專利名稱：一種直流電源和用于直流電源的防雷電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及防雷技術(shù)，尤其涉及一種直流電源和用于直流輸入型基站 的直流電源的防雷電路。
背景技術(shù)：
目前，對室外型基站的防雷均定位C級以上，這就涉及到C級和D級兩 級防雷的級聯(lián)問題，理想狀態(tài)是當感應(yīng)雷電流入侵時先讓C級防雷器響應(yīng)， 將大部分雷電流泄放，其次再進入D級防雷響應(yīng)。雖然C級防雷電路前置于 D級防雷電路，但實際情況是雷電流先進入重負載端，即D級防雷和負載端， 這樣往往^使防雷保護失效。為解決該問題通常采用的有效方法是增加退耦。
增加退耦以往的做法是將C級防雷盒置入系統(tǒng)箱中或?qū)Ｅ渫獠糠览紫洹?如果外加防雷箱，因防雷箱距離整機有一定的距離(一般5 15米)，這樣由 于線纜自身電感而形成的退耦足以解決其級聯(lián)問題；如果是將防雷盒置入系統(tǒng) 中，則在防雷盒中或系統(tǒng)中預(yù)留空間，用線纜自繞而成的空心電感來完成退耦。
隨著室外通信基站高度集成化、小型化的發(fā)展趨勢，對避雷器的安裝提出 新的挑戰(zhàn)，特別是對直流輸入型基站的防雷，有向電源板上引進的趨勢。
但是，因技術(shù)難度及潛在風(fēng)險，在直流電源板上的防雷，各設(shè)備制造商最 大僅能做到D級防雷，僅解決了設(shè)備自身的過電壓防護，大多數(shù)沒有將C級 防雷引入電源板上。

實用新型內(nèi)容
為了解決直流電源的兩級防雷問題，本實用新型提供了一種直流電源防雷 電路，包括
D級防雷電i 各； 還包括
5C級防雷電路；以及 差模形式的電感退耦電路；
所述C級防雷電路、D級防雷電路和退耦電路均i殳置在所述直流電源的 電路板上；
所述D級防雷電路與所述C級防雷電路通過所述退耦電路串聯(lián)。 所述C級防雷電路包括壓敏電阻VR1、 VR2、放電管FV1和保險絲F1; 所述D級防雷電路包括壓敏電阻VR3、 VR4; 所述退耦電路包括差模電感L1、 L2;
所述VR1構(gòu)成的第一電路的一端與電源正端連接，另一端通過串聯(lián)的保 險絲F1與電源負端連接；
所述VR2與所述FV1串聯(lián)組成的第二電路與所述第一電路并聯(lián)；
所述VR2與所述FV1的共同端與接地端子PE連接；
所述L1的一端與所述第二電路的一端連接，另一端與所述VR3的一端連
接；
所述L2的一端與所述第二電路的另一端連接，所述L2的另一端與所述 VR3的另一端連接；
所述VR4與所述VR3并聯(lián)；
所述VR4的一端分別通過差模電感L3和L4與電源模塊Ml的輸入端 VIN+以及電源模塊M2的輸入端VIN+連接；
所述VR4的另一端分別直接與電源模塊Ml的輸入端VIN-和使能端 CNT,以及與電源模塊M2的輸入端VIN-和使能端CNT連接。
所述的用于直流電源的防雷電路還包括
電f茲干i尤電路；
保險絲F2;
所述L1的另一端通過所述電磁干擾電路的一個輸入端與所述VR3的一端 連接；
所述L2的另 一端通過所述電》茲干擾電路的另 一個輸入端與所述VR3的另 一端連接；
所述L2的一端通過所述保險絲F2與所述第二電i 各的另一端連接。
6所述電感退耦電路的退耦電感為磁芯電感。
本發(fā)明還提供了一種直流電源，包括 直S危電源電贈4反；
設(shè)置在所述直流電源電路板上的D級防雷電路； 還包括
設(shè)置在所述直流電源電路板上的C級防雷電路；以及 設(shè)置在所述直流電源電路板上的差模形式的電感退耦電路； 所述D級防雷電i 各與所述C級防雷電路通過所述退耦電路串聯(lián)。 所述電感退耦電路的退耦電感為；茲芯電感。
