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感应雷电浪涌对策的电源用SPD(浪涌保护装置)

摘要:  SPD - Surge Protective Device SPD 是防止雷击导致故障的避雷器,代表浪涌保护设备。一般指浪涌保护器,浪涌保护器,也叫防雷器,是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置。 IEC/ EN6164 ...

SPD - Surge Protective Device
SPD 是防止雷击导致故障的避雷器,代表浪涌保护设备。一般指浪涌保护器,浪涌保护器,也叫防雷器,是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置。

IEC/ EN61643-11 (JIS C 5381-11)雷电浪涌对策获得标准认证产品(以下简称 SPD),SPD 在通过显著超过雷涌电流和过压过电流短路故障之前,必须具有能够安全传输 SPD 故障状态的机制(隔离功能),在 SPD 故障期间的安全性规格得到了增强。

电源 SPD 的类型
电源 SPD 分为以下 I 类、II 类和 III 类:
  • 可安装在电力引入口(户外),可应对直击雷电电流的I类测试对应产品。
  • 可安装在配电盘和控制面板上,可应对感应雷电的雷电流,支持II类测试。
  • 可内置设备,通过同时规定施加电压波形(1.2/50μs)和短路电流波形(8/20μs)的组合波形进行III类试验。
此外,作为 SPD 故障时性能的分离功能类型,以及故障时可以从 SPD 显示窗口确认的分离显示功能,以及 SPD 故障时通知报警的分离触点功能,通过结合 SPD 报警触点信号线中的保护装置报警。

如何使用电源 SPD
机床、激光加工机、机器人、半导体制造设备、安装机、伺服放大器等工业设备,外部支持II类或III类电源的SPD,如图1所示,可以通过连接来采取措施。


对于海外客户,必须选择符合UL/cUL、IEC/EN等的海外安全标准产品。 此外,对于美国工业设备,美国工业设备的电气标准 NFPA79 2018 财年版本已更新,要求具有安全控制电路的工业设备安装 SPD。 特别是,对于未内置于工业设备的控制面板,使用 UL1449(SPD 部件标准)中定义的类型 2(UL-Listed)或 UL-Recognized(UL 识别)的 SPD 已成为一项要求。

基于基板安装的交流电源用SPD的种类
电路板安装中的电源 SPD 主要由压敏电阻 (MOV) 组成。 在接地之间,气体放电管 (GDT) 通常与 MOV 结合使用。

通过电路板安装使用交流电源SPD

空调、冰箱、洗衣机和室外 LED 照明等电子设备中的交流电源雷电浪涌对策,通过将 MOV 和 GDT 串联到地面 (L-G) 中,可以保护高浪涌电压,如地面到地面 15kV。 (图.2)

GDT 通过使用 AC 耐压测试兼容 GDT,因为泄漏电流较小,在电源设备的交流电压测试中,它具有无需拆下浪涌对策元件即可应对的优点。 (表.1)

然而,另一方面,由于GDT + MOV的雷电浪涌抑制电压增加,有必要通过雷电浪涌测试验证确认后续电路没有影响。

如果交流电源设备需要 CE 认证或其他海外安全标准认证,则必须使用 MOV 和 GDT的 IEC/EN标准认证产品。

在基板设计过程中,放置在电源线的入口处,最好尽可能短,以便尽可能缩短到接地线 (FG) 的图案路径长度,在 SPD 周围放置距离而不接近半导体部件和控制电路。 当雷涌电流流动的图案路径长度较长时,当半导体元件和控制电路靠近外围时,瞬时发出强电磁波,使大电流通电,半导体元件的断裂和故障是导致因素,因此需要注意。


表 1. GDT 和 MOV 的选择
电源电压交流电阻电压测试压敏电阻电压直流放电开始电压
MOV(L-L)MOV(L-G)GDT(L-G)
125VACAC1,000V220~270V220~270V2,400V / 2,700V
250VACAC1,500V470~680V470V3,000V
AC1,800V3,600V
AC2,000V4,000V


