电子设备内部电路的过电压防护分析与研究

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1、电子设备内部电路的过电压防护分析与研究罗骕翾(南京气象学院电子工程系,南京210044)摘要随着微电子技术的迅速发展，计算机等电子设备得以广泛应用，但是由于其耐压能力弱，过电压成为损坏这类弱电电子设备的重要因素，因此过电压的防护十分重要。本文着重叙述了电子设备内部电路的过电压防护原理和保护电路，并对在保护中遇到的问题进行分析和解决。AbstractAlongwiththequickdevelopmentinmicro-electronicstechnical,theapplicationofthe

2、equipmentsinelectronicsandcomputersarewidelyused.Theprotectionoftheovervoltageisbecomingveryimportantbecausetheovervoltagehasturnedintotheimportantfactorindamagingthistypeofequipmentswhichabilityinenduringovervoltageisveryweak.Thistextemphasizeonthepr

3、otectingcircuitandtheprincipleoftheinternalelectriccircuitthatprotecttheelectricequipments.Resolveandanalysistheproblemswhichmaymeetinprotection.关键词电子设备电路过电压防护雷电KeyWordselectronicsequipmentscircuitovervoltageprotectionLightning引言　　随着国民经济的不断发展，计算机技术(Co

4、mputer)、控制技术(Control)、通讯技术(Communication)、显示技术(CRT)等得以快速发展和广泛应用，但是由于这些设备大量采用高度集成化的CMOS电路和CPU单元，其对暂态过电压的承受能力大幅降低，成为受雷电损害的主要设备。所以对电子设备采取有效的保护措施是非常必要的，明析暂态过电压产生途径和危害是正确采取防护措施的前提。一、暂态过电压的产生暂态过电压是指在微妙至毫秒之内所产生的的尖峰冲击电压第10页共10页而非一般电源上的所谓过压(一般电源过压可能维持数秒及以上)，暂态

5、过电压有两种产生途径：雷击和电气开关动作。1、一般构筑物避雷网只能保护其本身免受直击雷损害，雷击会通过以下两种方式破坏电子设备：①直击到电源输入线，经电源线进入而损害设备，因电力线上安装的各种保护间隙和电力避雷器，只可把线对地的电压限制到小于6000伏(IEEEC62.41)，而线对线无法控制。②以感应方式(电阻性、电感性、电容性)耦合到电源、信号线上，最终损害设备。2、当电流在导体上流动时，会产生磁场存储能量并与电流大小和导线长度成正比，当电器设备(大负荷)开关时会便产生暂态过电压而损害设备。二

6、、暂态过电压对电子设备的危害　　暂态过电压使电子设备讯号或数据的传输与存储都受到干扰甚至丢失，至使电子设备产生误动作或暂时瘫痪；重复影响而降低电子设备寿命甚至立即烧毁元器件及设备。这一切都会给生产和工作带来较大损失。三、过电压保护的基本原理在暂态过电压存在的极短时间内，在被保护区域内的所有导电部件之间建立起一个等电位。这种导电部件也包括电路中的有源导线。人们需要响应速度快于微秒的元件，对于静电放电甚至快于毫微秒。这种元件能够在极短的时间间隔内，将非常强大直到高达数倍于十千安的电流导出。四、各类电路

7、的过电压防护1、信号电路的过电压防护①基本信号电路的过电压防护电子设备的过电压防护应该遵循两个基本原则：一是保护装置能够尽快尽量地讲过电压及过电压波泄放拦截，尽可能不让过电压及过电压波通过耦合、转移、感应等方式传输到电子设备上，使电子设备受到威胁；二是保护装置应该尽可能地不影响正常信号的传输，不影响电子设备的正常工作。现在以雷电暂态过电压为例，叙述高频电路的过电压防护。首先，我们通过对雷电流的频谱分析知道：雷电流主要分布在低频部分，且随着频率的升高而递减。90%以上的雷电能量分布在频率为10kHz

8、以下。也就是说，知要防止10kHz以下频率的雷电流窜入，就能够将雷电流的能量削减90%以上。根据这一性质，可以采用将高频信号与雷电流分离的方法，使雷电流引入大地而基本上不损耗正常信号。其基本原理如图1所示。第10页共10页由电工学原理可知，电容器的容抗为Xc=1∕ωC=1∕2ЛfC，与频率成反比；电感器的感抗为Xl＝ωL＝2лfl，与频率成正比。式中ω为电源的角频率，单位为弧度／秒，f为电源频率，单位为Hz。对一个高频信号来讲，很容易通过电容C进入电子设备，而分布在较低频率上的雷电