導語：如何才能寫好一篇浪涌電流，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關鍵詞：大功率電源；浪涌電流；浪涌抑制

中圖分類號：TM344 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）02-0140-03

1 引言

大功率電源已經成為一些工業設備例如電力和控制系統的關鍵部分。大功率電源由于輸入濾波電容較大（數千至數萬微法），會導致電源在啟動瞬間形成數倍乃至數十倍于額定值的浪涌電流。浪涌電流過大會使大功率電源前端的空氣開關、繼電器、整流管等器件承受過大的工作流，嚴重時導致器件過早失效或壽命降低。近年來，由于大功率電源的應用不斷增加，許多浪涌電流抑制技術和產品應運而生?；诶擞恳种齐娐返募夹g發展，本文介紹了一種大功率電源浪涌電流抑制電路的設計，這種電路與傳統的浪涌抑制電路相比，浪涌電流大大減少，同時其所用元器件數量較少、控制簡單、功耗低、性能可靠。

2 浪涌電流的成因分析

圖1為傳統電源輸入端電路原理圖。

電路啟動瞬間，電容C1開始充電，由于電容充電初期內阻很低，導致電流迅速增加，形成浪涌電流，浪涌電流最大值可通過公式（1）近似估算：

（1）

其中

k：整流系數；

Uin：交流輸入電壓；

f：整流后的脈動電壓頻率（單相按100Hz計算，三相按300Hz計算）；

R：線路電阻；

C：電容容量；

L：電感感量。

由上式可以看出，浪涌電流If與輸入電壓Uin和電容容量C成正比，與線路電阻R及電感L成反比。由于大功率電源通常使用的初級濾波電容容量較大（通常幾千微法至幾萬微法）而線路電阻因為使用較粗的導線而較低（通常幾十到幾百毫歐），因此電源啟動時會形成較大的浪涌電流。以下是20kW大功率電源產品（輸入380V，初級濾波電容5000uF）浪涌電流實測值（使用500A電流傳感器進行測試，峰值電壓25.2V，換算成電流約為300A，持續時間4-6ms）：

從圖2可以看出最大浪涌電流已經突破200A，而該電源每相額定電流值僅為30A，浪涌電流約為額定值的7倍，在這種情況下工作，大功率電源前端的器件必須留有充足的余量，同時由于器件頻繁在開機瞬間受到大電流沖擊，容易導致器件壽命下降。

3 傳統浪涌抑制電路的做法

根據上述浪涌電流成因的分析，傳統浪涌電流抑制電流有2種做法。

3.1 增加負溫度系數的熱敏電阻限制啟動時的浪涌電流

圖3是利用NTC電阻限制浪涌電流的經典電路（NTC加在交流側或直流側均可）。

負溫度系數熱敏電阻NTC是一種熱敏器件，常溫下電阻較大，利用自身的高阻特性抑制浪涌電流，通電后由于自身損耗產生熱量，其阻值也隨之降低，因此在正常工作狀態下的功耗也會隨之降低。

該方法優點為電路非常簡單，只需串入一只NTC電阻即可。缺點為：1）由于NTC為熱敏器件，因此在關機后立即再次啟動電源，由于NTC已經處于高溫狀態，會導致NTC失去浪涌電流抑制效果。2）由于NTC為串聯在回路中的電阻，因此在大功率場合下（幾十安至幾百安），即使NTC電阻阻值下降到幾十毫歐級別，造成的功率損耗依然十分巨大。同時導致電源內部發熱，影響其它器件壽命。因此該方法一般僅適用于小功率場合（功率小于10kW），并需要在控制端增加延時啟動電路。

3.2 增加電感限制啟動時的浪涌電流

圖4是利用電感限制浪涌電流的經典電路。

由公式（1）可以看出浪涌電流與線路電阻R及電感L成反比，增加電阻R或者電感L都可以有效降低浪涌電流。但通常在線路中增加電阻阻值會帶來極大的能量損耗和熱耗，因此可以通過增加電感L對浪涌電流進行抑制。

電感是一種磁性器件，可以將電能轉化為磁能進行存儲，同時具有抑制電流突變的作用，通電之后，電感可以在一定程度抑制電容產生的浪涌電流。該方法缺點如下：

1）電感感量與線圈匝數的平方成正比，在獲得較大的感量的同時線圈匝數也必須相應提高，在大功率電路中，由于電流較大，所選用的鐵心和銅線體積也較大，在實際電路中由于體積有限因此很難將感量做到很大，通常僅能維持在幾百微亨至幾毫亨，對限制浪涌電流而言作用十分有限。

2）電感作為元器件串聯在回路中，產生銅損和鐵損形成發熱。

4 新型浪涌抑制電路運行和計算

與傳統浪涌電流抑制電路相比，圖5所示的新型浪涌電流抑制電路在整流之后增加一只電阻和輔助開關即可達到抑制浪涌電流的作用。

電路工作原理如下：主開關為K1，輔助開關為K2，限流電阻為R1，電路啟動時打開主開關K1，此時電路進入預充電模式，由于限流電阻R1的存在，電容C1產生的浪涌電流大大減少。待電容C1充入部分電量后，輔助開關K2打開，此時電路進入正常工作模式，將限流電阻R1短路，由于電容C1中已充入部分電量，接入主電路后，同時啟動后，限流電阻通過輔助開關K2短路，并不串聯在主回路當中，減少了限流電阻的發熱。

上述電路關鍵參數的選?。?/p>

1）輔助開關打開時間T。輔助開關打開越晚，電容C1通過電阻R1的充電就越充分，主回路正常啟動時的浪涌電流就越小。通過RC電路充電計算公式可以得出3-5RC后電容幾乎充滿電，2RC時即可沖到85%以上。

因此在條件允許的情況下，盡可能將K2打開時間控制在大于2倍RC以上。

2）輔助開關的電流容量。采用浪涌抑制電路后，輔助開關的電流容量只需要滿足主回路額定工作要求即可。

3）限流電阻R1的選取。電路最大浪涌電流取決于直流端電壓Vd和限流電阻R1的大小，Imax=Ud/R1，電阻R1的選取只需滿足Imax小于額定工作電流即可。

5 試驗結果

試驗以20kW大功率電源作為試驗平臺，初級濾波電容C1=5000uF，限流電阻R1=4.7kΩ/50W，輔助開關延遲打開時間為1min，采用浪涌抑制電路后輸入電流如圖6所示，可看出無論是浪涌電流的峰值還是持續時間均得到了減小。通過試驗驗證了該拓撲結構的合理性。

6 結論

本文對大功率電源中浪涌電流的成因及經典浪涌電流抑制電路的優缺點進行了分析，提出了新型浪涌電流抑制電路的拓撲結構并對關鍵的工作參數進行了解析。所運用的元器件較少，損耗低，在大功率電源設備中應用前景廣泛。

參考文獻

篇2

關鍵詞：浪涌電流；限流器件；STIL02；PFC應用

在脫線變換器啟動期間，因對大容量電容器充電會產生一個大電流。這個大電流比系統正常電流大幾倍乃至幾十倍(即所謂浪涌電流)，而這可能使AC線路的電壓降落，從而影響連接在同一AC線路上的所有設備的運行，有時會燒斷保險絲和整流二極管等元件。因此，必須對其加以限制。

