專利名稱：一種用于交流采集端的防雷擊電路的制作方法
技術領域：
所屬領域本實用新型涉及一種防雷擊技術，尤其涉及自動化領域的一種用于微型計算機交流采集輸入端的防雷擊技術。
背景技術：
無論是電力系統自動化、還是工廠自動化，都越來越多的使用微機監控系統，對很多交流數據進行采集、分析、處理。比如在電力系統自動化中，要采集三相電壓、三相電流等交流量，計算出電流、電壓有效值，功率，電度等。而這些交流端口往往是一端和戶外的電氣設備連在一起，另外一端直接和微機系統直接相連接。在雷電產生的時候，戶外的電氣設備很容易引入電壓尖峰、通過電纜，電壓尖峰很容易串入到微機系統里面，如果這種電壓尖峰不加抑制，則高電壓必將危害交流采集輸入端、單片機處理單元、甚至可能危害整個自動化網絡。
中國電力出版社2000年3月出版的黃益莊編著的《變電站綜合自動化技術》一書第147頁介紹了一種交流采集端的防雷擊電路在交流輸入回路中設置隔離變送器來隔離，在變送器一、二次繞組之間有屏蔽層，屏蔽層接安全地(保護地)。對于較低電壓等級的雷擊，這種方法有一定的效果，但對于較高電壓等級的雷擊，該方法的效果甚微；而且該方法對變送器的要求比較高，變送器必須加屏蔽，變送器的工藝好壞直接影響到防雷擊的效果；保護地接點大量的引入到印制電路板(PCB)上面，布線難度增大；而且屏蔽變送器成本高。
實用新型內容本實用新型所要解決的問題是克服現有技術中對變送器工藝要求高，成本昂貴的缺點，解決現有技術中存在的對高電壓等級防雷效果不理想的缺陷，提供一種簡單實用的電路，能夠利用低成本的變送器及其它低價元器件，達到更好的防雷效果；使得即使在防雷擊電路中使用相同的變送器甚至更加廉價的非屏蔽變壓器，能夠在變送器二次繞組側得到更低的殘壓，更好地保護與之相連接的微機系統或其它設備。
本實用新型包括與交流采樣通道一一對應的變送器，用來隔離大部分雷擊浪涌電流；一個瞬變干擾吸收器，用來快速完成殘余能量吸收和瀉放；一個保護電阻，用于減少變送器二次側殘壓對瞬變干擾吸收器的沖擊；所有的變送器二次繞組的異名端連接起來，并接到模擬地，瞬變干擾吸收器與保護電阻串聯后，跨接在模擬地和保護地之間，變送器二次繞組的同名端則分別和模擬數字轉換器連接。
與現有技術相比，采用本實用新型所述的電路可以在采用相同的變送器，或者更廉價的變送器的情況下，能夠抗更高電壓等級雷擊，達到了很好的雷擊浪涌電流吸收效果，提高了系統抗擊雷擊的能力，增加了系統的穩定性。本實用新型把變送器二次繞組的雷擊殘壓電壓降到最小，吸收共模雷擊電壓，節省了測量電路硬件成本，因為本電路對選用的變送器要求降低，不再要求帶屏蔽層，PCB布線更自由、方便，變送器的成本降低20％或更高。由于多路交流采樣通道采用了大量的變送器，降低變送器的成本對于降低產品總成本的效果更加顯著。


圖1是本實用新型的用于交流采樣端的防雷擊電路原理圖；圖2a是加在變送器原邊的典型雷擊浪涌電壓脈沖圖；圖2b是沒有加保護措施時雷擊電壓在變送器二次繞組上感應的電壓波形圖；圖2c是在本實用新型的防雷擊電路中采用相同的隔離變送器時雷擊浪涌在變送器二次繞組感應的電壓波形圖；
圖2d是在本實用新型的防雷擊電路中采用廉價的非屏蔽隔離變送器時雷擊浪涌在變送器二次繞組感應的電壓波形圖；圖3是實現本實用新型的一個防雷擊電路實例原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型的防雷擊電路作進一步詳細的說明。
圖1是本實用新型的用于交流采樣端的防雷擊電路的一個實施例的原理圖，圖中表示了采集一路電壓和一路電流的防雷擊電路的例子，但是根據需要，可以使用連接多路采集電壓和采集電流通道的防雷擊電路。本實用新型的防雷擊電路包括與交流采樣通道一一對應變送器，可以是電壓變送器(TV)101或電流變送器(TA)102，用來隔離大部分雷擊浪涌電流；對于變送器沒有特殊的要求，可以不要屏蔽層；一個瞬變干擾吸收器103，用來快速吸收和瀉放殘余能量，可以是硅瞬態電壓吸收二極管(TVS)、固體放電管或壓敏電阻等；一個保護電阻104，用于減少變送器二次側殘壓對TVS管或其他類型的瞬變干擾吸收器件的沖擊；所有的變送器二次繞組的異名端連接起來，接到模擬地GNDA，TVS管或其他類型的瞬變干擾吸收器件103與保護電阻104串聯后跨接在模擬地GNDA和保護地GNDP之間，變送器二次繞組的同名端則分別和A/D轉換器(模擬數字轉換器)連接；多個穩壓管分別并聯在每一個變送器的二次繞組兩端。
在監控系統中，通常有多個的交流采樣通道，需要多組TA，TV；但不管有多少個交流采樣通道，只需要1個TVS管或其他類型的瞬變干擾吸收器件；選用的保護電阻104阻值與二次繞組的雷擊殘余電壓、TVS管(或其他類型的瞬變干擾吸收器件)的峰值電流有關，即電阻阻值與二次繞組的雷擊殘余電壓成正比，與TVS管或其他類型的瞬變干擾吸收器件的峰值電流成反比；由于雷擊持續時間短，靜態能量并不大，所以電阻功率為幾瓦就可以了；每個穩壓管106、107、108、109的鉗位電壓要低，但不能小于系統工作電壓。
