防護電路設計規(guī)范華為

1、DKBA華為技術有限公司企業(yè)技術規(guī)范DKBA1268-2003.08代替DKBA3613-2001.11防護電路設計規(guī)范2003-11-10發(fā)布 2003-11-10實施華為技術有限公司發(fā)布目次前言61范圍和簡介71.1范圍71.2簡介71.3關鍵詞72規(guī)范性引用文件73術語和定義84防雷電路中的元器件84.1氣體放電管84.2壓敏電阻94.3電壓鉗位型瞬態(tài)抑制二極管（TVS）104.4電壓開關型瞬態(tài)抑制二極管（TSS）114.5正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC）114.6保險管、熔斷器、空氣開關124.7電感、電阻、導線134.8變壓器、光耦、繼電器145端口防護概述155.1電源防雷器的安裝16

2、串聯(lián)式防雷器16并聯(lián)式防雷器165.2信號防雷器的接地185.3天饋防雷器的接地195.4防雷器正確安裝的例子196電源口防雷電路設計206.1交流電源口防雷電路設計20交流電源口防雷電路20交流電源口防雷電路變型226.2直流電源口防雷電路設計23直流電源口防雷電路23直流電源口防雷電路變型247信號口防雷電路設計257.1E1口防雷電路26室外走線E1口防雷電路26室內(nèi)走線E1口防雷電路277.2網(wǎng)口防雷電路31室外走線網(wǎng)口防雷電路31室內(nèi)走線網(wǎng)口防雷電路327.3E3/T3口防雷電路367.4串行通信口防雷電路36口防雷電路367.4.2RS422&RS485口防雷電路37接口防雷電路3

3、97.5用戶口防雷電路39模擬用戶口（Z口）防雷電路40數(shù)字用戶口（U接口）防雷電路41口防雷電路43口防雷電路44口防雷電路457.6并柜口防雷電路467.7其他信號端口的防護478天饋口防雷電路設計478.1不帶饋電的天饋口防雷電路設計478.2帶饋電的天饋口防雷電路設計489PCB設計5010附錄A：雷電參數(shù)簡介5110.1雷暴日5110.2雷電流波形5110.3雷電流陡度5210.4雷電波頻譜分析5211附錄B：常見測試波形允許容差52沖擊電壓波5211.28/20us沖擊電流波5211.310/700us沖擊電壓波5311.41.2/50us(8/20us)混合波5312附錄C：沖擊

4、電流實驗方法5413附錄D：低壓配電系統(tǒng)簡介5513.1TN配電系統(tǒng)5513.2TT配電系統(tǒng)5713.3IT配電系統(tǒng)5813.4與配電系統(tǒng)有關的接地故障5914參考文獻60前言本規(guī)范的其他系列規(guī)范：無與對應的國際標準或其他文件的一致性程度：無規(guī)范代替或作廢的全部或部分其他文件：本規(guī)范代替原規(guī)范DKBA3613-2001.11防護電路設計規(guī)范與其他規(guī)范或文件的關系：本規(guī)范是DKBA3613-2001.11防護電路設計規(guī)范的升級與規(guī)范前一版本相比的升級更改的內(nèi)容：對前一版的內(nèi)容進行了優(yōu)化，并全面增加了多種信號端口的防護電路。本規(guī)范由EMC研究部提出。本規(guī)范主要起草和解釋部門：EMC研究部本規(guī)范主要

5、起草專家：EMC研究部：張靜(34763)本規(guī)范主要評審專家：整機工程部：熊膺（8712）、羅新會（9398）、王慶海（31211）、孟繁濤（15133），張靜松（5073）、唐栓禮（9469）本規(guī)范批準部門：整機工程部本規(guī)范所替代的歷次修訂情況和修訂專家為：規(guī)范號主要起草專家主要評審專家DKBA3613-2001.11熊膺(8712)徐貴今（7764）、謝春生（2635）、孟繁濤（15133）、唐栓禮（9469）、張靜松（5073）、陳敦利（4678）、防護電路設計規(guī)范1 范圍和簡介1.1 范圍本規(guī)范規(guī)定了防護電路的設計原則。本規(guī)范適用于公司通信產(chǎn)品各端口的防護電路設計。1.2 簡介通信產(chǎn)品

6、在應用的過程中，由于雷擊等原因形成的過電壓和過電流會對設備端口造成損害，因此應當設計相應的防護電路，各個端口根據(jù)其產(chǎn)品族類、網(wǎng)絡地位、目標市場、應用環(huán)境、信號類型以及實現(xiàn)成本等多種因素的不同所對應的防護電路也不同，本規(guī)范在電源口、信號口和天饋口的防護電路設計上給出了指導。1.3 關鍵詞防護、氣體放電管、壓敏電阻、TVS管、TSS管、退耦、接地2 規(guī)范性引用文件下列文件中的條款通過本規(guī)范的引用而成為本規(guī)范的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本規(guī)范，然而，鼓勵根據(jù)本規(guī)范達成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版

7、本適用于本規(guī)范。序號編號名稱1IEC 61000-4-5Eletromagnetic compatibility(EMC)-Part 4:Testing and measurement techniques-Section 5:Surge immunity test2ETS 300 386Electromagnetic compatibility and Radio spectrum Matters(ERM); Telecommunication network equipment; ElectroMagnetic Compatibility(EMC)requirements3ITU-T K.