所述C級防雷電路包括壓敏電阻VR1、 VR2、放電管FV1和保險絲Fl; 所述D級防雷電i 各包括壓敏電阻VR3、 VR4; 所述退耦電路包括差模電感L1、 L2;
所述VR1構(gòu)成的第一電路的一端與電源正端連接，另一端通過串聯(lián)的保 險絲F1與電源負端連接；
所述VR2與所述FV1串聯(lián)組成的第二電路與所述第一電路并聯(lián)；
所述VR2與所述FV1的共同端與接地端子PE連接；
所述L1的一端與所述第二電路的一端連接，另一端與所述VR3的一端連
接；
所述L2的一端與所述第二電路的另一端連接，所述L2的另一端與所述 VR3的另一端連接；
所述VR4與所述VR3并聯(lián)；
所述VR4的一端分別通過差模電感L3和L4與電源模塊Ml的輸入端 VIN+以及電源模塊M2的輸入端VIN+連接；
所述VR4的另一端分別直接與電源模塊Ml的輸入端VIN-和使能端 CNT,以及與電源模塊M2的輸入端VIN-和使能端CNT連接。
所述的直流電源還包括 電》茲干護L電^各； 保險絲F2;
所述L1的另一端通過所述電^f茲干擾電路的一個輸入端與所述VR3的一端連接；
所述L2的另 一端通過所述電^茲干擾電路的另 一個輸入端與所述VR3的另 一端連接；
所述L2的一端通過所述保險絲F2與所述第二電^各的另一端連接。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果
本實用新型將C級防雷電路通過退耦電路與D級防雷電路串聯(lián)，組成了 用于直流電源的兩級防雷電路，在有雷擊時，不僅實現(xiàn)了設(shè)備自身的過電壓防 護，而且能夠有效的保護直流電源不受損壞。本實用新型的結(jié)構(gòu)簡單，成本較 低，可以廣泛的應(yīng)用于直流型基站的電源板上。


圖1為本實用新型兩級防雷電路的結(jié)構(gòu)示意圖2為本實用新型實施例的電路圖3為反擊和正擊時的雷電流和負載電流的流向示意圖。
具體實施方式
本實用新型屬于過電壓保護裝置，是針對電源端口的防雷電入侵波所采取 的保護措施，適用于雷電電磁場產(chǎn)生的感應(yīng)雷區(qū)的防護，應(yīng)用于分區(qū)防雷的 LPZ1 LPZ2區(qū)。
本實用新型在保留原有的D級防雷電路的基礎(chǔ)上，將C級防雷電路引入 直流電源印刷電路板(PCB, Printed circuit board )，并且在C級防雷電路和 D級防雷電路之間串聯(lián)退耦電路，以確保施加感應(yīng)雷在輸入端時C級防雷電 路先動作。
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細說明。 當雷擊時，系統(tǒng)耦合部分雷擊電流，為了保證大部分雷擊電流通過前級(C 級)防雷器泄放，而后級(D級)只泄放小部分，這就需要前、后級協(xié)調(diào)從而 完成能量分配(能量配合)，下面參考圖1的方框圖來對分級防雷說明如下 圖1為本實用新型兩級防雷電路的結(jié)構(gòu)示意圖，D級防雷電路通過退耦電路與 C級防雷電路串聯(lián)。其中，退耦電路是由差模電感構(gòu)成，用以完成C級與D級雷擊電流的級間匹配和能量分配，以確保先C級泄》《后D級泄放。C級與 D級防雷電路分別采用了 C級與D級電涌保護器(Surge Protection Device, SPD)。
參考圖2，圖2為本實用新型實施例的電路圖。圖2中的壓敏電阻VR1、 VR2、放電管FV1和保險絲Fl構(gòu)成C級防雷電路;壓敏電阻VR3、 VR4構(gòu) 成D級防雷電路，在兩級電路之間串聯(lián)的差模電感Ll、 L2用來完成C級與 D級雷擊電流的級間匹配和能量分配，以確保C級先泄放，D級再泄放。
