的应用于直流型基站的电源板上。
图1为本实用新型两级防雷电路的结构示意图2为本实用新型实施例的电路图3为反击和正击时的雷电流和负载电流的流向示意图。
具体实施方式
本实用新型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 的保护措施，适用于雷电电磁场产生的感应雷区的防护，应用于分区防雷的 LPZ1 LPZ2区。
本实用新型在保留原有的D级防雷电路的基础上，将C级防雷电路引入 直流电源印刷电路板(PCB, Printed circuit board )，并且在C级防雷电路和 D级防雷电路之间串联退耦电路，以确保施加感应雷在输入端时C级防雷电 路先动作。
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细说明。 当雷击时，系统耦合部分雷击电流，为了保证大部分雷击电流通过前级(C 级)防雷器泄放，而后级(D级)只泄放小部分，这就需要前、后级协调从而 完成能量分配(能量配合)，下面参考图1的方框图来对分级防雷说明如下 图1为本实用新型两级防雷电路的结构示意图，D级防雷电路通过退耦电路与 C级防雷电路串联。其中，退耦电路是由差模电感构成，用以完成C级与D级雷击电流的级间匹配和能量分配，以确保先C级泄》《后D级泄放。C级与 D级防雷电路分别采用了 C级与D级电涌保护器(Surge Protection Device, SPD)。
参考图2，图2为本实用新型实施例的电路图。图2中的压敏电阻VR1、 VR2、放电管FV1和保险丝Fl构成C级防雷电路;压敏电阻VR3、 VR4构 成D级防雷电路，在两级电路之间串联的差模电感Ll、 L2用来完成C级与 D级雷击电流的级间匹配和能量分配，以确保C级先泄放，D级再泄放。
差模电感Ll 、 L2与D级防雷之间进一步串联有电磁干扰(Electromagnetic Interference, EMI)电路，EMI电路一般包括两级差模滤波电路和共冲莫滤波 电路，这两级电路均属于非功率转换电路。该电路在作用是防止电网的辐射不 进入系统中，同时，系统的辐射也不进入到电网中，即起到防止辐射、隔离的 作用。
VR1构成的第一电路的一端与VCC48VGND连接，另一端通过串联的保 险丝F1与VCC48VN连接。VR2与FV1串联组成的第二电路与第一电路并联。 VR2与FV1的共同端与接地端子PE连接。Ll的一端与第二电路的一端连接， Ll的另一端通过EMI滤波器电路的一个输入端与VR3的一端连接。L2的一 端通过保险丝F2与第二电路的另一端连接。L2的另一端通过EMI滤波器电 路的另一个输入端与VR3的另一端连接。
VR4与VR3并联，组成第三电路，即D级防雷电路。
VR4的一端分别通过L3和L4与电源模块Ml的输入端VIN+以及电源模 块M2的输入端VIN+连4妾。VR4的另 一端分别直4矣与电源模块Ml的输入端 VIN—和使能端CNT,以及与电源模块M2的输入端VIN—和使能端CNT连 接。
其中，保险丝F1构成防雷保护电路，其作用是在压敏电阻VR1、 VR2老 化后的失效模式-短路情况下，利用与VR1串联的合适的保险丝F1，防止其 失效并有效保护后级负载。在选择F1时要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。
Ll、 L2组成退耦电路，该退藕电路是以差模形式引入，采用磁芯电感耦 合，且通量电流足够大而不会引起磁芯饱和，电感量在33~38uH之间。差模
9电感L1、 L2还兼顾电源传导骚扰性功能。电感磁芯的选择尽可能选择磁导率 较小的磁芯， 一般取值在100-200之间，且居里温度较高，电感不可以共模 的形式引入。
PE为接地端子，以使整个电路成为一个等势体。
F2的作用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，并非防雷电路必须的，L2的一端也可直接与VR1的另一端连接。
EMI滤波器电路并不是防雷所必需的，如果没有EMI电路的话，Ll的另 一端就直接与VR3的一端连接，而L2的另一端直接与VR3的另一端连4妄。