8、20Resistibility of telecommunication equipment installed in a telecommunications centre to overvoltages and overcurrents4YD/T 5098-2001通信局（站）雷電過電壓保護工程設計規(guī)范5ITU-T K.21Resistibility of telecommunication equipment installed in customer premises to overvoltages and overcurrents6ITU-T K.44Resistibility te

9、sts for telecommunication equipment exposed to overvoltages and overcurrents7ITU-T K.45Resistibility of access network equipment to overvoltages and overcurrents8DKBA1260-2003.0710/100BASE-TX以太網(wǎng)防護電路設計指導書9DKBA1139-2002.09硅瞬態(tài)抑制器件可靠應用指導書3 術語和定義防雷器：一些標準中又稱為電涌保護器（Surge Protective Devices，SPD），是可安裝在設備端口用于

10、對各種雷電電流、操作過電壓等進行保護的器件。它至少含有一個非線性元件。防雷器的殘壓：雷電放電電流流過防雷器時，其端子間呈現(xiàn)的電壓。被保護端口自身的抗過電壓水平必須高于防雷器的輸出殘壓并有一定的裕量，防雷器才能真正起到保護設備的作用。1.2/50us沖擊電壓：雷擊時戶內(nèi)走線線纜上產(chǎn)生的感應過電壓的模擬波形，用于設備端口過電壓耐受水平測試，主要測試范圍：通信設備的電源端口和建筑物內(nèi)走線的信號線測試。1.2/50us(8/20us)混合波：是浪涌發(fā)生器輸出的一種具有特定開路/短路特性的波形。發(fā)生器輸出開路時，輸出波形是1.2/50us的開路電壓波；發(fā)生器輸出短路時，輸出波形是8/20us的短路電流波

11、。具有這種特性的浪涌發(fā)生器主要用于設備端口過電壓耐受水平測試，主要測試范圍：通信設備的電源端口和建筑物內(nèi)走線的信號線測試。10/700us沖擊電壓：雷擊時戶外走線線纜上產(chǎn)生的感應雷過電壓的模擬波形。用于設備端口過電壓耐受水平測試時用的波形，主要測試范圍：建筑物外走線的信號線（如用戶線類電纜）的測試。8/20us沖擊電流：雷擊時線纜上產(chǎn)生的感應過電流模擬波形，設備的雷擊過電流耐受水平測試用標準波形，主要用于通信設備的電源口、信號口、天饋口。10/350us沖擊電流：直擊雷電流模擬波形。目前通信設備端口的防雷測試較少使用。4 防雷電路中的元器件4.1 氣體放電管圖4-1 氣體放電管的原理圖符號氣體

12、放電管是一種開關型保護器件，工作原理是氣體放電。當兩極間電壓足夠大時，極間間隙將放電擊穿，由原來的絕緣狀態(tài)轉化為導電狀態(tài)，類似短路。導電狀態(tài)下兩極間維持的電壓很低，一般在2050V，因此可以起到保護后級電路的效果。氣體放電管的主要指標有：響應時間、直流擊穿電壓、沖擊擊穿電壓、通流容量、絕緣電阻、極間電容、續(xù)流遮斷時間。氣體放電管的響應時間可以達到數(shù)百ns以至數(shù)ms，在保護器件中是最慢的。當線纜上的雷擊過電壓使防雷器中的氣體放電管擊穿短路時，初始的擊穿電壓基本為氣體放電管的沖擊擊穿電壓，放電管擊穿導通后兩極間維持電壓下降到2050V；另一方面，氣體放電管的通流量比壓敏電阻和TVS管要大，氣體放電

13、管與TVS等保護器件合用時應使大部分的過電流通過氣體放電管泄放，因此氣體放電管一般用于防護電路的最前級，其后級的防護電路由壓敏電阻或TVS管組成，這兩種器件的響應時間很快，對后級電路的保護效果更好。氣體放電管的絕緣電阻非常高，可以達到千兆歐姆的量級。極間電容的值非常小，一般在5pF以下，極間漏電流非常小，為nA級。因此氣體放電管并接在線路上對線路基本不會構成什么影響。氣體放電管的續(xù)流遮斷是設計電路需要重點考慮的一個問題。如前所述，氣體放電管在導電狀態(tài)下續(xù)流維持電壓一般在2050V，在直流電源電路中應用時，如果兩線間電壓超過15V，不可以在兩線間直接應用放電管。在50Hz交流電源電路中使用時，雖

14、然交流電壓有過零點，可以實現(xiàn)氣體放電管的續(xù)流遮斷，但氣體放電管類的器件在經(jīng)過多次導電擊穿后，其續(xù)流遮斷能力將大大降低，長期使用后在交流電路的過零點也不能實現(xiàn)續(xù)流的遮斷；還存在一種情況就是如果電流和電壓相位不一致，也可能導致續(xù)流不能遮斷。因此在交流電源電路的相線對保護地線、相線對零線以及相線之間單獨使用氣體放電管都不合適，當用電設備采用單相供電且無法保證實際應用中相線和中線不存在接反的可能性時，中線對保護地線單獨使用氣體放電管也是不合適的，此時使用氣體放電管需要和壓敏電阻串聯(lián)。在交流電源電路的相線對中線的保護中基本不使用氣體放電管。防雷電路的設計中，應注重氣體放電管的直流擊穿電壓、沖擊擊穿電壓、

