计算机网络与通信系统的防雷技术

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1、计算机网络与通信系统的防雷技术陆亿红浙江工业大学计算机系(310014)　　徐锦才水利部农村电气化研究所(310012)摘要随着计算机和通信技术的快速发展，各行各业都不同程度地建立了计算机网络，通信手段也越来越好，同时，由于雷击而导致计算机与通信系统损坏的问题也越来越严重。　本文将对现有的避雷器件作比较分析，设计实用、有效的避雷系统，并提出计算机与通信系统的防雷要点。　　1、引言　　早期的电信设备是用诸如继电器、线圈和真空管等元件组成的，这些传统元件对于突波干扰是有一定的免疫力，但是，随着这些传统元件被更先进的元器件及设备，如数字环路载体、多路调制器等所代替，特别是随着计算机

2、网络技术的发展，各行各业都不同程度地建立了计算机网络，保护这些智能设备免遭系统瞬态干扰的影响就变得更加重要。本文将对现有的避雷器件作比较分析，设计实用的避雷系统，并对计算机房和通信设备系统提出防雷要点。　　　　　　2、避雷器件与特性分析　　避雷器件是指能吸收由于雷击或操作过电压引起的脉动能量，从而避免电子设备受损坏或避免寿命降低的器件，包括气体放电管、压敏电阻、抑制二极管和半导体放电管。　　气体放电管：气体放电管由封装在小玻璃管或陶瓷管中相隔一定距离的两个电极组成。其电气性能基本上取决于气体种类、气体压力以及电极距离。如果发生电压冲击，电极间会产生某种电弧，电离气体放电的路径

3、是由高阻抗转向低阻抗。该放电过程阻止一个更高的冲击幅值，此处的弧电压大约降低10～30V。气体放电管受到瞬态高能量冲击时，它能以10-6s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。　　压敏电阻：压敏电阻或金属氧化膜压敏电阻允许标志在其上的最大正弦交流工作电压通过。任何高于这一标志电压值的电压会被安全的转换，受到瞬态高能量冲击时，它能以10-9s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。压敏电阻可用于中等较高的电压冲击场合。　　抑制二极管：抑制二极管与普通齐纳二极管(稳压管)的工作原理类似。如果高于标志在其上的击穿电压，二极管

4、就会导通。与齐纳管相比，抑制二极管(简称TVS)有更高的电流导通能力。TVS的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10-12s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。它比使用压敏电阻进行浪涌保护优越得多。具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、体积小等特点。其功能有：　　　　　　(1)将TVS二极管加在信号及电源线上，能防止微处理器或集成电路因瞬间的脉冲，如静电放电效应、交流电源之浪涌及开关电源的噪音所导致的失灵。　　　　　　(

5、2)静电放电效应能释放超过10000V、60A以上的脉冲，并能持续10ms；而一般的TTL器件，遇到超过30ms的10V脉冲时，便会导致损坏。利用TVS二极管，可有效吸收对器件损坏的脉冲，并能消除由总线之间开关所引起的雷击等干扰。　　　　　　(3)将TVS二极管连接在信号线及地之间，能避免数据及控制总线受到不必要的噪音影响。　　　　TVS电压-电流特性曲线如图1(a)所示。它的正向特性与普通二极管相同；反向特性为典型的PN结雪崩器件。图1(b)是TVS的电流-时间和电压-时间曲线。　　　　　　在瞬态峰值脉冲电流作用下，流过TVS的电流，由原来的反向漏电流ID上升到IR时，其两

6、极呈现的电压由额定反向关断电压VWM上升到击穿电压VBR，TVS被击穿。随着脉冲峰值的出现，流过TVS的电流达到峰值脉冲电流IPP。在其两极的电压被箝位到预定的最大箝位电压以下，尔后，随着脉冲电流按指数衰减，TVS两极的电压也不断下降，最后恢复到起始状态，这就是TVS抑制可能出现的浪涌脉冲功率，保护电子元器件的整体过程。　　　　　　TVS器件可以按极性分为单极性和双极性两种，按用途可分为各种电路都适用的通用型器件和特殊电路适用的专用型器件。如，各种交流电压保护器、4～20mA电流环保护器、数据线保护器、同轴电缆保护器、电话机保护器等。若按封装及内部结构可分为：轴向引线二极管、

7、双列直插TVS阵列(适用多线保护)、贴片式、组件式和大功率模块式等。　　　　　　半导体放电管：半导体放电管的工作状态如同一个开关。在断开状态下，其漏电流IDRM极小(＜5μA)，不会影响与其并联的被保护电路的正常工作。当瞬间过电压超过其断态峰值电压VDRM时，产生瞬间雪崩效应，一旦瞬间电流超过开关电流IS，其电压即降为导通电压VT(＜5V)，大量的瞬间浪涌电流就此傍路，因而保护了并联的敏感电子线路。浪涌之后，当电流降到最小维持电流IH值之下时，半导体放电管自然恢复，回到其阻断状态。　　　　　　从以上分析