雷击浪涌对电子产品损伤机理

  • 2021年8月11日
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雷击是指带电云层之间或带电云层和地面之问相互靠近产生的一种放电现象。这个放电过程会产生强烈的闪电和巨大的声响,并伴随大量的能量传递。雷击的形式主要有3种:直击雷、传导雷和感应雷。

随着对雷电形成机体的了解和深入的研究,人们已经对直击雷和传导雷的灾害性破坏有较好的防护措施,但间接雷(如云层内、云层间的雷击,或邻近物体遭到的雷击)仍然可以在户外架空线上感应出浪涌电压和电流。此外,大型电力开关切换时.也会在供电线路上感应出大的浪涌电压和电流:电磁兼容领域所指的浪涌一般来源于此雷击瞬态和开关瞬态。

电子产品的浪涌(雷击)损坏机理

浪涌(雷击)进入电子设备的途径雷击电子设备的途径可分为两种情况:

1)高能雷电冲击波通过户外传输线路、设备间的连接线以及电力线侵人设备.使串接在线路中间或终端的电子设备遭到损害;

2)雷击大地或接地导体,引起局部瞬间地电位上升.波及附近的电子设备,对设备产生冲击,损害其对地绝缘。

电子设备的浪涌损坏机理一般浪涌脉冲的上升时间较长,脉宽较宽,不含有较高的频率成分,多通过传导方式进入设备内部。纵向(共模)冲击对设备平衡电路元部件的影响有:损坏跨接在线与地问的元部件或其绝缘介质:击穿在线路和设备间起阻抗匹配作用的变压器匝间、层问或线对地绝缘等。横向(差模)冲击则同样可在电路中传输.损坏内部电路的电容电感及耐冲击能力差的半导体器件。

设备中元部件遭受浪涌损坏的程度.取决于该部件的绝缘水平及冲击的强度:对具有自恢复能力的绝缘,击穿只是暂时的.一旦冲击消失,绝缘很快便得到恢复。有些非自恢复的绝缘介质,如果击穿后只流过很小电流.常不会立即中断设备的运行,但随时间的推移.元部件受潮绝缘会逐渐地下降,电路特性变坏,最后将使电路中断。有的部件,如晶体管的集电极与发射极或发射擞与基极,若发生反向击穿.常出现永久性损坏对易受能量损坏的元器件.受损坏程度主要取决于流过其上的电流及持续时间

浪涌(雷击)的综合防护

建筑物的雷击防护按照防护范围可将电子产品的防护措施分为两类,外部防护和内部防护。外部防护是指对安装电子产品的建筑物本体的安全防护,可采用避雷针、分流、屏蔽网、均衡电位、接地等措施。对这些防护措施人们比较重视,应用也比较普遍,相对来说比较完善。内部防护是指在建筑物内部电子产品对过电压(雷电或电源系统内部过电压)的防护,其措施有:等电位连接、屏蔽、保护隔离、合理布线和使用过电压保护器等措施。

电子产品的浪涌抑制方式以上介绍的浪涌(雷击)防护措施原则上可以将电子产品遭受浪涌(雷击)损害的可能性大大减低,为电子产品提供一个相对安全的使用环境。但仅靠这些措施要想保证电子产品免遭浪涌冲击还是不够的,只有同时提高电子产品本身对(雷击)浪涌的抵抗能力,才能形成一个完整的综合浪涌防护体系。浪涌冲击主要通过交直流电源和与室外连接的信号/控制线以传导方式进入电子产品内部,对产品形成危害。要有效地防止浪涌冲击对产品的危害,就必须在产品的交直流电源端口和信号/控制端口安装浪涌抑制器件,对浪涌冲击加以吸收,阻止其进入产品内部对电路形成危害。

雷击浪涌的最大特点是能量特别大,所以采用普通滤波器和铁氧体磁芯来滤波、吸收的方案基本无效,必须使用气体放电管、压敏电阻、硅瞬变吸收二极管和半导体放电管等专门的浪涌抑制器件才行。浪涌抑制器件基本的使用方法是直接将浪涌吸收器件与被保护设备并联,以便对超过设备承受能力的浪涌电压进行吸收或能量转移。浪涌抑制器件的一个共同特性就是其阻抗在有浪涌电压出现时与没浪涌电压时不同。正常电压下,它的阻抗很高,对电路的工作没有影响,而当有很高的浪涌电压加在它上面时,它的阻抗变得很低,将浪涌能量旁路掉。这类器件的使用方法是并联在线路与参考地之间,当浪涌电压出现时迅速导通,以将电压幅度限制在一定的数值上。


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