15、通流容量等參數(shù)值的選取。設置在普通交流線路上的放電管，要求它在線路正常運行電壓及其允許的波動范圍內(nèi)不能動作，則它的直流放電電壓應滿足：min(ufdc)1.8UP。式中ufdc直流擊穿電壓，min(ufdc)表示直流擊穿電壓的最小值。UP為線路正常運行電壓的峰值。氣體放電管主要可應用在交流電源口相線、中線的對地保護；直流RTN和保護地之間的保護；信號口線對地的保護；天饋口饋線芯線對屏蔽層的保護。氣體放電管的失效模式多數(shù)情況下為開路，因電路設計原因或其它因素導致放電管長期處于短路狀態(tài)而燒壞時，也可引起短路的失效模式。氣體放電管使用壽命相對較短，多次沖擊后性能會下降，同時其他放電管在長時間使用會有

16、漏氣失效這種自然失效的情況，因此由氣體放電管構成的防雷器長時間使用后存在維護及更換的問題。4.2 壓敏電阻圖4-2 壓敏電阻的原理圖符號壓敏電阻是一種限壓型保護器件。利用壓敏電阻的非線性特性，當過電壓出現(xiàn)在壓敏電阻的兩極間，壓敏電阻可以將電壓鉗位到一個相對固定的電壓值，從而實現(xiàn)對后級電路的保護。壓敏電阻的主要參數(shù)有：壓敏電壓、通流容量、結電容、響應時間等。壓敏電阻的響應時間為ns級，比空氣放電管快，比TVS管稍慢一些，一般情況下用于電子電路的過電壓保護其響應速度可以滿足要求。壓敏電阻的結電容一般在幾百到幾千pF的數(shù)量級范圍，很多情況下不宜直接應用在高頻信號線路的保護中，應用在交流電路的保護中時

17、，因為其結電容較大會增加漏電流，在設計防護電路時需要充分考慮。壓敏電阻的通流容量較大，但比氣體放電管小。壓敏電阻的壓敏電壓（min(U1mA）、通流容量是電路設計時應重點考慮的。在直流回路中，應當有：min(U1mA)(1.82)Udc，式中Udc為回路中的直流額定工作電壓。在交流回路中，應當有：min(U1mA)(2.22.5)Uac，式中Uac為回路中的交流工作電壓的有效值。上述取值原則主要是為了保證壓敏電阻在電源電路中應用時，有適當?shù)陌踩６?。在信號回路中時，應當有：min(U1mA)(1.21.5)Umax，式中Umax為信號回路的峰值電壓。壓敏電阻的通流容量應根據(jù)防雷電路的設計指標來

18、定。一般而言，壓敏電阻的通流容量要大于等于防雷電路設計的通流容量。壓敏電阻主要可用于直流電源、交流電源、低頻信號線路、帶饋電的天饋線路。壓敏電阻的失效模式主要是短路，當通過的過電流太大時，也可能造成閥片被炸裂而開路。壓敏電阻使用壽命較短，多次沖擊后性能會下降。因此由壓敏電阻構成的防雷器長時間使用后存在維護及更換的問題。4.3 電壓鉗位型瞬態(tài)抑制二極管（TVS）圖4-3 TVS管原理圖TVS（Transient Voltage Suppression）是一種限壓保護器件，作用與壓敏電阻很類似。也是利用器件的非線性特性將過電壓鉗位到一個較低的電壓值實現(xiàn)對后級電路的保護。TVS管的主要參數(shù)有：反向擊

19、穿電壓、最大鉗位電壓、瞬間功率、結電容、響應時間等。TVS的響應時間可以達到ps級，是限壓型浪涌保護器件中最快的。用于電子電路的過電壓保護時其響應速度都可滿足要求。 TVS管的結電容根據(jù)制造工藝的不同，大體可分為兩種類型，高結電容型TVS一般在幾百幾千pF的數(shù)量級，低結電容型TVS的結電容一般在幾pF幾十pF的數(shù)量級。一般分立式TVS的結電容都較高，表貼式TVS管中兩種類型都有。在高頻信號線路的保護中，應主要選用低結電容的TVS管。TVS管的非線性特性比壓敏電阻好，當通過TVS管的過電流增大時，TVS管的鉗位電壓上升速度比壓敏電阻慢，因此可以獲得比壓敏電阻更理想的殘壓輸出。在很多需要精細保護的

20、電子電路中，應用TVS管是比較好的選擇。TVS管的通流容量在限壓型浪涌保護器中是最小的，一般用于最末級的精細保護，因其通流量小，一般不用于交流電源線路的保護，直流電源的防雷電路使用TVS管時，一般還需要與壓敏電阻等通流容量大的器件配合使用。 TVS管便于集成，很適合在單板上使用。TVS具有的另一個優(yōu)點是可靈活選用單向或雙向保護器件，在單極性的信號電路和直流電源電路中，選用單向TVS管，可以獲得比較低的殘壓。TVS的反向擊穿電壓、通流容量是電路設計時應重點考慮的。在直流回路中，應當有：min(UBR)(1.31.6)Umax，式中UBR為直流TVS的反向擊穿電壓，Umax是直流回路中的電壓峰值。