差模電感Ll 、 L2與D級防雷之間進一步串聯(lián)有電磁干擾(Electromagnetic Interference, EMI)電路，EMI電路一般包括兩級差模濾波電路和共沖莫濾波 電路，這兩級電路均屬于非功率轉(zhuǎn)換電路。該電路在作用是防止電網(wǎng)的輻射不 進入系統(tǒng)中，同時，系統(tǒng)的輻射也不進入到電網(wǎng)中，即起到防止輻射、隔離的 作用。
VR1構(gòu)成的第一電路的一端與VCC48VGND連接，另一端通過串聯(lián)的保 險絲F1與VCC48VN連接。VR2與FV1串聯(lián)組成的第二電路與第一電路并聯(lián)。 VR2與FV1的共同端與接地端子PE連接。Ll的一端與第二電路的一端連接， Ll的另一端通過EMI濾波器電路的一個輸入端與VR3的一端連接。L2的一 端通過保險絲F2與第二電路的另一端連接。L2的另一端通過EMI濾波器電 路的另一個輸入端與VR3的另一端連接。
VR4與VR3并聯(lián)，組成第三電路，即D級防雷電路。
VR4的一端分別通過L3和L4與電源模塊Ml的輸入端VIN+以及電源模 塊M2的輸入端VIN+連4妾。VR4的另 一端分別直4矣與電源模塊Ml的輸入端 VIN—和使能端CNT,以及與電源模塊M2的輸入端VIN—和使能端CNT連 接。
其中，保險絲F1構(gòu)成防雷保護電路，其作用是在壓敏電阻VR1、 VR2老 化后的失效模式-短路情況下，利用與VR1串聯(lián)的合適的保險絲F1，防止其 失效并有效保護后級負載。在選擇F1時要注意通流容量參數(shù)要足夠大，以 滿足最大20KA (8/20US)雷電流的沖擊。
Ll、 L2組成退耦電路，該退藕電路是以差模形式引入，采用磁芯電感耦 合，且通量電流足夠大而不會引起磁芯飽和，電感量在33~38uH之間。差模
9電感L1、 L2還兼顧電源傳導(dǎo)騷擾性功能。電感磁芯的選擇盡可能選擇磁導(dǎo)率 較小的磁芯， 一般取值在100-200之間，且居里溫度較高，電感不可以共模 的形式引入。
PE為接地端子，以使整個電路成為一個等勢體。
F2的作用是根據(jù)工作電壓范圍及功率而估算的完成負載精細保護所需的 保險絲，并非防雷電路必須的，L2的一端也可直接與VR1的另一端連接。
EMI濾波器電路并不是防雷所必需的，如果沒有EMI電路的話，Ll的另 一端就直接與VR3的一端連接，而L2的另一端直接與VR3的另一端連4妄。
差模電感L3、 L4構(gòu)成抗干擾電路，作用是保持電源模塊Ml和M2能量 持續(xù)，即有抑制電源電壓暫降，特別是防止雷電流反擊時電源電壓瞬間跌落至 電源模塊允許的最低輸入電壓，使電源模塊間斷性無輸出，導(dǎo)致負載復(fù)位，繼 而使已建立的通訊鏈路中斷。反擊和正擊時的雷電流和負載電流的流向示意圖 參考圖3所示。圖3中，實線箭頭為負載電流，虛線箭頭為正擊雷電流，雙點 劃線箭頭為反擊雷電流。在差模感應(yīng)雷中，如果負載電流與雷電流同向，我們 稱其為正極性雷擊，即正擊；如果負載電流與雷電流反向，我們稱其為負極性 雷擊，即反擊。
圖3所示電路的工作原理為假如感應(yīng)雷以正極性差模方式入侵到電源端 口 VCC時，因Ll貯能電感的存在l吏壓壽文電阻VR1先于VR3動作；這樣VR1 泄放了大部分雷電流，在VR1導(dǎo)通瞬間，部分殘壓(雷電流)通過L1使壓敏 電阻VR3導(dǎo)通流回L2 (這時雷電流與所加電壓電流同向)，從而有效保護了 后級負載M1、 M2在正常供電范圍保證系統(tǒng)不間斷(即不復(fù)位)工作。同樣， 感應(yīng)雷以負極性差模方式入侵到電源端口 VCC時，因L2存在使VR1先于VR3 動作，使部分殘壓通過L2進入VR3流回Ll (這次雷電流與所加電源電流相 反)，同樣保護了后級負載M1、 M2。這次因雷電流的負極性使外加正常供電 電壓有降低趨勢，但因抗干擾電路L3、 L4的存在，沒有使MI、 M2負載的供 電電壓衰減過快，又因為模塊關(guān)斷功能采用負邏輯，從而保證了模塊的正常工 作。
