一种防雷电路及电器设备的制作方法

本实用新型实施例涉及防雷技术领域，尤其涉及一种防雷电路及电器设备。

背景技术：

随着信息社会的发展，越来越多的家庭开始使用DVB-S、DVB-T及DVB-C等标准的有线电缆数字机顶盒。

电缆常常需要从室外拉到室内，裸露在室外的电缆经常受到自然界雷击的侵扰，自然雷击产生的高能量通个电缆线导入到数字机顶盒，造成机顶盒的调谐器(Tuner)芯片和高频头(LNB，Low Noise Block)电源驱动控制芯片直接被击坏，导致数字机顶盒必须返修或换机，从而给数字机顶盒的运营商或设备制造商售后的技术支持和维修，带来沉重负担和极高的维护成本。如何提高数字机顶盒产品的抗雷击和抗扰能力，是业界一直在研究却一直未能攻克的难题。

如图1所示，目前业内普遍的做法是：在数字机顶盒的电缆输入端和调谐器芯片输入端之间加高压隔离电容C1，以保护调谐器芯片；在数字机顶盒的电缆输入端和高频头电源驱动控制芯片输入端加电感L和滤波电容C2，以保护高频头电源驱动控制芯片。采用这种做法的数字机顶盒，防雷的电压范围为±(1～2)KV，带外干扰抑制比约为-10dB，对雷击的响应速度慢、隔离度差、防护等级低以及防护效果较差。

技术实现要素：

为解决相关技术问题，本实用新型实施例提供一种防雷电路及电器设备，以提升机顶盒、电视机等电器设备的雷击保护能力和抗扰能力。

为实现上述目的，本实用新型实施例采用如下技术方案：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种防雷电路，包括：一级放电模块、二级放电模块和三级放电模块；

所述一级放电模块，分别与电缆输入端和所述二级放电模块相连，用于接入由所述电缆输入端传入的电缆信号和雷击能量，并释放所述雷击能量，向所述二级放电模块输出所述电缆信号和残余的雷击能量；

所述二级放电模块，还与所述三级放电模块相连，用于对所述电缆信号做滤波处理和带外抑制处理，并释放所述残余的雷击能量，向所述三级放电模块输出所述电缆信号和末端雷击能量；

所述三级放电模块，还与电器设备的芯片相连，用于隔离和释放所述末端雷击能量，向电器设备的芯片传输所述电缆信号。

优选的，所述二级放电模块包括滤波单元和二级放电单元；

所述滤波单元，分别与所述一级放电模块和三级放电模块相连，用于对所述电缆信号做滤波处理和带外抑制处理，向所述三级放电模块输出所述电缆信号和末端雷击能量；

所述二级放电单元，分别与所述一级放电模块和三级放电模块相连，用于释放所述残余的雷击能量，向所述三级放电模块输出末端雷击能量。

优选的，所述三级放电模块包括三级放电单元和隔离单元，所述芯片包括调谐器芯片和高频头电源驱动控制芯片；

所述三级放电单元，分别与所述滤波单元和调谐器芯片相连，用于释放所述末端雷击能量，向所述调谐器芯片传输所述电缆信号；

所述隔离单元，分别与所述二级放电单元和高频头电源驱动控制芯片相连，用于隔离雷击电流，向所述高频头电源驱动控制芯片传输所述电缆信号。

优选的，所述滤波单元包括带通滤波器B，所述二级放电单元包括磁氧体电感L1、高频电容C和第一二极管D1；所述带通滤波器B的一端与所述一级放电模块相连，另一端与所述三级放电模块相连；所述磁氧体电感L1的一端与所述一级放电模块相连，另一端分别与所述高频电容C的一端和所述第一二极管D1的负极相连，所述高频电容的另一端接地，所述第一二极管D1的正极接地。

优选的，所述带通滤波器B的上限频率为2.15GHz，下限频率为950MHz；所述磁氧体电感L1的电感值范围为100～400nH，品质因数Q＞30；所述高频电容C的容值为100pF；所述第一二极管D1为瞬态抑制二极管，D1的功率为3KW。