限制浪涌電流的最簡單方法是在系統AC線路輸入端串聯一只NTC熱敏電阻。由于在冷啟動時，NTC熱敏電阻呈現高阻抗，因而將使涌入電流得到限制。而當電流的熱效應使NTC熱敏元件的溫度升高，NTC阻值急劇下降時，對系統的電流限制作用會較小。同時，由于NTC熱敏電阻在熱態下的阻抗并不是零，故會產生功率損耗，從而影響系統的運行效率。還有一個問題是NTC熱敏電阻在熱態下重新啟動時，對浪涌電流起不到限制作用。為此，可在系統啟動之后，利用SCR等元件將NTC熱敏元件短路。

1基于HCRB的電流限制器STIL02

在傳統浪涌電流限制電路中，HCRB被認為是較為先進的一種電路，其基本結構如圖1所示。HCRB電路是在橋式整流器上部二極管D1、D2和限流電阻(Rinrush)之間并接兩個SCRS(SCR1和CSR2)，以組成SCR／二極管混合橋路，從而在系統(PFC升壓預變換器)啟動期間使浪涌電流通過D1、D2和Rinrush并被Rinrush(NTC)限制。當大容量電容器完全充電后，AC電流通過觸發的SCR1、SCR2和D3、D4整流而將D1、D2和Rinrush短路。

基于HCRB電路，ST公司利用專門的ASDTM工藝研制出新型浪涌電流限制器件STIL02。該器件內置兩個非靈敏單向開關和驅動器電路，如圖2所示。這種采用5引腳小型單列直插式(PENTAWATTHV2)封裝的器件，在使用時可將腳L(1)連接到AC線路的火線上，腳N(5)連接AC線路的地線上。而它的其余3個引腳中，OUT(3)為輸出端，PT1(2)和PT2(4)為觸發輸入端。

STIL02的重復正向和反向截止電壓達700V，輸出平均電流Iout(AV)為2A，具有dV／dt＞500V／μs的高抗擾性能和較小的功率損耗。

與HCRB電路比較，STIL02解決了功率損耗與抗擾性之間的矛盾。眾所周知：SCR分為靈敏和非靈敏兩類。如果HCRB中SCR采用靈敏型器件(觸發電流小于100μA)，盡管其反向漏電流和反向損耗都很小，但實際上還是不可行。原因是其抗擾性太差，dV／dt僅約10V／μs(加進阻尼電路也只有約100V／μs)，而系統啟動時在前端產生的窄振蕩脈沖電壓上升速率dV／dt通常將近300V／μs。如果HCRB中的SCR采用非靈敏器件(觸發電流為幾個mA)，雖然dV／dt可達200V／μs(附加阻尼電路將近400V／μs)，但其反向漏電流和反向損耗比靈敏型SCR約高100倍。而STIL02的功率損耗與靈敏SCR相同，但抗擾性是所有類型的SCR都不能比擬的(其dV／dt可達1000V／μs以上)。

2應用電路及工作原理

SITL02應用在PFC升壓變換器前端的連接電路如圖3所示。當該電路在室溫下冷啟動時，STIL02中的兩個單向開關是斷開的，浪涌電流通過橋式整流二極管和涌入電流限制電阻R4(NTC)對PFC輸出電容C7充電。一旦PFC變換器導通，那么由升壓電感器的次級繞組(n2)、二極管D1和D2、電阻R3及電容C1、C2、C3組成的輔助電源(實際上作為STIL02的驅動電路使用)將會提供足夠的能量，以驅動STIL02的兩個開關以使其導通，從而使AC電流通過兩個開關和橋式整流器下的兩只二極管整流。

如果AC線路脫落，輸入電流突然消失，電容器C3不再充電，其電壓降低。一旦STIL02腳PT1和PT2上的輸入驅動電流低于觸發電流門限電平，內部兩個單向開關就會斷開。而當AC線路恢復輸入時，對C3充電的涌入電流將通過R4(NTC)被限制。

圖2和圖3

3設計舉例

設PFC升壓變換器工作在臨界模式(CriticalMode)且技術要求如下：

最大輸出功率Pout(max)為85W；

輸入AC電壓為85～264Vrms(50／60Hz)；

經調節的DC輸出電壓Vout為400V；

峰值涌入電流Ipeak小于30A(＠Ta＝25℃)；

系統效率η為80％；

最大開關頻率fs(max)為365kHz。

根據上述條件，可選擇L6561為PFC控制器。

3．1主要功率元件的選擇

ST公司生產的浪涌電流限制器件除STIL02外，還有STIL04。其中STIL02的平均輸出電流為2A，STIL04則為4A。在PFC升壓變換器中，可以認為橋式整流器的輸入電流為正弦電流，故通過浪涌電流限制器件的平均電流為：

因此，對于本設計，可選用STIL02來進行浪涌電流限制。

在系統啟動之后的穩態條件下，由于R4被STIL02短路，故R4的溫度不會升高。然而，環境溫度應盡可能低一些，才能保持R4有足夠高的等效阻值以限制浪涌電流。由于在冷啟動時要求通過R4的峰值電流為30A，R4的阻值可選10Ω。

在穩態條件下，橋式整流器上部的兩只二極管將被STIL02的兩個開關短路，因此，僅有下部的兩只二極管工作。同時，由于通過二極管的平均電流與STIL02相同(1．12A)，因此，可選平均電流高于1．12A的二極管，推薦采用4A／800V的全橋整流器。

3．2STIL02驅動電路的元件參數

STIL02驅動電路元件參數的設計主要有：升壓電感器輔助繞組匝數n2的計算、以及電容和電阻的參數設計等。對于圖3電路，根據上述設計要求，其參數設計為：C1、C2為330nF，C3為10μF，R1和R2為0．33Ω，輔助繞組匝數n2可選3匝。

4結束語

用STIL02(或STIL04)替代傳統浪涌電流限制元件或電路的主要優點如下三點：

(1)尺寸較小，器件體積比單只SCR稍大一點，由于僅有5個引腳。用其替代HCRB電路，可以省略HCRB電路中兩只SCR的控制極觸發電路，因此，有助于提高電源變換器功能密度。

篇3

關鍵詞：機載電子設備；雷電防護；浪涌保護

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）29-0235-03

機載電子設備由于在空中執行任務的時間長、所處的地理位置高等特點，導致機載電子設備遭受雷電危害的概率大大增加。機載電子設備由于安裝在設備艙內，一般不會遭受直擊雷，大部分危害來自于感應雷。感應雷可在機載電子設備的電源線、信號線上感應出過電壓、過電流，由于其瞬變時間極短，所以具有很強的破壞性。感應雷產生的感應電磁脈沖可干擾數據通信，甚至影響電子設備的性能、壽命或直接損毀，因此雷電防護設計已經成為機載電子設備設計的一個重要組成部分。

1雷電防護要求

雷電防護是新品研制的一項重要指標，應作出詳細的計劃與安排，必須根據自身的特點采取適當的防護措施，盡可能減少雷電對機載電子設備的危害。國外標準主要包括美國宇航工業推薦標準《SAE ARP5412飛機雷電環境和相關試驗波形》、《sAE ARP5414飛機雷電分區》和《sAE ARP5416飛機雷電試驗方法》等。國內軍用飛機雷電防護要求《GJB2639-1996軍用飛機雷電防護》，雷電防護鑒定試驗標準包括《GJB3567-99軍用飛機雷電防護鑒定試驗方法》和《HB6129-87飛機雷電防護要求及試驗方法》。

