防护方案设计及器件选型

lfengj

李亚文：我今天演讲内容分三部分：第一，为什么要防护？那就是危机；第二，是方法；第三是质量。第一部分和第二部分是我着重讲的，第三部分质量我会稍微带过一下，让大家简单了解一下槟城的情况。

这前面是一组数据，这组数据是来自于中国气象局官方网站上公布的数据，这是一个雷灾事故处，从1997年到2006年这样一个发展态势，右边是我们客户的板子拿到我们那里实际的情况，被雷击损坏的，大家可以看到这个IC已经被损坏了，现在我们实实在在看到数据在逐渐上升，设备在雷灾中被损坏，所以说我们面临这样一个危机，我们为什么会有这样一个危机？我从三个点来进行介绍：第一，气候的原因。雷电肯定是属于气候的，大家可能看过《2012》，能看到世界末日已经到了，一个原因是由于全球气候变暖，当然还有其他的因素，现实可能没有那么严重，但是我们能感觉到从我们小时候到现在打雷的情况越来越多，这个数据就是从气象局反馈过来的，一是雷电的强度大，二是雷电的放电次数多。这些都是实实在在的东西。
我是来自深圳市槟城电子有限公司的李亚文。应电路保护与电磁兼容研讨会组委会电子元件技术网(http://www.cntronics.com)、我爱方案网(http://www.52solution.com)、深圳电子展(http://www.aidzz.com)邀请。今天我在这里为大家演讲槟城过压防护解决之道防护方案设计。大家听了一天的课可能非常累，我先放一组图片，让大家的思维简单过渡到别的地方去再返回来。大家看一下这是一只什么动物？可能有的人觉得它是海鸥，对了50%，我再给一点小提示，我不知道大家是否认识这个人，他就是俄国伟大的文学家高尔基，他笔下的海燕就是我们看到的这只动物，他在1901年11月7日写了《海燕》这首诗，大家可以看到我们槟城LOGO就是一只海燕，在过压领域里我们对我们的产品、方案是非常自信的，还有一个就是我们在客人的服务方面非常快速。

第二，IC越来越脆弱可以想象在90年代发哥手里的手机是一个大砖头，现在我们每个人的手机是越来越小，而且功能也有很多提升，同样的体积它的功能强大，现在不仅仅是强大，而且体积也越来越小，在这种情况下，我们IC所能够承受的能量更小，所以给我们IC带来一个更迫切的要求，要让IC承受更小的来自于外界的威胁。

第三，网络技术使我们损坏的数量越来越多，我刚才在下面用电脑上网有看到，在会展中心就有外在的无线接收点，这只是其中一个地方，全国有越来越多的地方网络连接越来越密切，在科技杂志上有写出，以后的家电都有上网，这么大的一个网络能够来接收空间放电，或者空间对地放电，在这种情况下，我们的设备更容易遭受来雷击的威胁，从第三点来分析一下我们为什么要防雷？第二点是我要讲的槟城防护解决之道理。趋势大师说过这样一句话，“唯有系统整合者才能成为解答者”，我们是把我们的服务放在整个系统中，你的产品从研发到使用都被我们所关注，我们把这句话写在这里只是想告诉大家，我们槟城电子不单单是生产元器件的公司，我们是把自己的方案和服务扩大到整个系统当中，你们的产品从研发到使用都被我们所关注，我们系统地看待雷击过压和浪涌。我今天所讲内容的核心叫“槟城防护解决之道”，由六部分组成：第一部分就是我拿到你的设备，或者你所看待你的设备一定要分析它的使用环境，比如这个话筒，有可能在室内使用也可能在室外使用，我这个灯又可能在室内使用，不同的环境所能感受到的雷击能量不一样，所以要先对产品进行定位。
 
第二点要延续下来，当你的设备确定了一个使用环境之后，就要确定它的标准，不同的环境所带来的过压能量是不一样。在室内打一个雷可能是1万伏，在室内可能衰减成5000伏，我这只是举例，希望大家不要这个作为说得一个实际的数据。当这个测试标准确定以后，就要有针对性进行防护电路的设计。我们有设备，有标准，针对这些东西来做一个防护方案的设计。防护方案设计好之后，我们就要进行相应的器件选型，因为考虑到实际的标准上所要求的电压电流等一系列的东西。
 
当我们把元器件设计到电路里，意味着整个设备都已经完成，我们就要做一个很重要的工作，就是到实验室做一个系统测试验证，因为实验室能够反映出大部分的防护情况，就是这个防护方案是否可行，是否能够满足我们这个测试标准。通过实验室的验证，能够反映出90%的设计上的问题，但还有10%是没办法反应出来，因为现实的环境总是要比实验室的环境更恶劣，更不可知，我在现场引用的时候发现问题了，我知道这点，再来分析它，看它到底是什么原因损坏的，是不是我们测试标准选得不够，还是本身的器件有什么问题。通过这样的一个循环一再而再的循环，达到使我们的设备可靠性更加高，一般2-3个循环之后，相信你的设备非常优秀，可靠性非常高。
 
接下来把这六步拆解下来给大家详细讲一下：第一部分，应用环境。大家可以看到，这是我们画的一个简图，一般分为四个部分，一是设备是在室内的设备，但是线缆已经出户了，因为我没有办法，我要监控小区，我要监控马路，我的线路一定要出户这样才能使用。还有一种是在户外的环境，可能是涉及郊区或者城乡结合处这些环境。还有更严酷的环境是野外及高山环境，这种环境属于最易遭受雷击，尤其是夏天每天都可能打几次雷，白天可能都会打雷的那种。这种雷击威胁的概率从室内到野外是一个逐渐升高的过程。这是一个环境的分析。
 