差模电感L3、 L4构成抗干扰电路，作用是保持电源模块Ml和M2能量 持续，即有抑制电源电压暂降，特别是防止雷电流反击时电源电压瞬间跌落至 电源模块允许的最低输入电压，使电源模块间断性无输出，导致负载复位，继 而使已建立的通讯链路中断。反击和正击时的雷电流和负载电流的流向示意图 参考图3所示。图3中，实线箭头为负载电流，虛线箭头为正击雷电流，双点 划线箭头为反击雷电流。在差模感应雷中，如果负载电流与雷电流同向，我们 称其为正极性雷击，即正击；如果负载电流与雷电流反向，我们称其为负极性 雷击，即反击。
图3所示电路的工作原理为假如感应雷以正极性差模方式入侵到电源端 口 VCC时，因Ll贮能电感的存在l吏压壽文电阻VR1先于VR3动作；这样VR1 泄放了大部分雷电流，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)，从而有效保护了 后级负载M1、 M2在正常供电范围保证系统不间断(即不复位)工作。同样， 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)，同样保护了后级负载M1、 M2。这次因雷电流的负极性使外加正常供电 电压有降低趋势，但因抗干扰电路L3、 L4的存在，没有使MI、 M2负载的供 电电压衰减过快，又因为模块关断功能采用负逻辑，从而保证了模块的正常工 作。
假如感应雷以正极性共模方式入侵到电源端口 VCC时，由限压保护器件 —放电管FV1对PE完成C级雷电流泄放，此时L1仍然起退耦作用。假如感应雷以负极性共才莫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。VR4的作用是为VR3分担一部分雷电流，也可 以不使用，此时，VR3的一端分别通过L3和L4与电源模块Ml的输入端VIN+ 以及电源模块M2的输入端VIN+连接。VR3的另一端分别直接与电源模块 Ml的输入端VIN —和使能端CNT，以及与电源模块M2的输入端VIN-和使 能端CNT连接。
当然，为抑制电压暂降的功能也可以将L3、 L4更换为电容，运用电容电 压不能跃变的特性，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 实所允许加入的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，因此，最好使用电感来代替电容。
电感L1、 L2的引入虽然能够产生退耦作用，但是，会对电源的电磁兼容 性(Electromagnetic Compatibility, EMC)指标的传导骚扰行性低频段(主要 是1MKZ以下)有影响，这可以通过采用一定的方式来改善，如在不影响安 规测试的前提下，可适当的加大差模滤波电路或共模滤波电路中的差模电容X 的电容量或共模电容Y的电容量来抵消其带来的影响。并且，电感L1、 L2的 前端不允许加入X电容，这是因为雷电流波是一种频率波，而目前市场上现 有的器件耐压等级不满足要求。
需要注意的是，应避免将退耦电感连接于EMI滤波电路后面，即EMI滤 波电路和D级防雷电路之间，因为这样很有可能造成EMI中共模滤波电路饱 和而不能起到退耦的作用。
在电源板上防雷布线最好使用凯文接法，以使其压敏电阻、放电管通路电 阻最小。同时，要注意布线宽度和安规绝缘距离。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的 普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进 和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1. 一种用于直流电源的防雷电路，包括D级防雷电路；其特征在于，还包括C级防雷电路；以及差模形式的电感退耦电路；所述C级防雷电路、D级防雷电路和退耦电路均设置在所述直流电源的电路板上；所述D级防雷电路与所述C级防雷电路通过所述退耦电路串联。