21、TVS管主要可用于直流電源、信號線路、天饋線路的防雷保護。TVS管的失效模式主要是短路。但當通過的過電流太大時，也可能造成TVS管被炸裂而開路。TVS管的使用壽命相對較長。4.4 電壓開關型瞬態(tài)抑制二極管（TSS）圖4-4 TSS管的原理圖符號電壓開關型瞬態(tài)抑制二極管（TSS，Thyristor Surge Suppressor）與TVS管相同，也是利用半導體工藝制成的限壓保護器件，但其工作原理與氣體放電管類似，而與壓敏電阻和TVS管不同。當TSS管兩端的過電壓超過TSS管的擊穿電壓時，TSS管將把過電壓鉗位到比擊穿電壓更低的接近0V的水平上，之后TSS管持續(xù)這種短路狀態(tài)，直到流過TSS管的過

22、電流降到臨界值以下后，TSS恢復開路狀態(tài)。TSS管在響應時間、結電容方面具有與TVS管相同的特點。易于制成表貼器件，很適合在單板上使用，TSS管動作后，將過電壓從擊穿電壓值附近下拉到接近0V的水平，這時二極管的結壓降小，所以用于信號電平較高的線路（例如：模擬用戶線、ADSL等）保護時通流量比TVS管大，保護效果也比TVS管好。TSS適合于信號電平較高的信號線路的保護。在使用TSS管時需要注意的一個問題是：TSS管在過電壓作用下?lián)舸┖?，當流過TSS管的電流值下降到臨界值以下后，TSS管才恢復開路狀態(tài)，因此TSS管在信號線路中使用時，信號線路的常態(tài)電流應小于TSS管的臨界恢復電流。臨界恢復電流值隨

23、TSS管的型號和設計應用場合的不同而不同，使用時應注意在器件手冊中查明所用具體型號的確切值。TSS管的擊穿電壓（min(UBR）、通流容量是電路設計時應重點考慮的。在信號回路中時，應當有：min(UBR)(1.21.5)Umax，式中Umax為信號回路的峰值電壓。TSS管較多應用于信號線路的防雷保護。TSS管的失效模式主要是短路。但當通過的過電流太大時，也可能造成TSS管被炸裂而開路。TSS管的使用壽命相對較長。4.5 正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC）PTC是一種限流保護器件，它有一個動作溫度值TS，當其本體內(nèi)溫度低于TS時，其阻值維持基本恒定，這時的阻值稱為冷電阻。當正溫度系數(shù)電阻本體那溫度高于

24、TS時，其阻值迅速增大，可以達到的最大阻值能過比冷電阻值打104倍左右。由于它的阻值可以隨溫度升高而迅速增大，所以一般串聯(lián)于線上用作暫態(tài)大電流的過流保護。PTC在信號線及電源線路上都有應用。PTC反應速度較慢，一般在毫秒級以上，因此它的非線性電阻特性在雷擊過電流通過時基本發(fā)揮不了作用，只能按它的常態(tài)電阻（冷電阻）來估算它的限流作用。熱敏電阻的作用更多的體現(xiàn)在諸如電力線碰觸等出現(xiàn)長時間過流保護的場合，常用于用戶線路的保護中。目前PTC主要有高分子材料PTC和陶瓷PTC兩種，其中陶瓷PTC的過電壓耐受能力比高分子材料的PTC好，但高分子材料的PTC響應速度比陶瓷PTC快。通常陶瓷PTC不能實現(xiàn)低阻

25、值，低阻值的PTC均采用的是高分子的材料。4.6 保險管、熔斷器、空氣開關保險管、熔斷器、空氣開關都屬于保護器件，用于設備內(nèi)部出現(xiàn)短路、過流等故障情況下，能夠斷開線路上的短路負載或過流負載，防止電氣火災及保證設備的安全特性。保險管一般用于單板上的保護，熔斷器、空氣開關一般可用于整機的保護。下面簡單介紹保險管的使用。對于電源電路上由空氣放電管、壓敏電阻、TVS管組成的防護電路，必須配有保險管進行保護，以避免設備內(nèi)的防護電路損壞后設備發(fā)生安全問題。圖4-5給出了保險應用的兩個例子，其中a電路中防護電路與主回路共用一個保險，當防護電路短路失效時主回路供電會同時斷開，b電路中主回路和防護電路有各自的保

26、險，當防護電路失效時防護電路的保險斷開，主回路仍然能正常工作，但是此時端口再出現(xiàn)過電壓時，端口可能會因為失去防護而導致內(nèi)部電路的損壞。兩種電路各有利弊，在設計過程中可以根據(jù)需要選用。無饋電的信號線路、天饋線路的保護采用保險管的必要性不大。主回路保險防護器件保險防護器件輸入ab輸入主回路保險圖4-5 保險應用的兩個例子保險管的特性主要有：額定電流、額定電壓等。其中額定電壓有直流和交流之分。標注在熔絲上的電壓額定值表示該熔絲在電壓等于或小于其額定電壓的電路中完全可以安全可靠地中斷其額定的短路電流。電壓額定值系列包括在NEC規(guī)定中，而且也是保險商實驗室的一項要求，作為防止火災危險的保護措施。對于大多