假如感應(yīng)雷以正極性共模方式入侵到電源端口 VCC時，由限壓保護器件 —放電管FV1對PE完成C級雷電流泄放，此時L1仍然起退耦作用。假如感應(yīng)雷以負極性共才莫方式入侵到電源端口 VCC時，由VR2對PE完成C級雷電 流泄放，L2仍然起退耦作用。VR4的作用是為VR3分擔(dān)一部分雷電流，也可 以不使用，此時，VR3的一端分別通過L3和L4與電源模塊Ml的輸入端VIN+ 以及電源模塊M2的輸入端VIN+連接。VR3的另一端分別直接與電源模塊 Ml的輸入端VIN —和使能端CNT，以及與電源模塊M2的輸入端VIN-和使 能端CNT連接。
當然，為抑制電壓暫降的功能也可以將L3、 L4更換為電容，運用電容電 壓不能躍變的特性，也可以做到輸入電壓不低于電源模塊的額定輸入電壓，其 電容量越大跌落的越小，但其輸入電容量加大是有限的，通過大量的實驗所證 實所允許加入的電容量僅能做到差模反擊最大10KA (8/20US)不復(fù)位，且 會影響其他指標，因此，最好使用電感來代替電容。
電感L1、 L2的引入雖然能夠產(chǎn)生退耦作用，但是，會對電源的電磁兼容 性(Electromagnetic Compatibility, EMC)指標的傳導(dǎo)騷擾行性低頻段(主要 是1MKZ以下)有影響，這可以通過采用一定的方式來改善，如在不影響安 規(guī)測試的前提下，可適當?shù)募哟蟛钅V波電路或共模濾波電路中的差模電容X 的電容量或共模電容Y的電容量來抵消其帶來的影響。并且，電感L1、 L2的 前端不允許加入X電容，這是因為雷電流波是一種頻率波，而目前市場上現(xiàn) 有的器件耐壓等級不滿足要求。
需要注意的是，應(yīng)避免將退耦電感連接于EMI濾波電路后面，即EMI濾 波電路和D級防雷電路之間，因為這樣很有可能造成EMI中共模濾波電路飽 和而不能起到退耦的作用。
在電源板上防雷布線最好使用凱文接法，以使其壓敏電阻、放電管通路電 阻最小。同時，要注意布線寬度和安規(guī)絕緣距離。
以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以作出若干改進 和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1. 一種用于直流電源的防雷電路，包括D級防雷電路；其特征在于，還包括C級防雷電路；以及差模形式的電感退耦電路；所述C級防雷電路、D級防雷電路和退耦電路均設(shè)置在所述直流電源的電路板上；所述D級防雷電路與所述C級防雷電路通過所述退耦電路串聯(lián)。
2. 如權(quán)利要求1所述的用于直流電源的防雷電路，其特征在于，所述C 級防雷電路包括壓敏電阻VR1、 VR2、放電管FV1和保險絲F1;所述D級防雷電路包括壓敏電阻VR3、 VR4; 所述退耦電路包括差模電感L1、 L2;所述VR1構(gòu)成的第一電路的一端與電源正端連接，另一端通過串聯(lián)的保 險絲F1與電源負端連接；所述VR2與所述FV1串聯(lián)組成的第二電路與所述第 一電路并耳關(guān)；所述VR2與所述FV1的共同端與接地端子PE連接；所述L1的一端與所述第二電路的一端連接，另一端與所述VR3的一端連接；所述L2的一端與所述第二電路的另一端連接，所述L2的另一端與所述 VR3的另一端連接；所述VR4與所述VR3并聯(lián)；所述VR4的一端分別通過差才莫電感L3和L4與電源才莫塊Ml的輸入端 VIN+以及電源模塊M2的輸入端VIN+連接；所述VR4的另一端分別直接與電源模塊Ml的輸入端VIN-和使能端 CNT，以及與電源模塊M2的輸入端VIN-和使能端CNT連接。
