一种新型信号浪涌保护器的制作方法

本技术涉及气象设备保护，具体为一种新型信号浪涌保护器。

背景技术：

1、国家地面气象站观测场一般都安装避雷针，足够防护整个观测场所有设备遭受直击雷的影响，但根据近年来国家地面气象站雷击情况统计，经常有雷击导致观测场的气象设备故障，给气象局造成了难以估量的经济损失。

2、即使经过防雷整改，将观测场地网和避雷针地网隔离，但是雷击次数(造成设备损坏)未见明显下降。每次雷击后造成大部分接口设备损坏，需整套更换才能恢复正常，造成了严重的经济损失。

3、根据雷击损坏设备的统计分析，损坏设备表面未见雷击痕迹，说明并非直击雷造成，经分析，观测场设备出现雷击故障绝大部分源于感应雷以及地电位反击。感应雷主要通过信号线缆传导至信号接口(如can、rs232、rs485等)，导致信号接口上连接的设备如主采集器、地温分采、温湿分采、传感器、综合集成硬件控制器等损坏；地电位反击主要通过观测场地网沿地下引下线传导至设备地端而造成设备过压损坏。根据大量的雷击损坏设备分析，几乎未见电源接口损坏，绝大部分为信号接口设备损坏，说明国家地面气象站信号浪涌保护是一个及其薄弱的环节。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种新型信号浪涌保护电路，用于国家地面气象站的设备接口(包括can总线、rs232串口、rs485串口等接口)的进行浪涌保护，从而保护整套国家地面气象站。

2、为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

3、一种新型信号浪涌保护器，包括：电路板、上盖板和下盖板；上盖板和下盖板采用螺钉固定连接，电路板放置在上盖板和下盖板之间并固定在下盖板内；

4、其中，电路板设有信号输入接口、信号输出接口、一级放电元件、地极隔离器、一级退偶元件、二级放电元件、二级退偶元件和三级放电元件；

5、所述一级放电元件与一级退偶元件串联，形成一级放电元件和一级退偶元件之间馈入电流的输入端；所述所述二级放电元件与二级退偶元件串联，形成二级放电元件和二级退偶元件之间馈入电流的输入端；信号地和防雷地网通过所述地极隔离器进行隔离，地极隔离器的负极接防雷地网，一级放电元件泄放电流直接防雷地网，二级放电元件和三级放电元件泄放电流通过地极隔离器连接防雷地网。

6、所述一级放电元件为陶瓷气体放电管。

7、所述一级退偶元件为电感或可恢复保险丝。

8、所述二级放电元件为瞬态抑制二极管。

9、所述二级退偶元件为可恢复保险丝。

10、所述三级放电元件为瞬态抑制二极管，与信号地的保护对象形成馈出的输出端。

11、所述地极隔离器为通用二极管。

12、本方案采用陶瓷气体放电管(gdt)，gdt是气体放电管缩写词，(gas dischargetube)实质是一种密封在陶瓷腔体中的放电间隙，腔体中充有惰性气体以稳定放电管的放电电压。其主要特点是通流能量大，可达数十至数百ka，绝缘电阻极高，无漏流，无老化失效，无极性双向保护，静态电容极小，特别适用于高速网络通讯设备的粗保护。可广泛用于各种电源及信号线的第一级雷击浪涌保护。

13、本方案采用可恢复保险丝(ptc)，可恢复保险丝是由经过特殊处理的聚合树脂(polymer)及分布在里面的导电粒子(carbon black)组成。在正常操作下聚合树脂紧密地将导电粒子束缚在结晶状的结构外，构成链状导电电通路，此时的可恢复保险丝为低阻状态(a)，线路上流经可恢复保险丝的电流所产生的热能小，不会改变晶体结构。当线路发生短路或过载时，流经可恢复保险丝的大电流产生的热量使聚合树脂融化，体积迅速增长，形成高阻状态(b)，工作电流迅速减小，从而对电路进行限制和保护。

14、瞬态二极管(transient voltage suppressor)简称tvs，是一种二极管形式的高效能保护器件。tvs是一种二极管形式的高效能保护器件。当tvs二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10的负12次方秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。由于它具有响应速度快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点。