27、數(shù)小尺寸熔絲及微型熔絲，熔絲制造商們采用的標準額定電壓為32、63、125、250、600V。概括而言，熔絲可以在小于其額定電壓的任何電壓下使用而不損害其熔斷特性。防護電路中的保險管，宜選用防爆型慢熔斷保險管。4.7 電感、電阻、導線電感、電阻、導線本身并不是保護器件，但在多個不同保護器件組合構成的防護電路中，可以起到配合的作用。防護器件中，氣體放電管的特點是通流量大、但響應時間慢、沖擊擊穿電壓高；TVS管的通流量小，響應時間最快，電壓鉗位特性最好；壓敏電阻的特性介于這兩者之間，當一個防護電路要求整體通流量大，能夠實現(xiàn)精細保護的時候，防護電路往往需要這幾種防護器件配合起來實現(xiàn)比較理想的保護特性

28、。但是這些防護器件不能簡單的并聯(lián)起來使用，例如：將通流量大的壓敏電阻和通流量小的TVS管直接并聯(lián)，在過電流的作用下，TVS管會先發(fā)生損壞，無法發(fā)揮壓敏電阻通流量大的優(yōu)勢。因此在幾種防護器件配合使用的場合，往往需要電感、電阻、導線等在不同的防護元件之間進行配合。下面對這幾種元件分別進行介紹：電感：在串聯(lián)式直流電源防護電路中，饋電線上不能有較大的壓降，因此極間電路的配合可以采用空心電感，如下圖：圖4-6 用電感實現(xiàn)兩級防護器件的配合電感應起到的作用：防護電路達到設計通流量時，TVS上的過電流不應達到TVS管的最大通流量，因此電感需要提供足夠的對雷擊過電流的限流能力。在電源電路中，電感的設計應注意的

29、幾個問題：1、電感線圈應在流過設備的滿配工作電流時能夠正常工作而不會過熱；2、盡量使用空心電感，帶磁芯的電感在過電流作用下會發(fā)生磁飽和，電路中的電感量只能以無磁芯時的電感量來計算；3、線圈應盡可能繞制單層，這樣做可以減小線圈的寄生電容，同時可以增強線圈對暫態(tài)過電壓的耐受能力；4、繞制電感線圈導線上的絕緣層應具有足夠的厚度，以保證在暫態(tài)過電壓作用下線圈的匝間不致發(fā)生擊穿短路。在公司電源口的防護電路設計中，電感通常取值為715uH。電阻：在信號線路中，線路上串接的元件對高頻信號的抑制要盡量少，因此極間配合可以采用電阻，如下圖：圖4-7 用電阻實現(xiàn)兩級防護器件的配合電阻應起到的作用與前述電感的作用基

30、本相同。以上圖為例，電阻的取值計算方法為：測得空氣放電管的沖擊擊穿電壓值U1，查TVS器件手冊得到TVS管8/20us沖擊電流下的最大通流量I1、以及TVS管最高鉗位電壓U2，則電阻的最小取值為：R （U1-U2）/I1。在信號線路中，電阻的使用應注意的幾個問題：1、電阻的功率應足夠大，避免過電流作用下電阻發(fā)生損壞；2、盡量使用線性電阻，使電阻對正常信號傳輸?shù)挠绊懕M量小。導線：某些交/直流設備的滿配工作電流很大，超過30A，這種情況下防護電路的極間配合采用電感會出現(xiàn)體積過大的問題，為解決這個問題，可以將防護電路分為兩個部分，前級防護和后級防護不設計在同一塊電路板上，同時兩級電路之間可以利用規(guī)定

31、長度的饋電線來做配合。圖4-8 用導線實現(xiàn)兩級防器件的配合這種組合形成的防護電路中，規(guī)定長度饋電線所起的作用，與電感的作用是相同的，因為1米長導線的電感量在11.6uH之間，饋電線達到一定長度，就可以起到良好的配合作用，饋電線的線徑可以根據(jù)滿配工作電流的大小靈活選取，克服了采用電感做極間配合時電感上不能流過很大工作電流的缺點。4.8 變壓器、光耦、繼電器變壓器、光耦和繼電器本身并不屬于保護器件，但端口電路的設計中可以利用這些器件具有的隔離特性來提高端口電路抗過電壓的能力。端口雷擊共模保護設計有兩種方法：1、線路對地安裝限壓保護器，當線路引入雷擊過電壓時，限壓保護器成為短路狀態(tài)將過電流泄放到大地

32、；2、線路上設計隔離元件，隔離元件兩邊的電路不共地，當線路引入雷擊過電壓時，這個瞬間過電壓施加在隔離元件的兩邊。只要在過電壓作用在隔離元件期間，隔離元件本身不被絕緣擊穿，并且隔離元件前高壓信號線不對其他低壓部分擊穿，線路上的雷擊過電壓就不能夠轉化為過電流進入設備內(nèi)部，設備的內(nèi)部電路也就得到了保護。這時線路上只需要設計差模保護，防護電路可以大大簡化。例如以太網(wǎng)口的保護就可以采用這種思路。能夠實現(xiàn)這種隔離作用的元件主要有：變壓器、光耦和繼電器等。這里的變壓器主要是指用于信號端口的各種信號傳輸變壓器。變壓器一般有初/次級間絕緣耐壓的指標，變壓器的沖擊耐壓值（適用于雷擊）可根據(jù)直流耐壓值或交流耐壓值換

