經(jīng)典雷擊浪涌防護方案設計思路分析

 雷擊浪涌防護在電路保護領(lǐng)域內是**的主角，尤其在電源設備、安防設備、通信基站、通信鐵塔、通訊設備、交通設備等防護方案中，電子工程師必須優(yōu)先考慮雷擊浪涌防護。室外環(huán)境的復雜性，在雷雨天氣增多的情況下，尤其要注意雷擊浪涌的防護。雷電及浪涌電壓電流的幅值都是極高的，而且具有極高內阻的電流源相近的電流特性，因此在進(jìn)行雷擊浪涌防護方案設計時(shí)，工程師可以多往這些方面靠。雷電及浪涌防護的基本原則是使雷電及浪涌所包含的能量按照預先設定好的方式和途徑順利的泄放。在將來(lái)，由于種種原因，浪涌防護產(chǎn)品將變得越來(lái)越普及。即：集成密度的提高必然伴隨著(zhù)電路中元器件(集成電路，三極管，二極管，電阻等)臨界載荷值的降低；由于使用先進(jìn)的生產(chǎn)機械，有必要增加生產(chǎn)過(guò)程的**性；電子設備的應用中，要注意露天設備(如帶有智能傳感器的設備)的保護；核爆炸產(chǎn)生的電磁脈沖危害(NEMP)：這只是核爆炸產(chǎn)生的不可避免的次要結果，它能損壞所有電子設備。

常見(jiàn)的防護方法是電路的關(guān)鍵部位采用過(guò)電壓和浪涌的防護器件，使過(guò)電壓和浪涌通過(guò)防護器件旁路到大地，從而讓電路的瞬變電壓和浪涌幅度大大降低。浪涌防護的關(guān)鍵有兩個(gè)，一個(gè)是防雷方案的設計，另一個(gè)重點(diǎn)就是浪涌防護器件的選擇。碩凱電子作為具有十年以上防雷器件供應的電子防護專(zhuān)家，特意整理了一份防雷防護方案匯總，并附有相關(guān)防雷器件選型要點(diǎn)。

<一>百兆網(wǎng)防雷方案 

一、條件：1. 網(wǎng)絡(luò )耦合器內置于RJ45 座子內，但有中間抽頭引出；2. 要求通過(guò)通訊行業(yè)常規雷擊等級，共模4KV，差模500V；3. 無(wú)接大地條件。

二、方案：     如上圖，網(wǎng)絡(luò )耦合器T1 內置在RJ45 座子里，中間抽頭引出接RC 濾波電路，放電管GDT 并在RC 電路兩端；由于該放電管接在網(wǎng)絡(luò )耦合器的抽頭對地，所以此器件只能防護共模雷擊。    

網(wǎng)絡(luò )耦合器后面是TVS1、TVS2，分別并在兩組線(xiàn)路的兩線(xiàn)間，用于抑制差模間的殘壓。    

TVS 管后面是退耦電阻，加上可降低殘壓，減少雷擊殘壓對后級芯片的損害；此電阻可以不添加。

三、方案器件：

 GDT-陶瓷氣體放電管：UN1812-90CSMD2. TVS-瞬態(tài)抑制二極管：ESD03V32D-LC

四、方案等級：國際標準 IEC61000-4-5 ( 10/700us ) 第四級 共模：4KV 差模：0.5KV

<二>485 防雷方案 

一、條件：1.工作電壓5 V。2.通過(guò)2KV 雷擊測試。3.需要過(guò)流保護。4.無(wú)接大地條件。

二、方案：     如圖，自恢復保險絲PTC4、PTC5 可以起到退耦和過(guò)流保護的作用；瞬態(tài)抑制二極管TVS7 可以起到差模保護，若后級芯片差模殘壓承受能力強，可省略。瞬態(tài)抑制二極管TVS4、TVS5 可以起到共模保護作用，差模保護TVS7省略后可以起來(lái)差模保護，但殘壓會(huì )提高。

三、方案器件：

 TVS-瞬態(tài)抑制二極管：SMBJ6.0CA2. PTC-自恢復保險絲：SC250-120U

四、方案等級：國際標準 IEC61000-4-5 （ 10/700us ） 第四級 差模2KV

<三>I/O 接口防雷方案

一、條件：1. 無(wú)接大地條件2. 無(wú)特殊要求

二、方案：     如圖，退耦電阻R6 可以起來(lái)降低殘壓的作用，可以省略；瞬態(tài)抑制二極管TVS3 可以鉗位I/O 口與工作地間的浪涌電壓，反應時(shí)間在皮秒級極低殘壓。

三、方案器件：    

TVS-瞬態(tài)抑制二極管：SMBJ6.0CA四、方案等級：    國際標準 IEC61000-4-5 （ 10/700us ）第四級 差模：2KV

<四>電源接口防雷方案 

一、條件：1. 輸入電壓12V。2. 需要過(guò)流保護。3. 需要防護雷擊0.5KV。

二、方案：    如圖，PTC3 是過(guò)流保護自恢復保險絲，對于浪涌也可以起到退耦的作用；TVS6 是過(guò)壓保護瞬態(tài)抑制二極管，用于保護電源浪涌非常常用。

三、方案器件：   

 1. PTC-自恢復保險絲： SCF60-050   

 2. TVS-瞬態(tài)抑制二極管：SMBJ15A

四、方案等級：    國際標準 IEC61000-4-5 （1.2/50us、8/20us 組合波）**級 差模 0.5KV    

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