优选的，所述三级放电单元包括第二二极管D2，所述隔离单元包括第三二极管D3；所述第二二极管D2的负极分别与所述滤波单元和调谐器芯片相连，正极接地；所述第三二极管D3的负极与所述二级放电单元相连，正极与所述高频头电源驱动控制芯片相连。

优选的，所述第二二极管D2为瞬态抑制二极管，D2的击穿电压为5V；所述第三二极管D3的反向电压为40V，正向电流为2A。

优选的，所述一级放电模块包括玻璃放电管A；所述玻璃放电管A的一端分别与电缆输入端和所述二级放电模块相连，另一端接地；所述玻璃放电管A的标称脉冲承受电压容量为10/700us 6KV。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种电器设备，包括本实用新型任一实施例提供的防雷电路。

优选的，所述电器设备为机顶盒或电视机。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果：

本实用新型实施例提供一种防雷电路及电器设备，防雷电路包括一级放电模块、二级放电模块和三级放电模块，其中，一级放电模块、二级放电模块和三级放电模块依次串接在电缆输入端和电器设备的芯片之间，电缆遭遇雷击时，电缆输入端传入电缆信号和雷击能量，一级放电模块快速稳定吸收并释放掉大部分的雷击能量，向二级放电模块输出电缆信号和残余的雷击能量，二级放电模块对电缆信号做滤波处理和带外抑制处理，并释放残余的雷击能量，向所述三级放电模块输出电缆信号和末端雷击能量，三级放电模块隔离及释放末端雷击能量，向电器设备的芯片传输电缆信号；通过对电缆输入端传入的雷击能量做三级快速放电处理，以及对传入的电缆信号做滤波处理和带外抑制处理，对雷击的响应速度快、隔离度好、防护效果好及抗扰能力强，提升了机顶盒、电视机等电器设备的雷击保护能力和抗扰能力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中电器设备的一种防雷方案的示意图；

图2是本实用新型实施例中防雷电路的应用场景示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种防雷电路的框架图；

图4是本实用新型实施例提供的一种防雷电路的框架图；

图5是本实用新型实施例提供的一种防雷电路的电路结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的一种电器设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为提升机顶盒、电视机等电器设备的雷击保护能力和抗扰能力，本实用新型实施例提供一种防雷电路，该防雷电路应用于机顶盒、电视机等电器设备中，具体的，可应用于如图2所示的卫星接收cable(有线电视电缆)机顶盒，陆地天线接收cable机顶盒，或EOC(Ethernet Over Cable，以太网电缆)和CMTS(Cable Modem Terminal Systems，电缆调制解调器终端系统)环境的机顶盒上。

如图3所示，本实用新型实施例提供的一种防雷电路，包括：一级放电模块10、二级放电模块20和三级放电模块30。

一级放电模块10，分别与电缆输入端和二级放电模块20相连，用于接入由电缆输入端传入的电缆信号和雷击能量，并释放雷击能量，向二级放电模块20输出电缆信号和残余的雷击能量。

二级放电模块20，还与三级放电模块30相连，用于对电缆信号做滤波处理和带外抑制处理，并释放残余的雷击能量，向三级放电模块30输出电缆信号和末端雷击能量。

三级放电模块30，还与电器设备的芯片相连，用于隔离和释放末端雷击能量，向电器设备的芯片传输电缆信号。

在一个实施例中，电器设备优选为机顶盒，机顶盒通过裸露在室外的电缆与卫星接收器相连，电缆信号为卫星电视信号。当机顶盒工作时，卫星接收器通过机顶盒的电缆输入端向机顶盒输入卫星电视信号(弱电流)，机顶盒通过电缆为卫星接收器提供工作电压。当出现雷雨天气，电缆受到雷击时雷击能量和卫星电视信号一起通过电缆输入端传入到机顶盒，通过本实施例提供的防雷电路中的一级放电模块10快速释放大部分的雷击能量，剩余小部分残余的雷击能量；通过二级放电模块20快速释放残余的雷击能量，剩余极少量的末端雷击能量，并对卫星电视信号做滤波处理和带外抑制处理；通过三级放电模块30隔离及快速释放末端雷击能量，并将卫星电视信号传输给机顶盒的调谐器芯片和高频头电源驱动控制芯片，保证机顶盒正常工作，不受雷击的干扰和影响。