15、本申请的保护原理：

16、级联的一级放电元件、二级放电元件以及三级放电元件，组成三级级联放电结构，对输入的浪涌电流对地逐级泄流。

17、一级退偶元件，在一级放电元件和二级放电元件之间进行级间能量匹配，使浪涌暂态过电压到达二级放电元件之前提前导通泄流。

18、二级退偶元件，在二级放电元件和三级放电元件之间进行级间能量匹配，使浪涌暂态过电压到达三级放电元件之前提前导通泄流。

19、一级放电元件泄流直接接防雷地网，所述二级放电元件和三级放电元件经地极隔离器正极及其负极至防雷地网，防止地极电位反击。

20、与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

21、1、本实用新型通过三级级联放电结构增强了信号浪涌保护性能，使其残压降到极低水平，特别适用于国家地面气象站多数处于高山上的恶劣雷电环境；

22、2、通过地极隔离器结构，使得信号地与防雷地网隔离。在没有浪涌冲击情况下，能有效防止地网杂波对信号影响；当有雷击浪涌产生时，地极隔离器瞬间导通泄流；

23、3、使用一级、二级和三级放电元件的级联结构，可以有效地逐级泄流，将输入的浪涌电流对地进行分散。这有助于防止过电压对信号设备造成损坏；

24、4、一级退偶元件和二级退偶元件在一级放电元件与二级放电元件之间分别进行能量匹配。这使得浪涌暂态过电压能够提前导通泄流，确保电压不会超过每个级别元件的承受范围；

25、5、地极隔离器用于隔离信号地和防雷地网，防止地极电位反击。这样可以确保信号设备与防雷地网之间的电位差得到控制，减少对设备的潜在损害；

26、6、一级放电元件采用陶瓷气体放电管，具有良好的放电性能和稳定性。二级放电元件和三级放电元件采用瞬态抑制二极管，能够快速响应过电压，并导通泄流。一级退偶元件和二级退偶元件分别采用电感或可恢复保险丝，能够在需要时提供能量匹配和保护；

27、7、这种新型信号浪涌保护器方案具有多级级联结构、高效的能量匹配、地极隔离和合适的元件选择等优点，能够有效地保护信号设备免受浪涌电流和过电压的损害。

技术特征：

1.一种新型信号浪涌保护器，其特征在于，包括：电路板(2)、上盖板(3)和下盖板(1)；上盖板(3)和下盖板(1)采用螺钉固定连接，电路板(2)放置在上盖板(3)和下盖板(1)之间并固定在下盖板(1)内；

2.根据权利要求1所述的信号浪涌保护器，其特征在于：所述一级放电元件(6)为陶瓷气体放电管。

3.根据权利要求1所述的信号浪涌保护器，其特征在于：所述一级退偶元件(7)为电感或可恢复保险丝。

4.根据权利要求1所述的信号浪涌保护器，其特征在于：所述二级放电元件(11)为瞬态抑制二极管。

5.根据权利要求1所述的信号浪涌保护器，其特征在于：所述二级退偶元件(10)为可恢复保险丝。

6.根据权利要求1所述的信号浪涌保护器，其特征在于：所述三级放电元件(9)为瞬态抑制二极管，与信号地的保护对象形成馈出的输出端。

7.根据权利要求1所述的信号浪涌保护器，其特征在于：所述地极隔离器(8)为通用二极管。

技术总结
一种新型信号浪涌保护器，包括：电路板、上盖板和下盖板；上盖板和下盖板采用螺钉固定连接，电路板放置在上盖板和下盖板之间并固定在下盖板内；电路板设有信号输入接口、信号输出接口、一级放电元件、地极隔离器、一级退偶元件、二级放电元件、二级退偶元件和三级放电元件；所述一级放电元件与一级退偶元件串联，形成一级放电元件和一级退偶元件之间馈入电流的输入端；所述所述二级放电元件与二级退偶元件串联，形成二级放电元件和二级退偶元件之间馈入电流的输入端；地极隔离器的负极接防雷地网，一级放电元件泄放电流直接防雷地网，二级放电元件和三级放电元件泄放电流通过地极隔离器连接防雷地网。本申请信号浪涌保护器结构简洁，实用方便。

技术研发人员：苏禹宾,粟华林,黎勋,王霖钰,覃伟,景坤
受保护的技术使用者：广西壮族自治区气象技术装备中心
技术研发日：20230630
技术公布日：2024/1/15