2雷電防護措施

雷防護的目的是減少雷電對機載電子設備的損害，雷電防護的主要措施有以下幾項。

2.1接地

接地是雷電防護的基礎，它的目的是雷電流通過低阻抗接地系統向大地釋放，從而保護電子設備和人員的安全。雷電的破壞作用主要是雷電流引起的，雷電流是一個幅值很大、陡度很高的沖擊波電流。要想達到良好的防雷效果，接地電阻必須越小越好。良好的接地是防雷成功的重要保證之一。

2.2屏蔽

屏蔽的主要作用是減少電磁干擾。機載電子設備設計一個金屬外殼，并且有效接地，使其發揮一定的屏蔽作用。同時將信號線、電源線采用屏蔽電纜或穿金屬管屏蔽，同時需要沿線路多點接地。

2.3等電位聯接

等電位聯接就是將設備艙內各種電子設備搭接起來，讓設備之間的電位相等或相近，從而消除或減少設備間電位差引起的破壞。

2.4浪涌保護

浪涌保護是雷電防護的最后一道防護墻，它主要是防止雷電波從信號線、電源線入侵造成各設備的損壞。在進入機載電子設備的信號線、電源線上加裝相應的浪涌保護器，提供瞬間浪涌回路，將浪涌能量導人參考地，將線路上的電壓箝制在安全范圍內，從而起到保護機載電子設備的作用。

3雷電防護器件選用

為了避免雷電產生的浪涌電壓損害電子設備，需要將浪涌電壓控制在一定的范圍內。浪涌器件工作的基本原理是，當它的兩端經受瞬間的高能量沖擊時能以極高的速度把兩端間的阻抗值由高阻抗變為低阻抗，吸收瞬間大電流，把它的兩端電壓箝制在一個預定的數值上，從而保護后面的電路元件不受瞬態高壓尖峰脈沖的沖擊，從而使后級電子設備可靠工作。常用的浪涌器件有氣體放電管、壓敏電阻、TVS管等器件。根據不同的應用場景選用不同的浪涌器件及他們的組合電路，浪涌器件選用注意事項如下：

3.1響應時間

響應時間就是當過電壓出現時，浪涌保護器件由高阻態變為導通狀態，高峰值脈沖電流通過的時間一般稱的響應時間。同樣，當過電壓消失時，保護元件應從低電阻導體迅速變為高阻值絕緣體。響應時間反映了電壓保護元件對于快速脈沖的響應能力，在實際應用中只有響應時間小于線路過電壓的上升時間，才可具有過電壓抑制功能。同時對于高頻信號，只有快速地恢復狀態，才能保證線路信號的接收與傳輸的效率，所以高頻信號需要選擇響應時間短的器件。

3.2最小擊穿電壓

最小擊穿電壓是1mA電流流過浪涌保護器件時，相加在器件兩端的電壓值。為了保證電路在正常的工作范圍內，最小擊穿電壓必須大于被保護電路的最大額定工作電壓。

3.3最大箝位電壓

峰值電流流過浪涌保護器件時，其兩極的最大峰值電壓為最大鉗位電壓。為了良好的保證被保護電路不受損害，選擇的浪涌保護器件的最大限制電壓，一定要小于電路的耐壓水平。

3.4通流容量

通流容量是指在規定的條件下，允許通過的最大峰值電流值。在實際應用中，浪涌保護期間所吸收的浪涌電流應大于產品的最大通流量，所吸收的浪涌電流幅值應小于手冊中給出的產品最大通流量，從保護效果出發，要求所選用的通流量大一些。

3.5使用壽命

浪涌保護器件的使用壽命是有限的，在一定峰值電流的浪涌電流沖擊下，只能動作有限次，而且每次動作后，性能都會下降。所以，對于這些器件一定要查看廠家提供的相關的壽命曲線圖，使器件有足夠的峰值電流裕量，保證器件有足夠多的動作次數。

4雷電防護設計

4.1接地設計

在機載電子設備的機箱外殼上設計接地點，安裝接地端子，便于和飛機地連接。盡可能降低接地線的高頻阻抗，選用寬厚、扁平的導線。機箱內部的零部件采用導電氧化處理，降低接觸面的阻抗，提供一個低阻抗接地系統。

4.2屏蔽設計

采取電磁濾波、抑制輻射源、切斷傳播途徑等措施，來提高設備的電磁屏蔽性能，減小電磁干擾。在機箱上安裝了電源濾波器，電連接器進入機架后先通過濾波器進行濾波，提高了電磁兼容性能；在箱蓋板與箱體間設計低電阻的導電密封材料進行密封，減少對內的電磁干擾及對外的電磁輻射；對于機箱上的風孔可以采用蜂窩狀屏蔽網或者采用小孔陣列，既可以保證通風也可以屏蔽；采用帶有濾波功能的航空連接器，切斷傳導途徑。

4.3浪涌保護設計

在接口電路中增加浪涌保護電路。根據不同的信號類型，電平幅值，通信速率采用不同的浪涌保護器件或者組合電路，常用的方法是將浪涌器件和被保護信號并聯，將器件放置在靠近信號人口的位置，保護后級電路在雷電環境下的安全。

5雷電防護驗證

雷電防護措施的可靠性、有效性應通過試驗來驗證。國內軍用飛機雷電防護試驗方法、試驗條件和過程執行主要參考《GJB3567-1999軍用飛機雷電防護鑒定試驗方法》，《HB6129-87飛機雷電防護要求及試驗方法》進行。

5.1驗證流程

雷電防護設計是一個不斷驗證改進的過程，基本的驗證流程如圖1所示。

5.2雷電試驗

以某型核心處理機為例，在實驗室條件下進行雷電間接效應模擬試驗，根據系統要求確定試驗方法、試驗波形和電平參數，具體見表1～表4所示。

試驗結論：核心處理平臺在雷電試驗的過程中功能正常、性能穩定，通過了雷電試驗的考核，達到了系統雷電防護的要求。

篇4

AS1331采用4開關架構，效率高達90％，輕負載時的靜態電流低至22μA。在關斷模式下，AS1331可完全斷開輸入和輸出，關斷電流僅有100nA，從而進一步延長了電池使用壽命。AS1331在1.8～5.5V的輸入電壓范圍內可提供2.5～3.3V可調輸出電壓。為減少外部元件數及縮小電路板空間，器件還提供了2.5、3.0和3.3v多種固定輸出電壓版本，精度可達±3％。在一節鋰離子電池輸入電壓范圍內，AS1331可供出300mA電流。AS1331外配2個小型電容和單個片狀電感，可為電池供電應用提供所需的小尺寸、超薄占位解決方案。

austriamicrosystems

電話：0512-6762-2590

http:／／

初級端調節PWM控制器

FSEZ1016A是集成了一個初級端調節PWM控制器和一個功率MOSFET的EZSWITCH PSR PWM控制器，而FAN100是一個初級端調節PWM控制器。FSEZ1016A和FAN100具有專有的節能模式，提供關斷時間調制功能，以線性方式減小輕負載狀況下的PWM頻率。另外，它們還通過減少次級端反饋電路和組件，最大限度地減小功耗(無負載下待機功耗

Fairchild Semiconductor

電話：0755-8246-3088

配備數字接口的輸入功率監控器IC

IR3725是為12V電源而設的多功能輸入功率、電壓和電流監控器IC。它采用已申請專利的TruePower技術，在串行數字接口上于特定區間輸出平均功率，不像同類解決方案需要依賴昂貴的A／D轉換器來量度系統的功率。系統控制器以新器件提供的數據，體現極佳的整體功率消耗，達到1％的基準電流精度。