综上，在本实施例的技术方案中，当电器设备的接入电缆遭遇雷击时，电缆输入端传入电缆信号和雷击能量，一级放电模块10快速稳定吸收并释放掉大部分的雷击能量，向二级放电模块20输出电缆信号和残余的雷击能量，二级放电模块20对电缆信号做滤波处理和带外抑制处理，并释放残余的雷击能量，向三级放电模块30输出电缆信号和末端雷击能量，三级放电模块30隔离及释放末端雷击能量，向电器设备的芯片传输电缆信号；通过对电缆输入端传入的雷击能量做三级快速放电处理，以及对传入的电缆信号做滤波处理和带外抑制处理，对雷击的响应速度快、隔离度好、防护效果好及抗扰能力强，提升了机顶盒、电视机等电器设备的雷击保护能力和抗扰能力。

如图4和图5所示所示，可选的，一级放电模块10包括玻璃放电管A；进一步的，玻璃放电管A的一端分别与电缆输入端和二级放电模块20相连，另一端接地；玻璃放电管A的标称脉冲承受电压容量为10/700us 6KV。

在本实施例中，通过玻璃放电管A能快速稳定地吸收及释放掉大部分的雷击能量，其中，玻璃放电管A具有耐浪涌电流强、响应速度快(纳秒级)、耐冲击、性能稳定、重复性好和寿命长等优点。虽然玻璃放电管A的响应速度很快，但还是需要一定的响应速度和时间门限，因此，在玻璃放电管A放电后，难免还会剩下部分残压，即还会将残余的雷击能量和电缆信号一并输出到二级放电模块20。

可选的，二级放电模块20包括滤波单元21和二级放电单元22。

滤波单元21，分别与一级放电模块10和三级放电模块30相连，用于对电缆信号做滤波处理和带外抑制处理，向三级放电模块30输出电缆信号和末端雷击能量。

二级放电单元22，分别与一级放电模块10和三级放电模块30相连，用于释放残余的雷击能量，向三级放电模块30输出末端雷击能量。

进一步的，滤波单元21包括带通滤波器B，二级放电单元22包括磁氧体电感L1、高频电容C和第一二极管D1；带通滤波器B的一端与一级放电模块10相连，另一端与三级放电模块30相连；磁氧体电感L1的一端与一级放电模块10相连，另一端分别与高频电容C的一端和第一二极管D1的负极相连，高频电容的另一端接地，第一二极管D1的正极接地。

进一步的，带通滤波器B的上限频率为2.15GHz，下限频率为950MHz；磁氧体电感L1的电感值范围为100～400nH，品质因数Q＞30；高频电容C的容值为100pF；第一二极管D1为瞬态抑制二极管，D1的功率为3KW。

在一个实施例中，磁氧体电感L1由磁氧体上缠绕铜线制成；带通滤波器B为多级分离组合滤波器，具体级数取决于具体的应用场景，带通滤波器B的带通频率取决于电器设备所采用的标准，本实施例提供的电器设备采用DVB-S标准，相应的带通滤波器B的带通频率为950MHz～2.15GHz，在其它实施例中视具体标准采用相应的带通频率，例如，对于采用DVB-C标准的电器设备，带通滤波器B的带通频率为88MHz～1002MHz。

其中，滤波单元21的带通滤波器B可以滤除掉带通频率段之外的无效信号，但由于雷击能量信号是瞬间无规律的，可能有少部分雷击能量信号的频率会落在带通频率段中，没有被带通滤波器B滤除掉，因此，需要通过多级分离组合设计对通过带通滤波器B的信号进行多级衰减，即对通过带通滤波器B的信号做带外抑制处理。二级放电单元22的磁氧体电感L1用于阻止电路中电流的变化，第一二极管D1采用瞬态抑制二极管(TVS)，瞬态抑制二极管具有响应速度快(亚纳秒级)和浪涌吸收能力强的特点，二级放电单元22中的磁氧体电感L1、高频电容C和第一二极管D1，组成组合可快速释放残余的雷击能量。