下面是室内环境，我们的设备、信号线都会放在屋里面，不会拿到室外去，一般感应雷电的能量不会很大，会做基本的防护，重点EFB检验的一些东西。室外的环境刚才也提到，因为功能原因，它本身有需要，要到外面，不可避免要出户要走线，或者这个设备就是要在外面，所以在这种情况下就容易遭受雷击，因为外界没有任何的保护，如果空间放电的话，通过电磁场很容易感应到线缆上来。这是第二个环境。

第三个环境看起来比较恐怖，这算城乡结合部或者相对开阔的地方，可能是因为雷击或者电力线，这么多线全搅在一起，如果我其中一个电力线有很大负载，再做一些开关组切的时候，这个时候的电场很容易耦合到你的信号线当中来，这个环境是非常恶劣的，通常需要一个加强等级的测试。最后一个没有办法，只有站得高才能看得远，才能更好服务大家，所以这种基站一定是在高处，很容易对这个尖端放电，主动引雷的东西，遭到雷电风险是更高的。这里说一句，大家看来对我讲的内容还是蛮感兴趣的！更多资料可以去主办方网站上下载： http://www.cntronics.com/public/seminar/content/type/review/sid/15  
还有一个水桶管道，要时刻监控它。这是一个环境的分析，通过环境我们就要知道测试标准，全球有很多标准每个地区都有不同的标准，国际上可能会根据IEC100-4-5规定出一个框架来，比如在欧洲这部分更喜欢ITU，北美更喜欢GRU89，每个地区都不一样，我们会根据具体的环境确定一个相应的标准。实际上槟城电子也已经把标准的制定作为自己贡献的一部分力量，因为我们在过压防护领域有这么多年，积累了很多经验我们想把这个经验共享，更好地服务于社会，通过中国通信标准协会一起把这个标准来更好地把握它，让标准更完善，因此我们参与国家准的制定，把握未来发展方向，这是我们槟城所做的小小的贡献。

第三是防护电路的设计，在这一块我并不想给大家讲多少的关口，讲它是怎么防护的，古人说“授人以鱼不如授人以渔”，在这里把防护方案的设计原则讲给大家，大家可以参考我们公司的规格书，规格数的前两页会把端口介绍得非常清晰，大家可以参考一下，如果还有问题的话可以发邮件和我们联系。
 
防护方案设计我们这边总结五点：第一点，安全性原则。我们做这样一个防护，肯定要保护我们的设备，更不能伤人，如果这两点都做不到，防护是无从谈起的。第二点是可靠性，在前面讲过，已经根据环境制定了标准，我们肯定要满足这个标准，这是最重要的，如果不满足这个标准，把设备打坏了也是不合适的。第三，可用性原则，不能影响设备的工作，打个比方，现在ADSL加一个压敏上去的话，那我的信号都跑没了，那有什么用？第四点，经济性原则，我们也更多的从客户的角度考虑给客户推荐的器件和方案一定是性价比最高的。让你更满意，达到你的标准的前提下一定是最好。第五，强调分级保护原则，雷电能量可能会很大，很难通过单个器件就能达到保护的效果，我需要通过若干级的防护把能量一级一级泄放掉，最终实现保护线路的目的。在下面有一个简图，万变不离其宗，看起来都是这个东西，但是以后跟的话差不多都是这样的防护情况，根据端口的具体特点还有小的变动。这个就是分级防护的，刚才也提到，当雷击能量过来以后，在前面通过三端的陶瓷气体放电管将能量泄放到大地去，因为陶瓷放电管有很大的通流量，把大部分能力泄走了以后，一些小的噪音就交给后面的半导体放电管，让他把后面小能量切得更低一点，我的这个芯片可能还不能接受，可能还需要TVS做更精细的保护，大部分都是这样的结构，一个防护方案的结构。这边有一个针对以太网口我们给客人做的一个流程，也是完全按照槟城防护解决之道来做的。会根据具体的环境等级，下面可能是用在室内、室外普通的环境，就是用在城市里面的，这两种环境的特质标准不一样，这个要到1万伏，我这边要到6000伏。等级不一样，防护电路有很大的差别。器件不一样，通流量也不太一样。当然上面说到的些，在电子元件技术网知识库频道( http://www.cntronics.com/public/baike  )里面也都有记载！后面的测试验证我们也可以看到，现场优化这里也不好体现。我们都是通过这个来做的，应该来讲我们做了这么多工作，很多工作都是在现实中完成的，槟城电子领先了一点，我们公司将我们的所有产品做成了PSPICE模型，基于这种模型我们可以在电脑上完成很多工作。大家可以看到这是我画的一部分，前面是雷击发生器的电路，这端简单做了一个ADSL前端和后端，会通过雷击发生器注入能量，这是防护器的模型，后面是两个虚拟负载，这些探针是来抓取信号的，我会根据进来的一个能量和防护器件实际动作的一个特点会抓取不同点的能量，电压、电流都会抓取，这里仿真出来的结果，我们已经把方案设计的工作完全在电脑上实现，先来预评估，因为这个变压器有很多参数，里面的变压器可能有很多厂家，要根据具体的规格数我们可以对模型进行调整，调整之后更接近于你实际设备的模型，然后进行简单的测试，前面放上的器件，实际我传递到后面的能量是多少？这样可以一目了然，对自己非常有底，对方案也很清楚，这是我们在PSPICE上所做的工作...
#mailContentContainer .txt {height:auto;}   <img width="0" id="qqmailcontent_load_finsih" style="height: 0px; display: none;" alt="" />