International Rectifier

電話：010―6803―8195

過壓保護穩壓器和浪涌電流限幅器

LT4356－3是一個新的可選版本，在故障情況下提供鎖斷工作。它也是一個產品系列的最新成員，這個產品系列用來抑制高壓浪涌和電流，以保護下游電子組件免受損壞。性能特點：電壓范圍為4～80V，可調輸出鉗位電壓；浪涌電流限制；反向輸入保護至－60V,可調故障定時器；故障輸出指示，備用放大器用于電平檢測比較器或線性穩壓器控制器，過流保護；－55～+125℃工作。

Linear Technology

電話：00852-2428-0303

Email：.cn

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針對超級電容LED相機閃光應用的4A單芯片驅動器

CAT3224是4A超級電容發光二極管(LED)閃光驅動器。其支持三項關鍵功能：精密的超級電容充電控制、電流放電至LED閃光的管理，以及為LED手電筒模式提供恒流。CAT3224以模擬控制輸入電路上的外部電阻進行簡單編程，吸收達4A的LED閃光脈沖電流及達400mA的手電筒模式電流。這器件集成了雙模1x／2x電荷泵，這電荷泵將堆疊的超級電容充電至5.4V額定電壓，同時主動平衡控制電路確保兩個超級電容單元的電壓在充電周期匹配。

篇5

關鍵詞：SPD；智能樓宇；防雷設計

中圖分類號：TU7 文獻標識碼：B 文章編號：1009-9166（2011）020(C)-0165-01

引言：當前，建筑的智能化取得長足進展，與此對應，建筑的防雷技術也將進入到一個嶄新的時期，在實際應用中，要充分考慮雷擊的物理性能及其作用原理。雷擊是一種強大的放電現象，其周圍將產生電磁場的變化，并有電磁輻射現象，將對其周圍的電子元器件等造成損壞。依據電磁兼容學的觀點，對智能樓宇應進行多級保護，通常意義上講，完整的防雷系統包括接閃器、屏蔽網、避雷針（帶）、等電位連接和浪涌保護器SPD（Surge Protection Device）等，其中SPD使用靈活方便，即適用于新建的建筑，也能用于已有建筑的改進，在西方國家已經廣泛應用，值得大規模推廣。

一、SPD的原理和類型

SPD，指浪涌保護器，國內最先將其成為電壓保護器，之后在國家標準GB50057建筑物防雷設計規范中，將其統一稱為浪涌保護器，這是由于SPD不僅能夠抑制過壓的功能，還可以對浪涌電流進行分流，因此稱為電壓保護器，對其功能概括不全。

SPD通常包括氣體放電管、半導體放電管、齊納二極管、放電間隙、保險絲和濾波器等元件構成。按照用途劃分，可將其分為信號浪涌保護器和電源浪涌保護器等；而按照工作原理的不同，又可以分為電壓開關型、限壓型和組合型等三種。

電壓開關型SPD，也叫短路開關型，在常態時為高阻態，而當電壓浪涌到達一定值后，跳變為低阻態，這種浪涌保護器一般使用充氣放電管、放電間隙和閘流管作為其組成元件。這種SPD的特點是放電能力強，但殘余電壓高，一般可達2―4kV。適合安裝在樓宇中相鄰區域的結合處，可以最大程度消除浪涌電流。

限壓型SPD，也叫做鉗制型SPD，在在常態時的表現同樣為高阻態，隨著電壓和浪涌電流的不斷增加，其阻抗會逐漸變小。這種浪涌保護器一般使用抑制二極管和壓敏電阻等作為其組成元件。其特點是殘余電壓比較低，一般為0.9―1.5kV。在進行過壓保護時，具有逐級限制電壓的作用。

組合型SPD，顧名思義，是由電壓開關型SPD和限壓型SPD混合而成，兼具二者的優點。其利用限壓型SPD對浪涌反應速度快的優勢，在普通雷電的過壓保護時，由限壓型SPD工作，其放電電流很大，可以達到10―20kA。如果遇到量級很大的過電壓，由限壓型SPD組成的電路保險絲將斷開，由電壓開關型SPD對雷電進行過電壓保護。

二、使用SPD應考慮的主要問題

1、電網最高運行電壓Usmax。為了使智能樓宇中電氣設備免遭雷擊過壓的危害，電涌保護器SPD的電壓保護水平Up必須一直小于電氣設備能夠忍耐的電壓Uchoc，而且要大于電網的最高電壓Usmax。

2、選用SPD的注意事項。（1）如前所述，電涌保護器SPD的電壓保護水平必須一直小于電氣設備能夠忍耐的電壓，即Up＜Uchoc；（2）若進線端的電涌保護器SPD的電壓保護水平與電氣設備能夠忍耐的電壓相比要大得多，那么應該在電氣設備處再裝一個浪涌保護器；（3）浪涌保護與智能樓宇電氣設備兩端的引線要盡量短，一般應在0.5m之內；（4）對于一般的電氣設備，為了能夠對其進行最好的保護，就需要即可以承受高電流，又能夠有小的殘壓，此時最好的辦法是作一級和二級保護，其中一級保護要求可以承受大電流，可以迅速滅弧。而二級保護則用來減小殘余電壓；（5）當進線端浪涌保護與智能樓宇電氣設備間的距離超過30m時，就應該在離電氣設備盡量近的地方，安裝另外一個浪涌保護器。這是由于電纜的距離很長，假如不加一級保護，那么上一級SPD上的殘余電壓，再加上感應電壓，就可能對電氣設備造成損害，起不到防護作用；（6）對于電源系統的防雷保護，通常應該進行3～4級防護，在電源端的進線端，安裝一級浪涌保護器，通常選用三相的電壓開關型SPD；在重要設備的電源進線端，裝2～3級的浪涌保護器，通常選用限壓型SPD；在末端配電處，安裝4級浪涌保護器，通常也選用限壓型SPD。使用SPD的具體級數，要根據建筑物的防雷等級來決定。

3、SPD安裝的位置和連接導線要求。（1）對于電源系統，各級SPD要分別安裝在設備電源線的前端處，浪涌保護器的接線端要分別和配電箱中對應的端子相連。浪涌保護器的接地端也要和配電箱中的接地線接地端子板相連，而接地端子板還要與其所處防雷區域的等電位體端子板相連。（2）對于有接線端子的浪涌保護器，要使用壓接；而對于有接線柱的浪涌保護器，則應使用線鼻子與接線柱進行連接。（3）對于安裝在電路上的浪涌保護器SPD，前端要加裝一個空氣開關或保險絲等過流保護裝置。

4、其他因素。除了以上介紹的幾個需重點考慮的因素外，SPD的選擇使用還要綜合以下幾個方面進行考慮：容量必須滿足要求，相應的時間要盡量快，要具備良好的可維護性，具有長壽命指標，價格有競爭力等。

結論：現代智能樓宇中，防雷設計不容忽視，傳統的防雷技術難以滿足智能建筑的要求，浪涌保護器SPD由于其突出優勢，其應用將逐漸廣泛。在選擇和使用SPD的過程中，必須吃透技術，對相關指標理解透徹，在施工過程中注重細節，如此才能使其作用發揮到最優。

作者單位：廣東中信建江工程有限公司

參考文獻：

[1]劉子剛,李陽斌,鄧朝陽.SPD在低壓配電系統中的雷電防護應用[J].中國電力教育,2009,(01).