2. 如权利要求1所述的用于直流电源的防雷电路，其特征在于，所述C 级防雷电路包括压敏电阻VR1、 VR2、放电管FV1和保险丝F1;所述D级防雷电路包括压敏电阻VR3、 VR4; 所述退耦电路包括差模电感L1、 L2;所述VR1构成的第一电路的一端与电源正端连接，另一端通过串联的保 险丝F1与电源负端连接；所述VR2与所述FV1串联组成的第二电路与所述第 一电路并耳关；所述VR2与所述FV1的共同端与接地端子PE连接；所述L1的一端与所述第二电路的一端连接，另一端与所述VR3的一端连接；所述L2的一端与所述第二电路的另一端连接，所述L2的另一端与所述 VR3的另一端连接；所述VR4与所述VR3并联；所述VR4的一端分别通过差才莫电感L3和L4与电源才莫块Ml的输入端 VIN+以及电源模块M2的输入端VIN+连接；所述VR4的另一端分别直接与电源模块Ml的输入端VIN-和使能端 CNT，以及与电源模块M2的输入端VIN-和使能端CNT连接。
3. 如权利要求2所述的用于直流电源的防雷电路，其特征在于，还包括 电》兹干4尤电^各；保险丝F2;所述L1的另一端通过所述电磁干扰电路的一个输入端与所述VR3的一端 连接；所述L2的另一端通过所述电磁千扰电路的另一个输入端与所述VR3的另 一端连4妻；所述L2的一端通过所述保险丝F2与所述第二电路的另一端连接。
4. 如权利要求1所述的用于直流电源的防雷电路，其特征在于，所述电 感退耦电路的退耦电感为磁芯电感。
5. —种直流电源，包括 直流电源电if各板；设置在所述直流电源电路板上的D级防雷电路； 其特征在于，还包括设置在所述直流电源电路板上的C级防雷电路；以及 设置在所述直流电源电路板上的差模形式的电感退耦电路； 所述D级防雷电路与所述C级防雷电路通过所述退耦电if各串联。
6. 如权利要求5所述的直流电源，其特征在于，所述电感退耦电路的退 耦电感为》兹芯电感。
7. 如权利要求5所述的直流电源，其特征在于，所述C级防雷电路包括 压敏电阻VR1、 VR2、放电管FV1和保险丝F1;所述D级防雷电路包括压敏电阻VR3、 VR4; 所述退耦电路包括差模电感L1、 L2;所述VR1构成的第一电路的一端与电源正端连接，另一端通过串联的保 险丝F1与电源负端连接；所述VR2与所述FV1串联组成的第二电路与所述第 一 电i 各并联；所述VR2与所述FV1的共同端与接地端子PE连接；所述L1的一端与所述第二电路的一端连接，另一端与所述VR3的一端连接；所述L2的一端与所述第二电路的另一端连4^，所述L2的另一端与所述 VR3的另一端连接；所述VR4与所述VR3并联；所述VR4的一端分别通过差4莫电感L3和L4与电源才莫块Ml的输入端 VIN+以及电源模块M2的输入端VIN+连接；所述VR4的另一端分别直接与电源模块Ml的输入端VIN-和使能端 CNT，以及与电源模块M2的输入端VIN-和使能端CNT连接。
8.如权利要求7所述的直流电源，其特征在于，还包括电》兹干扰电路；保险丝F2;所述L1的另一端通过所述电磁干扰电路的一个输入端与所述VR3的一端 连接；所述L2的另 一端通过所述电》兹干扰电路的另 一个输入端与所述VR3的另 一端连接；所述L2的一端通过所述保险丝F2与所述第二电if各的另一端连接。
专利摘要本实用新型提供了一种直流电源和用于直流电源的防雷电路，其中，用于直流电源的防雷电路，包括D级防雷电路；还包括C级防雷电路；以及差模形式的电感退耦电路；所述C级防雷电路、D级防雷电路和退耦电路均设置在所述直流电源的电路板上；所述D级防雷电路与所述C级防雷电路通过所述退耦电路串联。本实用新型将C级防雷电路通过退耦电路与D级防雷电路串联，组成了用于直流电源的两级防雷电路，在有雷击时，不仅实现了设备自身的过电压防护，而且能够有效的保护直流电源不受损坏。本实用新型的结构简单，成本较低，可以广泛的应用于直流型基站的电源板上。
文档编号H02H9/04GK201263086SQ200820110340
公开日2009年6月24日 申请日期2008年9月8日 优先权日2008年9月8日
发明者党晓社, 晓 喻, 李占富, 弟 窦, 符梦蛟, 袁雪平 申请人:中兴通讯股份有限公司