33、算出來。大致的估算公式為：沖擊耐壓值=2直流耐壓值=3交流耐壓值。圖4-9 用變壓器實現(xiàn)隔離上圖示出一種將變壓器結合在內(nèi)的信號端口防護電路設計。雷擊時，設備外部的線纜上可感應的對地共模過電壓作用在變壓器的初級和次級之間，如圖4-9。只要初/次級不發(fā)生絕緣擊穿，設備外電纜上的過電壓就不會轉化為過電流進入設備內(nèi)部。這時端口只需要做差模保護，利用變壓器等器件的隔離特性，有利于簡化端口的防雷電路。采用這種方法設計需要注意的是：變壓器、光耦和繼電器等元件本身的絕緣耐壓能力應很高（例如沖擊耐壓大于4kV），否則在過電壓的作用下很容易發(fā)生絕緣擊穿，不能起到提高端口耐壓的作用。另外，利用變壓器的隔離特性時，需

34、要注意變壓器的初/次級間有分布電容，某些情況下外部線纜上的共模過電壓可通過分布電容從初級耦合到次級，從而進入到內(nèi)部電路中，這樣就破壞了變壓器的隔離效果，因此應盡量選用帶有初次極間屏蔽層的變壓器，并將變壓器屏蔽層外引線在單板內(nèi)接地，如圖4-9所示。這時變壓器的有效絕緣耐壓變成了初級與屏蔽接地端間的絕緣耐壓值。采用共模隔離設計的另一個需要注意的問題是初級電路與單板上其它電路、地的印制線在單板上應分離開，并有足夠的絕緣距離。一般，印制板上邊緣相距1mm的兩根印制走線，能耐受1.2/50us沖擊電壓4kV左右。上面幾節(jié)講述了防護電路中所使用的元器件，在防護電路的器件選型過程中對氣體放電管、壓敏電阻、熱

35、敏電阻、保險管、熔斷器、空氣開關等都要選擇有安全認證的器件。5 端口防護概述通信設備的防雷主要需要做端口防護和系統(tǒng)接地兩方面的工作。本規(guī)范主要闡述的是端口防護電路設計方面的內(nèi)容。我們設計的防護電路要獲得滿意的防雷效果，應達到以下兩個目的：1、防雷器的輸出殘壓應低于被保護端口的過電壓耐受水平，并有一定裕量；2、防雷器自身具有一定的雷擊過電流耐受水平，應比實際使用環(huán)境中被保護設備端口可能引入的雷擊過電流的最高值要高一些，并有足夠裕量。也就是說，通信設備各端口自身要有一定的過電壓耐受水平，并且防雷器自身不易被雷擊損壞，只有滿足這兩點才能對設備的端口實現(xiàn)有效的保護。防雷器對端口的保護，分為共模保護和差

36、模保護兩個方面。對一種線纜而言，引入設備的過電壓/過電流以線纜對地的共模為主，線纜間的差模過電壓/過電流相對小一些。但在有防護電路及設備上廣泛采用等電位連接的情況下，共模的過電壓/過電流也可以轉化成差模。需要注意的是：1、 通信設備防護能力的強弱，與系統(tǒng)接地設計的關系也非常密切。防雷設計對接地的要求中，最根本的一點是實現(xiàn)設備上單板工作地和保護地的等電位連接。通信設備不僅需要良好的端口防護電路，同時也需要有合理的系統(tǒng)接地設計，才能達到良好防雷效果。關于設備系統(tǒng)接地的設計原則和方法，請參見公司已發(fā)布的接地設計指導書。2、 設備端口的防護指標根據(jù)其產(chǎn)品族類、應用環(huán)境、網(wǎng)絡地位、信號類型等因素的不同而

37、不同，從而其所對應的防護電路有所差異。關于設備端口的具體防護指標請參見公司的產(chǎn)品工程特性需求基線。防雷器主要分為電源防雷器、信號防雷器、天饋防雷器。各種防雷器的保護效果，與防雷器的安裝方式有很大的關系，因此，下面對各種防雷器的安裝方式做一下說明。5.1 電源防雷器的安裝5.1.1 串聯(lián)式防雷器串聯(lián)式電源防雷器接在饋電線的線間，保護器件并接到饋電線上的走線可以做到很短且距離是固定的，因此串聯(lián)式電源防雷器的安裝位置可視設備安裝的方便、合理性來確定。圖5-1 串聯(lián)式防雷器的安裝5.1.2 并聯(lián)式防雷器并聯(lián)式電源防雷器在安裝中需要注意的一個問題是：防雷器并接到機柜電源接線端子的導線（或并接到饋電線上的