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【關鍵詞】嵌入式電路；熱插拔；接口設計

熱插拔的概念來源于我們的桌面PC，其一般定義為將設備板卡或模塊等帶電接入或移出正在工作的電腦[1]。嵌入式系統中的熱插拔是指對正在運行的嵌入式電路板，在不關閉電源情況下對某些部件進行插入（連接）或拔出（斷開）操作。下面要談的正是在一個嵌入式單片機系統中對其擴展部件或板卡的硬件熱插拔技術，將根據接口上的信號類型等探討熱插拔的危害產生原因及防止危害發生的一般性措施。本文以下部分將把要插拔的兩塊電路板分別稱為主電路板（正在運行的嵌入式主電路板）和擴展板。

一、熱插拔設計的重要性

對正在工作的電路板進行熱插拔通常都是不被許可的，但在有些時候卻是難于避免的，比如使用者疏忽或特殊功能要求等。對未采取任何保護措施的嵌入式電路板進行熱插拔操作，其將帶來的損害通常是很嚴重的，包括電源電路損壞，單片機IO口燒壞，單片機復位或死機，或者與接口相連的IC出現部分或全部管腳燒壞等。這些故障將導致嵌入式電路板產生永久性損害，或在重新上電之前系統無法再正常工作。因此，在嵌入式系統的擴展接口設計中加入一定的熱插拔保護措施是十分必要的。熱插拔操作對嵌入式電路板的危害通常表現在三方面：過電流沖擊、瞬態過電壓、靜電釋放[1]。進行熱插拔設計的目標應是在不增加太多硬件成本的前提下，使設計出的電路板不因熱插拔操作造成系統復位、死機或對元器件產生永久性損害。

二、電源與地接口的防過電流沖擊熱插拔設計

當把擴展板插入正在工作的嵌入式主電路板中時，擴展板上的各類電容和IC需要瞬間從主電路板的電源處上吸走大量電荷，給電源造成一個短暫的低阻抗路徑，造成一次浪涌電流[1]。此浪涌電流可以把系統電壓拉低到系統重置閾值以下，造成單片機復位，甚至燒毀電源電路。在硬件設計時通常采取如下措施進行應對：

1.在擴展接口的電源網絡上使用大容量電容（可以用并聯方式獲得）減輕擴展板上電過程中對主電路板電源電壓的影響。主電路板電源電路中的電容量最好要比擴展板的蓄能電容量之和稍大。

2.在擴展接口的電源網絡上串入電源專用的磁珠以減少上電瞬間的電流尖峰，并阻斷高頻噪聲信號的干擾。

3.如果浪涌電流特別大并且系統允許復位，為保護主電路板上的電源電路可以考慮在電源入口處加自恢復保險絲讓電源在過流瞬間自動切斷。如果系統對熱插拔時的穩定性要求更高可以使用目前市面上的專用熱插拔控制器LM5069等，這些器件具有功率和電流限制的能力[2]。

在熱插拔操作時為提高設備的熱插拔壽命，熱插拔動作應避免來回抖動，并且兩次熱插拔之間的時間間隔不要太短；如果擴展板的負荷可以先行卸除，最好不要帶負荷進行熱插拔。

三、電源與地接口的防過電壓沖擊熱插拔設計

進行熱插拔操作前不同設備的接口之間可能存在一定的電位差，尤其是使用了隔離電源或共模電感的“浮地”系統。雖然這類電位差是瞬間的且沒有多大的電流能力，但此電位差通常會超出各類IC的最高工作耐壓而損壞IC。如果在熱插拔同時還伴隨著靜電釋放，在接口接觸瞬間產生的過電壓和過電流沖擊會更加厲害，可以瞬間燒毀電路板中脆弱環節上的IC。應對此類危害的唯一辦法是快速鉗位電壓，即在接口附近的電源與地之間以及比較脆弱的信號與地之間使用具有浪涌能量吸收能力和內部散熱能力的壓敏電阻或TVS管之類的浪涌電壓抑制器等保護措施。

四、電源與地接口在結構上的熱插拔設計

現在CMOS器件已經在各種電路上廣泛使用，CMOS器件的一個缺點是容易產生閂鎖效應而燒毀。在熱插拔過程中VCC和GND的突然變化或者芯片I/O口電壓超出VDD-GND的范圍時很容易發生閂鎖效應。如果接口結構設計不合理造成在熱插拔過程中I/O口信號已經連接上而GND或VCC還沒有連接上，這時極易發生閂鎖效應而燒毀芯片。因此，在接口結構設計時必須保證接口在帶電插入過程中要先讓GND和VCC連接上再連接I/O口；反之在帶電拔出過程中則需要先拔出I/O口再斷開VCC和GND。在實際應用時可以采取如下措施：把GND和VCC放在接口兩端、并在接口上多放幾個GND信號，或者把GND和VCC的插針做得比其它信號插針稍微長些等。圖一是按一般熱插拔要求設計的一款主電路板電源與地的接口實例。

五、常見信號接口的熱插拔設計

對嵌入式電路板上單片機的片上外設（on-chip peripheral）類信號口（比如SPI輸出口），通常其耐電壓和電流沖擊能力并不是很強，如果需要把這些信號接口在電路板上擴展出去最好先把這些信號經過外部邏輯門電路處理后（比如兩次反相）再接到擴展接口上。

對耐電壓和電流沖擊能力較強的單片機GPIO信號接口可使用阻容電路進行簡單保護。其中的電阻能起到限流作用，電阻值可根據信號辨識的需求選在幾歐到幾百歐之間；而對地的小濾波電容則能起到濾除瞬間電壓尖峰的作用，電容值可根據信號線上傳遞的信號頻率特性選在幾百pF到幾nF之間。

對比較脆弱而又關鍵的重要信號接口（比如SPI輸入口、并行總線接口等）可以在信號端口與電源和地之間使用雙向二極管對信號電壓進行精準鉗位。這樣可確保此類接口上的電壓不會超出芯片的工作電壓范圍，能起到非常好的保護作用。圖二是一款常見信號接口的熱插拔設計實例（電源和地部分參見圖一）。

嵌入式系統電路的接口熱插拔設計通常是一個反復和復雜的過程。在設計時通常需要通過熱插拔實驗把接口電路中的脆弱環節找出來，然后采取針對性的措施進行應對，要做到既不增加太多硬件成本又能滿足一般的熱插拔需要。熱插拔問題是各類電子設備中都會面臨到的一個問題，本文探討的熱插拔設計技術在電路設計中具有一定的現實意義。

參考文獻

[1]凌有慧,張胡.熱插拔的硬道理[J].微型計算機,2003(23):107-111.

[2]National Semiconductor Corporation.LM5069 Positive High Voltage Hot Swap/Inrush Current Controller with Power Limiting data sheet,2008.