3. 如權(quán)利要求2所述的用于直流電源的防雷電路，其特征在于，還包括 電》茲干4尤電^各；保險絲F2;所述L1的另一端通過所述電磁干擾電路的一個輸入端與所述VR3的一端 連接；所述L2的另一端通過所述電磁千擾電路的另一個輸入端與所述VR3的另 一端連4妻；所述L2的一端通過所述保險絲F2與所述第二電路的另一端連接。
4. 如權(quán)利要求1所述的用于直流電源的防雷電路，其特征在于，所述電 感退耦電路的退耦電感為磁芯電感。
5. —種直流電源，包括 直流電源電if各板；設(shè)置在所述直流電源電路板上的D級防雷電路； 其特征在于，還包括設(shè)置在所述直流電源電路板上的C級防雷電路；以及 設(shè)置在所述直流電源電路板上的差模形式的電感退耦電路； 所述D級防雷電路與所述C級防雷電路通過所述退耦電if各串聯(lián)。
6. 如權(quán)利要求5所述的直流電源，其特征在于，所述電感退耦電路的退 耦電感為》茲芯電感。
7. 如權(quán)利要求5所述的直流電源，其特征在于，所述C級防雷電路包括 壓敏電阻VR1、 VR2、放電管FV1和保險絲F1;所述D級防雷電路包括壓敏電阻VR3、 VR4; 所述退耦電路包括差模電感L1、 L2;所述VR1構(gòu)成的第一電路的一端與電源正端連接，另一端通過串聯(lián)的保 險絲F1與電源負端連接；所述VR2與所述FV1串聯(lián)組成的第二電路與所述第 一 電i 各并聯(lián)；所述VR2與所述FV1的共同端與接地端子PE連接；所述L1的一端與所述第二電路的一端連接，另一端與所述VR3的一端連接；所述L2的一端與所述第二電路的另一端連4^，所述L2的另一端與所述 VR3的另一端連接；所述VR4與所述VR3并聯(lián)；所述VR4的一端分別通過差4莫電感L3和L4與電源才莫塊Ml的輸入端 VIN+以及電源模塊M2的輸入端VIN+連接；所述VR4的另一端分別直接與電源模塊Ml的輸入端VIN-和使能端 CNT，以及與電源模塊M2的輸入端VIN-和使能端CNT連接。
8.如權(quán)利要求7所述的直流電源，其特征在于，還包括電》茲干擾電路；保險絲F2;所述L1的另一端通過所述電磁干擾電路的一個輸入端與所述VR3的一端 連接；所述L2的另 一端通過所述電》茲干擾電路的另 一個輸入端與所述VR3的另 一端連接；所述L2的一端通過所述保險絲F2與所述第二電if各的另一端連接。
專利摘要本實用新型提供了一種直流電源和用于直流電源的防雷電路，其中，用于直流電源的防雷電路，包括D級防雷電路；還包括C級防雷電路；以及差模形式的電感退耦電路；所述C級防雷電路、D級防雷電路和退耦電路均設(shè)置在所述直流電源的電路板上；所述D級防雷電路與所述C級防雷電路通過所述退耦電路串聯(lián)。本實用新型將C級防雷電路通過退耦電路與D級防雷電路串聯(lián)，組成了用于直流電源的兩級防雷電路，在有雷擊時，不僅實現(xiàn)了設(shè)備自身的過電壓防護，而且能夠有效的保護直流電源不受損壞。本實用新型的結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，可以廣泛的應(yīng)用于直流型基站的電源板上。
文檔編號H02H9/04GK201263086SQ200820110340
公開日2009年6月24日 申請日期2008年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月8日
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