38、導線）一定要短，否則電源防雷器的保護效果會大大下降。圖5-2并聯(lián)式防雷器的安裝圖5-2示出一種不好的防雷器安裝方式：防雷器到機柜接線端子的并接線較長（例如：11.5米）。由圖5-2可以看出：直流饋電線引入差模過電流時，由于并接電源防雷器的作用，機柜電源端子處呈現(xiàn)的差模殘壓為：Uad=Uab+Ubc+Ucd。其中Ubc是電源防雷器的差模殘壓，Uab、Ucd分別是過電流流過電源防雷器的兩段并接導線時導線兩端的瞬間壓降。電源防雷器的差模殘壓（Uad）在5kA的8/20us沖擊電流下約200V左右；若導線Lab、Lcd分別長1米，則在5kA的8/20us沖擊電流下，若導線Lab、Lcd兩端的瞬間的壓降

39、Uab、Ucd分別可以達到905V（如圖5-3中左圖所示）。這時設備電源接線端子處的殘壓值為：Uad=Uab+Ubc+Ucd=905+200+905=2010V，可見并接導線達到1米長時，影響設備端口差模殘壓指標的主要是導線的壓降而不是防雷器的殘壓。所以，電源防雷器到機柜電源接線端子的并接導線太長，無法使電源防雷器有效的保護設備。圖5-35kA(左)、3kA(右)的8/20us沖擊電流下1米長導線兩端壓降(試驗實測值，探頭衰減500倍)沖擊電流作用下線纜兩端的壓降可以通過理論計算大致估算出來：一根導線可等效為一個電感，在一個變化的電流流過導線時，導線兩端的壓降為：DULdi/dt，其中L為導線

40、上的電感量，一般1米長導線的電感量在1uH1.6uH之間（計算可取1uH）；di/dt是導線上電流的變化率。通過這個公式可以看出，DU與L成正比，L 又與線長成正比。因此，減小電源防雷器并接導線的長度就是減小Uab和Ucd，也就是減小Uad。所以，電源防雷器并接到機柜電源接線端子的導線（或并接到饋電線上的導線）一定要短，特別是對于防護等級在20kA或者40kA這樣大量級的情況，防雷模塊的安裝需要尤為注意。這一設計原則應用到單板內(nèi)的防護電路設計也是一樣的道理：做線間保護的防雷電路的引線一定要短。5.2 信號防雷器的接地圖5-4示出一種不正確的信號防雷器安裝方式：防雷器安裝在設備以外的其它設備內(nèi)（

41、例如：DDF架內(nèi)），并且通過其它裝置的接地線接地，由于機房內(nèi)獨立設備的保護接地線通常都不會太短（320米），使信號防雷器的共模防護作用大大減低。圖5-4不正確的信號防雷器安裝方式根據(jù)被保護設備內(nèi)部接口電路的不同，信號防雷器實現(xiàn)共模保護的原理略有區(qū)別：1、 內(nèi)部接口具有對地的防護電路，或外部線纜中有信號回線與內(nèi)部單板地連接。這種情況下，外加信號防雷器應達到如下效果：由信號線引入的共模過電流，絕大部分通過信號防雷器的接地線泄放到大地，只有非常小的一部分過電流流入設備內(nèi)部，這一小部分過電流是設備內(nèi)部的單板防護電路本身能耐受得住而不發(fā)生損壞的。在信號防雷器和單板級防護電路都存在的情況下，線纜上的感應過

42、電流可以同時通過圖5-4中1、2兩條泄放途徑泄放到大地。但是圖中泄放途徑1因為保護接地線太長而具有較大的線間感抗，使路徑1不能成為比路徑2阻抗小得多的雷電流低阻泄放路徑，因此信號防雷器的共模保護效果大大減低。解決方法是：將信號防雷器靠近被保護設備安裝或安裝在被保護設備內(nèi)部，信號防雷器通過很短的接地線接到設備的保護地上去，如圖5-5所示。2、 內(nèi)部信號接口沒有防護電路，且外部信號電纜對內(nèi)部單板地隔離外部信號電纜對內(nèi)部單板地隔離的情況下，只要接口部分出現(xiàn)的過電壓沒有超過接口電路自身的絕緣耐壓值時，接口電路一般不會發(fā)生共模損壞。因此信號防雷器的共模保護作用體現(xiàn)在：外部線纜引入感應雷擊過電流時，信號防

43、雷器本身的共模殘壓加上信號防雷器接地線兩端的壓降，必須小于接口電路自身的絕緣耐壓。我們知道5kA的8/20us沖擊電流作用下1米長導線兩端的壓降可達到900V左右，而導線兩端的壓降為：DULdi/dt，因此減小信號防雷器輸出共模殘壓的最有效辦法是減小信號防雷器接地線的長度（信號防雷器自身的共模殘壓可以做到很?。Ｕ_的信號防雷器安裝方式也是：將信號防雷器靠近被保護設備安裝或安裝在被保護設備內(nèi)部，信號防雷器通過很短的接地線接到設備的保護地上去。這個原則也適用于單板內(nèi)部防護電路的設計：單板內(nèi)部防護電路的泄流地應盡可能短的在單板框母板上與單板工作地匯接在一起。5.3 天饋防雷器的接地天饋防雷器的安裝