對于共模尖峰電壓，由TVS管或其他類型的瞬變干擾吸收器件與保護電阻104組成的通道瀉放到保護地；對于感應的差模尖峰電壓，由穩壓管吸收。
選用的TVS管或其他類型的瞬變干擾吸收器件必須具備如下特點擊穿電壓小、峰值電流大、漏電流小、電容量小。要達到的防雷效果愈好，則選用器件的條件愈嚴格。
圖2a所示的是在做雷擊實驗時，加在變送器原邊和保護地之間的典型雷擊浪涌電壓脈沖(共模電壓)，脈沖周期是50μs，電壓為2.0KV，該脈沖是IEC61000-4(《電氣與電子設備的電磁兼容性》第4部分)推薦的、用來考查設備的抗雷擊能力的一種常用波形。
圖2b所示的是僅僅采用屏蔽隔離變送器、而沒有采用其他的保護措施的情況下，雷擊浪涌電壓在變送器二次繞組上感應的電壓波形，由于變送器的隔離作用，電壓的強度已經從2.0KV降到了550V，但脈沖的周期變長了，這種脈沖對于標準的TTL，CMOS數字電路來講，仍然有很強的破壞作用。
圖2c所示的是采用與圖2a相同的隔離變送器，使用本實用新型提供的電路后，雷擊浪涌在變送器二次繞組感應的電壓波形。可見，由于TVS管或其他類型的瞬變干擾吸收器件的正確使用，在很短的時間里將雷擊殘壓從幾百伏降到了35伏，不再會對系統設備造成任何危害。
圖2d所示的是本實用新型的防雷擊電路應用廉價的非屏蔽隔離變送器時雷擊浪涌在變送器二次繞組感應的電壓波形，在很短的時間里，雷擊殘壓從幾百伏降到了45伏，也不會對系統設備造成任何危害。
以上是基于對雷擊浪涌實驗的分析，以共模雷擊電壓為例在變送器的原邊對地加一個如圖2a所示的模擬雷擊波形，雷擊電壓峰值為2KV。由于變送器的隔離作用，隔離了大部分浪涌電流，但由于變送器繞組之間存在耦合電容，少部分電壓將被耦合到二次繞組上。如果沒有采用其他的處理手段，則在變送器的二次繞組會感應到峰值較高的電壓，如圖2b的電壓波形，殘余對地電壓峰值為550V。同時，在二次繞組兩個抽頭之間有差模電壓50V左右。采用本實用新型的電路，用雷擊實驗儀做實驗，抗共模雷擊電壓峰值可達到2KV或更高，變送器二次繞組殘余電壓對地電壓峰值只有幾十伏特。
圖3是本實用新型防雷擊電路在綜合監控單元的應用圖中虛線范圍內的電路屬于本實用新型的防雷擊電路，單片機電路由CPU模塊111和A/D模擬/數字轉換芯片110組成。
電壓變送器101和電流變送器102起到隔離的作用，是防雷擊的主要器件；將變送器的二次繞組尾端連接起來接到模擬地，用TVS管103及保護電阻104把模擬地GNDA和保護地GNDP可靠地連起來，可以快速的放掉串入到變送器二次繞組的共模電壓。如果電壓測量回路有差模電壓，則該電壓由穩壓管106、107將電壓吸收；如果電流測量回路有差模電壓，則該高電壓由穩壓管108、109將電壓吸收。變送器的二次繞組將有用信號輸入到A/D轉換器件110、轉換成數字信號，輸入到CPU111進行處理。
權利要求1.一種用于交流采集端的防雷擊電路，包括與交流采樣通道一一對應的變送器，用來隔離大部分雷擊浪涌電流；一個瞬變干擾吸收器，用來快速吸收和瀉放殘余能量；一個保護電阻，用于減少變送器二次側殘壓對瞬變干擾吸收器的沖擊；其特征在于所有的變送器二次繞組的異名端連接起來，接到模擬地，瞬變干擾吸收器與保護電阻串聯后，跨接在模擬地和保護地之間，變送器二次繞組的同名端則分別和模擬數字電路轉換器連接。
2.根據權利要求1所述的用于交流采集端的防雷擊電路，其特征在于還包括多個穩壓管，分別并聯在每一個變送器的二次繞組的兩端。
3.根據權利要求1或2所述的用于交流采集端的防雷擊電路，其特征在于所述瞬變干擾吸收器是硅瞬態電壓吸收二極管、固體放電管或壓敏電阻。
專利摘要一種用于交流采集端的防雷擊電路，涉及一種防雷擊技術；本實用新型包括與交流采樣通道一一對應的變送器，用來隔離大部分雷擊浪涌電流；一個瞬變干擾吸收器，用來快速完成殘余能量吸收和瀉放；一個保護電阻，用于減少變送器二次側殘壓對瞬變干擾吸收器的沖擊；所有的變送器二次繞組的異名端連接起來，并接到模擬地，瞬變干擾吸收器與保護電阻串聯后，跨接在模擬地和保護地之間，變送器二次繞組的同名端則分別和模擬數字轉換器連接。采用本實用新型所述的電路可以在采用相同的變送器，或者更廉價的變送器的情況下，能夠抗更高電壓等級雷擊，達到了很好的雷擊浪涌電流吸收效果，提高了系統抗擊雷擊的能力，增加了系統的穩定性。
文檔編號H02H9/04GK2537163SQ02216639
公開日2003年2月19日 申請日期2002年4月2日 優先權日2002年4月2日
發明者林彬, 黎小剛, 柴巖 申請人:深圳市中興通訊股份有限公司上海第二研究所