ESD、EMI、EMC——防雷设计

 

雷电防护对于发电机那边来说已经是很成熟了，整天打雷发电厂都没有瘫痪，为什么能够做得这么好？就是把发电机的中线接地，与大地相连接，以后跟外面输送电，上面的高压电塔上一般都拉有一根线或两根线，就是避雷线，避雷线与中线不同，中线单独接地，地线是单独给避雷用的，不电的，这叫三相四线制供电。现在美国推出一个标准是三相五线制，就是中线接地，用电这边也要另外接地，接地不与那边相连，叫做三相五线制，一般中线是不接的，到了变压器这边以后，这里也有一个中线，中线也接地，还有变压器的外壳也接地，这边有个中线，也接地，三个地最好都不要接在一起，越分开越好，这边的中线是一个小线路，当成供电线路，对变压器有保护，对使用设备不保护，名义上是接地的，但那边实际上没有接地。接地的概念是这样，任何一个导线，当你充放电很快的时候电磁波传播的速度是有限的，比如说电磁波在空气里面传是30万公里/秒，在导体里面传播没有这么快，一般只有空气中的1/3或1/2左右，少了之后灵敏度没有这么高，当放电在每秒计的时候，放电的时候经过多少秒钟才到这里？当电流传到这边来，那边早就烧掉了。所以在快速充放电里面不要随便把某一点接地，某一点与另外一点看成同样的功能，因为有一个时间差的问题。你认为它在这里接地是对直流可以，对交流也行，因为是排队走，没有轮到你，接地也没有用。

雷电的原理就是这样，这一块是带电的，降到这两根线上面去。对地球来说相当于一个分布电容，雷电就是一个共模信号，相当于对整个电容进行放电。放电有几个回路，上面的电流通过电容到达地，电流通过电容到大地，这是共模电容。这部分电流也通过电容下地，还有一部分通过变压器分布电容传到负载这边，然后通过分布电容下地。你可以认为这个电容是大地的分布电容，实际上不跟大地它本身也是分布电容，任何一个导体只要电位改变就相当于一个电容，比如说你的身体带电，另外一个不带电，两个人握手就会把电荷传到另外一个人身上，相当于你这个电容对另外一个电容放电，另外一个相对来说是充电，是一个充放电的过程。

 

除了共模电流以外，还有一个差模电流，为什么？两个回路都放电的时候，放电的时间、强度不一样，有的放快一点，有的放慢一点，如果两个东西的速度都一样，任何电位差都是一样的就不会产生差模电流了。但是有时候有一些是中线接地，放电快一些，相对来说电压跌得特别快，另外一个跌得特别慢，就会产生差模，首先是共模，然后产生差模。

 

下面讲一下共模电压对电路的损害。其实共模电压对开关电容前面的影响不是很大，最大是后面一点，通过电压器分布电路，以前的模式电路电压用得很低，都是1v-5v左右，纳米级容易击穿，电容也相当小。从里面串进去的电压经过滤波不断的吸收降下来，一般有上千伏，容易把后面的击穿。在实践过程中为了防雷，这几个位置最好在上面布一个雷点电容，对防雷电击穿很有效。共模电压进去以后瞬间击穿，如果电子没断开，外面的电流会继续延续下去把它烧掉，如果备一个电容上去，共模电容通过电容一下子把它吸收掉，让几个电容互相通电位，几个模组不会那么容易击穿。

 

现在很多防雷都是用压敏电阻或放电器件，我在这里告诉你，最有效的是在排版的时候，在电源线那个地方排出一个放电装置，这样既经济又实用，放电管没有那么大的功率吸收掉雷电的能量，如果排一个像锯齿一样的放电装置，只要能量不大基本上都能够吸收。发电距离一般是6mm，现在规定低于6mm就不合格，因为测试的时候，打火的时候耐压2000v，交流2000v，其实正常放电是10000v/mm，也就是说1000v/cm，要留一定的安全系数，所以不测你，不到6mm就算不合格，所以一定要6mm，真正打雷进来，经过放电，电压输入进来只有6000v。前面输入电压是几十万伏都没有关系，一放电它就在6000v的范围里面，进来只有6000v了，其他都放掉。放掉以后吸收才有效，最有效的里面有一个限流电感，还有共模电流，对雷电有效。差模会通过差模电容来吸收，放电是一样的，有一个差模，可以用电容吸收。电容上面标的是耐压交流250v，实际测的直流耐压是8000v以上，大家要注意一下。这个CX标的是250v，买的浪涌电压都在5000v以上，用5000v电压都打不穿，但是标的是250v，这是安全规定。