作者簡介：

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關鍵詞：雷擊過電壓損壞統計；過電壓損壞原理；降低過電壓損壞措施

某縣山區或地勢較高地區約占該縣總面積的1/3，屬于雷電高發帶。每年3月中旬到10月中旬的7個月是當地的雷雨高發時段，當地變電設備飽受雷電等過電壓危害。自動化設備也未能幸免，每年在這一時段都有變電站遠動及通訊設備遭遇雷擊以及設備過電壓損壞。不僅造成了一定的設備損失，還危及到電網的穩定運行，影響到無人值班變電站的安全運行，延長了遠動設備故障停運時間。

一、現狀分析

某縣供電公司調度自動化設備通常分為主站和分站。自動化主站設備安裝位于平原地帶的調度通信大樓5樓遠動機房，通過4樓通信機房的光端機、無線擴頻等通訊設備與分站自動化設備相連。分站設備均分布于各變電站內。該縣四個變電站位于山區，兩個變電站位于山區邊緣地勢較高地帶，而其他6個變電站處于平原地區。

遠動裝置與通訊信道機間通訊方式全部為RS232通訊方式，通訊線上均加有數字避雷器或信號防雷器，有的還單獨裝有光電隔離器（簡稱光隔），但防雷效果并不理想。雷電過電壓損壞的經常損壞都是PCM的232板和自動化通信口。擴頻有室外天線，容易引雷，反而基本沒壞過。經測試，所有變電站避雷針和地網接地電阻均在合格范圍內。

二、自動化遭受雷擊過電壓損壞統計

近幾年，分站自動化設備雷擊及過電壓損壞頻繁，據統計，造成遠動設備故障停運時間中，雷電過電壓損壞為70.11%，為自動化設備故障停運主要因素。從2012年到2014年，某縣供電公司調度自動化設備因雷擊和過電壓損壞共29次，其中雷擊損壞19次，各種過電壓損壞10次。合計造成直接經濟損失8.275萬元。

根據調查，雷擊及過電壓損壞故障全部發生在遠動分站，而大多數損壞部位都發生在自動化設備的通訊端口部位。這說明通訊端口是過電壓浪涌電流的必經之路，也是設備的薄弱點。提高通訊端口防雷（過電壓）能力應成為自動化工作的重中之重。

三、過電壓損壞原理分析

過電壓是站內設備引起站內接地，如穿墻套管擊穿、電流互感器擊穿、設備絕緣損壞等。而常見的雷電是重要的過電壓損壞原因。

雷電分為直擊雷、感應雷和球形雷，直擊雷為雷電直接擊中地面設施，擊穿絕緣，產生強大的電流，以電流的熱效應等損壞設施。

感應雷是指某種電荷的帶電云層經過地面設施上空時，由于靜電荷異性相吸，因此地面設施可以產生與云層相反的電荷，當空中云間雷電放電時，感應電荷由于失去異性電場的支持，會迅速向低電位瀉放而產生過電壓。

球形雷發生極少，雷擊概率可乎略不計。

無論是雷擊過電壓還是設備過電壓，它們的共同特點是當浪涌電流入地時，站內地電位升高或站內局部電位升高，從而對遠方或一定距離外發生電擊，俗稱反擊。由于接地鐵帶電抗的存在，很多時候即使通訊設備距離遠動裝置距離僅數米，共用一個接地裝置卻也發生了過電壓損壞，這與接地電阻關系就不大了，究其原因為過電壓發生時，由于弧光的產生，浪涌電流內含有大量的諧波，可以在接地帶鐵的電抗作用下遠動裝置與信道機之間產生電位差，造成通信口過電壓。

某縣以前很多站遠動設備通訊口上根本沒有光電隔離器，這是因為從前通信方式多為4線模擬通信，不需要加裝光隔。而現在通訊方式基本上都淘汰了4線而采用RS232通信方式，對通訊口保護提出了新的要求?，F場人員試著把光電隔離器加上去后，通訊就中斷了。經解剖分析，原來遠動裝置COM輸出口收發順序與現行標準正好相反，所以光隔加不上。

四、降低過電壓損壞的措施

1.遠動設備過電壓損壞原因：

（1）防浪涌措施不滿足現場要求；

（2）部分設備通訊接口無隔離裝置；

（3）部分設備通訊接口無防過電壓裝置。

光電隔離器保護效果較明顯，它能隔斷1000V以上電壓，但為了降低反擊電壓，防雷器或數字避雷器又有較好的效果。

2.具體的防雷（過電壓）方案

（1）在通訊主站和自動化主站加裝三級電源防雷設備，每站3個點，分別加裝于UPS進線側、出線側和設備用電側，分站加裝在通訊電源進線側、遠動電源進線側。通訊信道機與遠動裝置通訊口（兩個）間加裝避雷裝置。

（2）為通信口防過電壓設施不完善的站點加裝雙重防過電壓元件。

3.現場改造

為主站UPS各電源出線重復加裝三級防浪涌裝置、同時完善分站三級防浪涌裝置。對有缺陷的站點逐站加裝了數字避雷器和遠動通訊口光電隔離器。對于那些加裝不上光隔的裝置，用一公一母兩個九針插頭制作了轉換插頭，圓滿解決了這一問題。

本次設備改造活動從2014年4月30日始，結束于2014年5月27日，歷時近1個月。然后5月27日至10月27日為鞏固期，在這期間，遠動職工經常對防過電壓設備進行檢查測試，并跟蹤記錄過電壓發生及損壞情況。

在技改活動中，遠動職工親自采購防過電壓元器件，通過理論指導實踐、實踐印記理論的辯證理論及方法，消除了早期廠家設計所遺留的缺陷，解決了遠動設備過電壓損壞這一難題，201年遠動設備過電壓損壞次數降低到0次，圓滿達成了當初的設定目標。

五、效果評價

1.經濟效益

該項技改活動若由專業防雷公司或廠家來施工，所需費用近20萬元，而且由于外來人員對變電站設備不熟悉，一方面他們的施工會打亂設備布局，影響變電站的標準化，引起后續問題，而且由于利益驅動，他們的方案不一定是一針見血地去解決問題，材料浪費較大，所以該縣供電公司決心自己動手施工，僅此一項就節約資金20萬元。

2.生產效益

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關鍵詞：弱電系統；防雷；信息導航；等電位聯結

中圖分類號：TM3

文獻標識碼：B

文章編號：1008－0422(2011)03－097－01

1　引言

近年來，各種通信控制系統和網絡因雷擊而受破壞的事例屢見不鮮，造成的經濟損失逐年上升。防雷設計已成為智能建筑弱電系統能否安全運行的一個重要問題。因此，對智能建筑弱電系統作好全面、完善的防雷措施是十分必要的。認真研究和科學設計智能建筑弱電系統的防雷和接地，具有深遠的影響和現實意義。

2　弱電控制自動化系統遭受雷擊的因素

弱電系統作為整個建筑物的核心要害信息中樞。自然要預先消除任何事故誘發的因素。雷電對智能建筑的設備危害來自三個方面，首先，浪涌電流沿著纜線進入網絡系統；其次，由于地電位對網絡系統產生影響，設備的沖擊阻抗的反擊地電位通?？蛇_數十至數千伏；另外現代的計算機網絡對雷電極為敏感，即使幾公里以外的高空雷閃或對地雷閃都有可能導致這些設備的薄弱環節――計算CPU控制中心誤動或損壞。各個子系統的配電單元及計算機網絡與外界聯系的信號數據線、建筑物內部較長的網絡數據線、衛星小站的高頻頭、天饋線應該做好防雷措施。