可选的，三级放电模块30包括三级放电单元31和隔离单元32，芯片包括调谐器芯片和高频头电源驱动控制芯片。

三级放电单元31，分别与滤波单元21和调谐器芯片相连，用于释放末端雷击能量，向调谐器芯片传输电缆信号。

隔离单元32，分别与二级放电单元22和高频头电源驱动控制芯片相连，用于隔离雷击电流，向高频头电源驱动控制芯片传输电缆信号。

进一步的，三级放电单元31包括第二二极管D2，隔离单元32包括第三二极管D3；第二二极管D2的负极分别与滤波单元21和调谐器芯片相连，正极接地；第三二极管D3的负极与二级放电单元22相连，正极与高频头电源驱动控制芯片相连。

进一步的，第二二极管D2为瞬态抑制二极管，D2的击穿电压为5V；第三二极管D3的反向电压为40V，正向电流为2A。

在一个实施例中，虽然雷击能量经一级放电模块10和二级放电模块20处理后，仅剩下可以忽略不计的微弱能量，即末端雷击能量，但是由于电器设备的调谐器芯片和高频头电源驱动控制芯片对外界的异常能量(末端雷击能量)非常敏感，为更好地保护调谐器芯片和高频头电源驱动控制芯片，以及提高电器设备的抗扰能力，在调谐器芯片之前设置三级放电单元31，在高频头电源驱动控制芯片之前设置隔离单元32。

其中，三级放电单元31的第二二极管D2，采用瞬态抑制二极管，响应速度快(亚纳秒级)和浪涌吸收能力强；隔离单元32的第三二极管D3反向串联在高频头电源驱动控制芯片之前的电路中，由于电器设备需通过高频头电源驱动控制芯片和电缆输入端为卫星接收器提供工作电压，同时还需要在高频头电源驱动控制芯片之前隔离末端雷击能量并且保证电缆信号能正常传输到高频头电源驱动控制芯片，因此，第三二极管D3需反向串联在电路中，并且要求第三二极管D3的反向饱和电流要大于电缆信号的弱电流，保证电缆信号能通过第三二极管D3；此外，第三二极管D3还使得用户家中的多个电器设备(如机顶盒)之间级联或并联，例如，带环出的机顶盒可以直接级联，不带环出的机顶盒之间可以并联共用一个电缆头端设备。

经多次实验测试，采用本实施例提供的防雷电路，机顶盒、电视机等电器设备的防雷电压可达±10KV，带外干扰抑制比可达-30dB；而采用现有技术方案的电器设备的防雷电压范围为±(1～2)KV，带外干扰抑制比约为-10dB。因此，电器设备采用本实用新型实施例提供的防雷电路，相比采用现有技术方案，对雷击的隔离度好、防护效果好及抗扰能力强。

需要说明的是，本实用新型实施例中提及到的各元器件，以及元器件的参数均为优选方案，而非唯一选择，不应视为本实用新型实施例的限制。

请参考图6，本实用新型实施例还提供一种电器设备。

如图6所示，本实施提供的电器设备，包括本实用新型任一实施例所提供的防雷电路。

可选的，本实施例的电器设备还可以包括：电缆输入端、调谐器芯片、高频头电源驱动控制芯片、解调器、CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、解码器和HDMI(High Definition Multimedia Interface，高清晰度多媒体接口)输出端等；其中，防雷电路分别与电缆输入端、调谐器芯片和高频头电源驱动控制芯片相连，调谐器芯片还与解调器相连，高频头电源驱动控制芯片还分别与解调器和CPU相连，CPU还分别与解调器、解码器和HDMI输出端相连。

优选的，电器设备为机顶盒或电视机。

本实施例提供的电器设备，采用本实用新型任一实施例提供的防雷电路，对雷击的响应速度快、隔离度好、防护效果好及抗扰能力强，提升了机顶盒、电视机等电器设备的雷击保护能力和抗扰能力。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。