SPD 产品图片

通过电路板安装实现交流电源 SPD (GDT)

用于感应雷电浪涌对策的通信和信号线用SPD(浪涌保护装置)

什么是用于通信和信号线的 SPD?
通信和信号线有多种类型,连接形式、通信线路数量以及与通信线路电压和通信速度相匹配的雷电浪涌对策产品(以下简称SPD)需要选择。

通信和信号SPD的类型和监控摄像机的使用

  • LAN SPD
对于LAN线路的雷电浪涌对策,选择LAN用SPD。 LAN 用SPD有需要接地的放流型LAN用SPD和不需要接地的绝缘型LAN用SPD这2种。

出于安全目的,网络摄像机的监控摄像机安装增加,并且 LAN 线路的使用频率增加,可通过 PoE(以太网供电)或 PoE Plus 供电,PoE/PoE PLUS 原则上选择用于放流 LAN 的 SPD。 绝缘 LAN SPD 不能用于在 PoE/PoE Plus 中隔离电源。

对于连接到 PC 的不支持 PoE 的 LAN 线路,在隔离 LAN SPD 中使用是有效的。 两者都可以支持 10BASE-T、100BASE-T 和 1000BASE-T。

下图是网络摄像机中LAN用SPD的使用事例。 如果连接网络摄像机和监控中心的 LAN 线路距离较长,则通过连接 LAN SPD 来防止两侧受保护设备的最新保护是有效的。

  • RS-485 通信 SPD、触点信号 SPD、LED 调光信号 SPD
2 线 RS-485 通信线路选择 485 通信 SPD。 对于触点信号线和 LED 调光信号线,选择与线路电压对应的信号 SPD。

  • 同轴 SPD
对于 HD-SDI 摄像机和模拟高清摄像机(如 HD-SDI 摄像机或 HD-TVI),即使在高清图像质量和黑暗环境中也能监控,则视频同轴、触点信号线、电源线和电缆在室外布线,因此很容易受到感应雷电浪涌的损坏。
在这种情况下,摄像机侧和监控中心侧分别连接同轴 SPD、信号 SPD 和电源 SPD,以防止雷电浪涌。 用于监控摄像机同轴的同轴 SPD 在 BNC 连接器中具有阻抗 75 Ω 的特性,并且需要宽频段,以免影响 HD-SDI 方法的高质量信号。 (图.2)此外,同轴 SPD 中还有一个连接到天线的 SPD。


通过电路板安装实现通信和信号线的SPD的类型和使用方法

由于通信 IC 经常被雷电浪涌损坏,因此需要将浪涌抑制到尽可能低的电压的性能,以及低电容性能,以免影响通信传输。

满足这两种性能,由于不存在一个部件,电容低气体放电管(GDT),使用半导体浪涌吸收器的限制电压低是有效的组合。

半导体浪涌吸收器包括雪崩分解二极管 (ABD) 和晶闸管浪涌保护元件 (TSS)。 由于ABD、TSS对大浪涌电流较弱,因此最好采用与GDT组合的方法,有一种称为馅饼型电路的方法,在此,使用GDT和ABD在GDT和ABD之间连接电阻器或线圈,如下图所示,介绍了对大浪涌电流的可应对措施。


该电路的工作原理是,当雷电浪涌进入时,ABD 首先在低电压下响应。 此时浪涌电流通过电压降流过电阻,GDT通过电压放电浪涌电流释放到地面。
在这里,由于 ABD 的脉冲电流容量在 GDT 操作之前可能会因浪涌电流而损坏,如齐纳二极管,因此 ABD 脉冲电流电阻的选择、电阻器的额定功率和电阻值的选择非常重要。

SPD 产品图片

  • 用于通信和信号的 SPD

LAN SPD


通信 SPD,信号 SPD


同轴 SPD(BNC 连接器)


通过电路板安装实现通信和信号线的 SPD

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