3　智能建筑弱電系統的防雷、接地設計方案

在國際標準IEC1024《建筑物防雷》和IEC1312《雷電電磁脈沖的防護通則》中，重點提出了防雷分區和等電位聯結的概念。根據雷擊在不同區域的電磁脈沖強度劃分防雷區域，并在不同的防雷區域的界面上進行等電位聯結。能直接連接的金屬物就直接相連，不能直接連接的(如電力線路和通信線路等)則必須依據不同的防雷區域進行科學劃分，采用不同防護等級的防雷設備器件，對后續被保護設備進行有效的保護，且必須實施等電位聯結。實踐證明，這種分區、分級等電位均壓連接并以防雷設備來確保被保護設備的防護措施是實現有效防護的主要方法。

3.1　直擊雷防護

直擊雷防護主要是指建筑物主體的防雷，一般是防止建筑物或設施避免直擊雷危害而采取的防雷措施。它主要通過接閃器(包括避雷網、避雷帶、避雷針等)利用引下線將雷電流引至接地體，將它泄放至大地。按照GB50057－1994(2000年版)《建筑物防雷設計規范》的要求，將雷電流引人大地時分散雷電流。建議采用聯合接地方式構筑整個大樓的防雷防御網。

3.2　電源系統的雷電防護

目前，經實際運行經驗驗證，由電源系統耦合進入的感應雷擊造成的設備損壞占雷擊災害損失60％以上的比例。因此，對電源系統的避雷保護措施是整個防雷工程中必不可少的一個環節。要防止由外輸電線路的感應雷電波和雷電電磁脈沖的侵入，使其在進人大樓電源系統之前將其泄放人地。由于機房電力供給是由大樓的建筑物變配電室引入的，電源高壓端的防雷保護已由電力供電部門實施。按照國標GB50057－1994，為了將低壓配電系統線路上的電壓限制在一個安全的水平，在供電線路上需安裝SPD。弱電機房的電源浪涌保護通常作三級保護：電源引入的總配電柜處安裝浪涌保護器，作為一級保護；通常弱電機房均由總配電柜單獨配出一個回路為機房供電，因此需要在機房配電箱處安裝浪涌保護器，作二級保護；在所有重要的、精密的設備以及UPS的前端應相對地加裝浪涌保護器，作為三級保護。有了這三級的保護，就可將雷電過電壓(脈沖)鉗制在1kv以下，達到保護設備的目的。當然，浪涌保護的級數可根據工程的實際情況進行增減，以求經濟合理的方案，達到抑制浪涌的目的，保護弱電設備。

3.3　等電位聯結

通過設置等電位聯結，可有效消除不同接地點可能存在的電位差，發生雷擊時可有效避免因感應產生的不同接地點電壓不同而導致的放電現象。在建筑物實際設計與施工中，通常按照設備、機房的不同位置，分別設置由共用接地系統引來的總等電位聯結端子板和局部等電位聯結端子板，將引入建筑物的給排水管、電纜金屬護套、金屬保護導管、煤氣管道、金屬構件等與等電位聯結端子可靠連接。設備安裝時將各設備間和管道間的各種金屬管道、金屬構件、電源PE線等與各局部等電位聯結端子板可靠連接，構成等電位聯結。高層建筑物內各種金屬導體和管道(如金屬門窗、設備的金屬外殼等)作等電位聯結；電源線、信號線通過電涌保護器實現等電位聯結；建筑物各處的均壓環、起到一定電磁屏蔽作用的鋼筋網、各處的電氣裝置以及防雷等電位聯結導體形成總等電位聯結，最后與聯合接地系統相連，形成一個理想的“法拉第籠”。

3.4　合理的屏蔽

建筑物中做屏蔽的主要目的是對微電子設備進行防護。對有大量微電子設備的房間，要采取屏蔽措施，使儀器處于無干擾的環境中。屏蔽的有效性不僅與房間加裝的屏蔽網和儀器金屬外殼屏蔽體本身有關，還與微電子設備的電源線和信號線接口的防過電壓、等電位聯結和接地等措施有關。為了保證非防雷系統的電氣線路在防雷裝置接閃時不受影響，應采用金屬管布線，這樣防止雷電反擊的能力強，對防止各種電磁脈沖也具有較好的屏蔽能力。電氣線路的主干線一般集中于高層建筑物的中心部位(其雷電電磁場強度最弱)，避免靠近作為引下線柱筋的位置，縮小于擾的范圍。穿線鋼管和線槽等都應與各樓層的等電位聯結板和接地母線相連接，達到良好的屏蔽效果。

4　防雷產品在智能建筑中的應用

弱電系統雷電及浪涌防護產品是針對特定的要求未設計的，技術指標繁多，在選用時需要認真分析。目前在弱電系統中使用的主要防護設備有：用于2MHz以下音頻通信線路的MDF保安單元，用于15MHz以下接入網線路的XDSL浪涌保護器，用于百兆局域網的寬帶網絡浪涌保護器，用于控制系統、低速網絡的數據線浪涌保護器，用于天饋回路的天饋防雷器等。智能建筑雷電防護是一個系統性的工程，需要分別針對不同的系統采取不同的防護方法。使用不同的防護產品，根據現場情況作好方案設計是十分重要的。“系統性”要求在整個防雷工程保護范圍內作全面地考慮，僅僅針對重點設備或以往發生過事故的設備做一些局部的防護是不夠的。有的用戶反映在完成防雷工程后，損壞的頻率增多發生的位置也更不確定，部分原因便與防護工程存在“系統性”的缺陷有關。當一個沒有安裝防護設備的網絡受到對地浪涌電壓沖擊時，電壓往往作用于傳輸線路與地之間的絕緣結構上，如果某一線路的這個結構可以承受數千伏的沖擊而不出現擊穿現象當然也不會產生浪涌電流，可能不會產生任何損傷。但在傳輸線路上的某個位置安裝了一套防護設備后，由于保護電壓很低，因此在同樣的浪涌電壓產生時會產生浪涌電流，進一步的將在傳輸線路和地線上產生浪涌電壓，引起電壓反擊，從而對網絡上連接的所有設備都造成一定的影響。因此必須同時考慮所有設備、線路的防護要求。

弱電系統通信網絡的主要功能是進行大量的信息傳送，特別是高速通信系統對網絡的傳輸性能有很高的要求，通信網絡上使用的防護設備必須同時具備良好的防護性能和優異的傳輸指標。從傳輸的角度來看，防護設備連接在通信網絡上相當于增加了網絡的分散參數，增加了線路損耗。對傳輸性能會造成一定的影響。如安裝的防護設備傳輸性能較差，勢必降低網絡傳輸速率。影響網絡穩定性。所造成的損失可能比遭雷電破壞還大得多。因此，在選擇通信網絡防護設備時需要根據防護要求和信號傳輸要求綜合選擇。在接入網線路中除了正常通信信號以外，還可能存在遠供電源的電壓，防護設備需要設計有一個電壓動作區間。此外，出局線路可能與電力線相碰觸，防護器件需要同時具備防護工頻電壓、電流的能力。

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關鍵詞：輸出特性 主電路 驅動電路 焊機 絕緣柵雙極晶體管

前 言：

電力電子技術的高速發展，促進了器件、電路及其控制技術向著集成化、高頻化、全控化、電路弱電化、控制技術多功能化的方向發展。

逆變式焊機與傳統焊機相比，具有高效節能(約20％～35％)、省材(約80％～90％)、輕巧(輸出l A焊接電流，傳統焊機需0．5～l kg制造材料，而逆變式只需要0．06～0．12 kg)，而且動態特性和控制調節特性好、制造過程占地少、且加工量少等特點。因而它在國內得到迅速的推廣應用。

1、國內外逆變式焊機發展與應用現狀

現代焊接設備的發展與電力電子技術和器件的發展密切相關。 50年代末，功率半導體二極管開始用于焊接電源，所構成的弧焊整流器明顯優于弧焊發電機。70年代初，由晶閘管（SCR）構成的可控整流式弧焊機的出現標志著現代電力電子技術開始進入焊接電源設備領域。SCR弧焊機的電氣特性和工藝特性優于二極管整流弧焊機，是當時廣泛應用的一種重要焊接電源設備。

2、 250A手弧焊機的設計

2．1、總原理框圖

工作原理：輸入端為50Hz、220V交流電，經整流濾波后得到310V左右逆變電路所需的較平滑的直流電流。再由逆變主電路中的兩組大功率開關電子器件（IGBT）的交替開關作用變成幾千至十幾萬赫的中高頻高壓電，再經（中）高頻變壓器降至適合于焊接的幾十伏低電壓，并借助于電子控制驅動電路和給定反饋電路（M、G、N等組成），以及焊接回路的抗阻，獲得弧焊工藝所需的外特性和動特性。經輸出整流器整流和電抗器C的濾波，把（中）高頻交流變換成為直流輸出。

2．2、主電路的設計:

2．2．2、主電路工作原理:

開關K11，K12閉合，為主電路輸入220V，50Hz交流電流，經全橋整流器（ZL11），濾波網絡（C11,R12,C12）,得到約308V的直流電流，再經全橋式連結的逆變電路（V11、V12、V13、V14、T11）、二次整流電路（D19、D110）得到高頻低壓適合焊接的電流。詳細說明如下：

2．2．3、整流濾波部分電路參數的意義及工作原理。

為提高焊機的工作效率，ZL11部分采用全橋式連結。R11為啟動電阻，因焊機啟動時要給后面的濾波電解電容C11充電。為避免過大的開機浪涌電流損壞開關及觸發空開跳閘，在開機時接入啟動電阻，用以限制浪涌電流。開關接通之后，電流通過啟動電阻給濾波電解電容充電，當電容電壓達到一定值時，輔助電源開始工作提供24V電，使繼電器吸合，將啟動電阻短路。在關機以后，濾波電容中存有很高電壓，為了安全，用電阻R12將存電放掉。C12為高頻濾波電容，因在高頻逆變中，需要給開關管提供高頻電流，而電解濾波電容因本身電感及引線電感的原因，不能提供高頻電流，因此需要高頻電容提供。

2.2.4、IGBT的選擇：

絕緣柵雙極晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）是MOSFET與GTR的復合器件，因此，它既具有MOSFET的工作速度快、輸入阻抗高、驅動電路簡單、熱溫度性好的優點，又包含了GTR的載流量大、阻斷電壓高等多項優點，是取代GTR的理想開關器件。從1986年至今，尤其是近幾年來IGBT發展很快，目前已經被廣泛地應用于各種逆變器中。

2．2．5、高頻變壓器的設計：

高頻逆變式弧焊電源具有放率高、節能、體積小、重量輕等優點，已經成為一種新型的弧焊電源。其高頻變壓器（對弧焊電源變壓器而言。工作頻率在20KHz及其以上的頻率即可稱為高頻）主要作用是電壓變換、功率傳遞和輸入輸出之間的隔離。功能與普通弧焊變壓器相仿。因其傳遞的是矩形交替脈沖。故可稱為“脈沖功率變壓器”。然而由于高頻變壓器工作在高頻，高壓、脈動傳輸狀態，而且又與較為脆弱的高壓開關器件相連，因此，其性能的優劣不僅關系到變壓器本身的效率、發熱，而且會左右整個弧焊逆變器的技術性能。

參考文獻：

1．吳憲平 逆變焊機的研究現狀與發展 長沙大學學報 2003年6月第17卷第二期

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關鍵詞：控制電路 反饋 脈寬調制（PWM）

中圖分類號：TP303 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0041-02

1 控制器的設計結構

該設計考慮到小車移動控制的需要，以及在以后可以采用無線遙控，故采用主從控制結構，如圖1所示。

1.1 控制芯片的選擇

C8051Fxxx系列器件使用Cygnal的專利CIP-51微控制器內核。經過性能比較，以及電機控制精度對芯片的需要，最終選定Cygnal公司的8位單片機C8051F0XX系列作為控制芯片。

1.2 驅動芯片的選擇

對直流電機的正反轉的控制我們采用了一種典型的電機控制電路。如圖2所示。三極管Q1、Q4導通而Q2、Q3關斷時，將會有電流從電機的左端流向右端，電機將會轉動。當三極管Q2和Q3導通而Q1、Q4關斷時，電流將會從電機的右端流入，從左端流出。電流方向跟剛才的相反了，所以電機的轉動方向跟剛才相反。當Q1和Q2或Q3和Q4同時導通時，電機就不轉動。

1.3 電機控制系統硬件設計

整個硬件接口電路的結構如圖3所示。

1.3.1 控制電路設計

控制電路的設計首先需要根據電路對控制芯片C8051F005進行引腳分配。CygnalC8051F005每個端口I/O引腳都可以被配置為推挽或漏極開路輸出。在標準8051中固定的“弱上拉”可以被禁止，這為低功耗應用提供了進一步節電的能力。

因為電機的工作電壓是24 V，且在工作的過程中容易產生電磁干擾，單片機系統對驅動芯片的控制信號需要通過光耦合電路傳輸。故采用光電耦合元件傳遞開關信號，本設計采用TOSHIBA的光電耦合器TLP521-4傳遞開關信號。

1.3.2 驅動電路設計

設計采用LMD18245芯片驅動電機，由于電機電流的跳變或換向經常出現，因此電源線上也經常會出現尖峰電壓或浪涌電流。在電路實際設計中，常采用在芯片的電源端并聯高頻陶瓷濾波電容及大容量鋁電解電容的方法消除尖峰脈沖及浪涌電流。通常陶瓷電容的容值設定為1μF左右;鋁電解電容的大小設置為每安培負載電流100μF左右。

1.3.3 電源及其監控電路

由于需要對單片機控制電路和電機驅動電路分別供給5V、3V和24電源，而我們決定使用的是24V蓄電池，因此必須通過轉換電路獲得5V電源。+24V變為+5V，電源電路設計原理圖4和電源的監控電路見圖5。

在輸入端需要并聯兩個4700 u和0.1 u的電容，4700 u的電容起到抗干擾，防電壓沖擊作用;0.1 u電容起到濾波作用;5V輸出端并聯一個100 u電容起到抗干擾和防止沖擊電壓的作用。為了防止電流過大燒壞DC-DC模塊，在電路輸入輸出端都加裝兩個2A的保險絲。

通過同時調節兩個變阻器，可使到當電源電壓大于24 V時，比較器U_JKB的反相輸入電壓比正相輸入電壓的值小，比較器輸出為高電平，監控燈亮;當電源電壓小于24 V時，比較器的反相輸入電壓比正相輸入電壓的值要大，比較器輸出為低電平，監控燈不亮。

2 結語

該論文在進行大量移動機構和控制器設計調研的基礎上移動機構，該機構使用的電機數量少，轉向靈活，整體結構可以在三個平面內活動使得其對地形的適應能力相應提高，就移動機構的地形適應性和相應的控制器的設計進行了研究，在該控制器的設計中，還存在著諸多不足之處和可以繼續研究的地方，

參考文獻

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