44、和接地設計中，一個很重要的問題是應符合國家的行業(yè)標準中對天饋防雷器安裝及接地的要求。YD 5068-98移動通信基站防雷與接地設計規(guī)范第條明確規(guī)定：“同軸電纜饋線進入機房后與通信設備連接處應安裝饋線防雷器，以防來自天饋線的感應雷。饋線防雷器接地端子應就近引接到室外饋線入口處接地線上?！币虼?，應該明確的是：當設備位于室內(nèi)并在饋線上配置天饋防雷器時，應該安裝接地線，且接地線應接室外接地排（當天饋防雷器位于機柜頂部或者內(nèi)部時可以不遵照本要求）。5.4 防雷器正確安裝的例子圖5-5 防雷器正確安裝的例子圖5-5示出防雷器正確安裝的例子。其中，直流電源防雷器是并聯(lián)式防雷器，通過很短的（10cm左右）并接

45、線接到設備的電源接線端子上(安裝位置1)，或采用凱文接線的方式接到饋電線上（安裝位置2）；信號防雷器應安裝在設備機柜上，宜通過金屬固定件實現(xiàn)與機殼保護地的直接連接，如果采用接地線則應盡量短，至少應短于5cm；多個天饋防雷器的接地引線先在一個天饋防雷器接地排上匯接，再由天饋防雷器引一根接地線接到室外接地排上。6 電源口防雷電路設計電源口防雷電路的設計需要注意的因素較多，有如下幾方面：1、 防雷電路的設計應滿足規(guī)定的防護等級要求，且防雷電路的殘壓水平應能夠保護后級電路免受損壞。2、 在遇到雷電暫態(tài)過電壓作用時，保護裝置應具有足夠快的動作響應速度，即能盡早的動作限壓和旁路泄流。3、 防雷電路加在饋電

46、線路上，不應影響設備的正常饋電。例如，采用串聯(lián)式電源防雷電路時，防雷電路應可通過設備滿負荷工作時的電流并有一定的裕量。4、 防護電路在系統(tǒng)的最高工作電壓時不應動作。通常在交流回路中，防護電路的動作電壓是交流工作電壓有效值的2.22.5倍，在直流回路中，防護電路的動作電壓是直流額定工作電壓的1.82倍。5、 防雷電路加在饋電線路上，不應給設備的安全運行帶來隱患。例如，應避免由于電路設計不當而使防雷電路存在著火等安全隱患。6、 在整個饋電通路上存在多級防雷電路時，應注意各級防雷電路間有良好的配合關系，不應出現(xiàn)后級防雷電路遭到雷擊損壞而前級防雷電路完好的情況。7、 防雷電路應具有損壞告警、遙信、熱容

47、和過流保護功能，并具有可替換性。下面分別給出交流電源口和直流電源口的防雷電路設計指導。6.1 交流電源口防雷電路設計6.1.1 交流電源口防雷電路圖6-1 交流電源口防雷電路上圖是一個兩級的交流電源口防護電路，G1和G2為氣體放電管，Rvz1Rvz6為壓敏電阻，F(xiàn)1和F2為空氣開關，F(xiàn)3和F4為保險，L1和L2是退耦電感。電路原理簡述如下：第1級防雷電路為具有共模和差模保護的電路，差模保護采用的壓敏電阻。共模保護采用壓敏電阻和氣體放電管串聯(lián)。第1級防雷電路的通流能力較高，通常在幾十kA（8/20us）。第1級防雷電路宜選用空氣開關做短路過流故障的保護器件。第2級防雷電路的形式與第1級相同，合理

48、設計第1級電路和第2級電路間的電感值，可以使大部分的雷電流通過第1級防雷電路泄放，第2級電路只泄放少部分雷電流，這樣就可以通過第2級電路將防雷器的輸出殘壓進一步降低以達到保護后級設備的目的。第2級防雷電路應選用保險做保護器件。防護電路中各保護器件的通流量的選擇應達到設計指標的要求并有一定裕量；差模壓敏電阻的壓敏電壓取值可按壓敏電阻章節(jié)給出的方法選擇；壓敏電阻和氣體放電管串聯(lián)的共模防護電路中，壓敏電阻、空氣放電管的取值仍可按壓敏、放電管單獨并接在線路中時的相關章節(jié)給出的計算方法來選取。6.1.2 交流電源口防雷電路變型6.1.2.1 變型電路1圖6-2交流電源口變型電路1變型電路1將原電路中的電

49、感換成了一定長度的饋電線。規(guī)定長度的饋電線所具有的電感量與原電路中電感的感值是基本相同的。將電感換成饋電線的優(yōu)點是：在設備的工作電流很大的情況下，合理的選擇饋電線線徑就可以滿足給設備供電的需求，克服了在設備供電電流很大時，空心電感的體積過大而無法在電路上實現(xiàn)的問題。第1級的防護電路和第2級的防護電路可以分別放置在兩個不同的設備中實現(xiàn)，例如：將第1級防護電路設計為一個獨立的防雷箱，將第2級防雷電路內(nèi)置于通信設備中。由于去掉了電感，變型電路1可以看做為兩個并聯(lián)式的防雷電路。當這兩級防雷電路做成兩個單獨的防雷器時，需要注意防雷器的安裝問題。6.1.2.2 變型電路2圖6-3交流電源口變型電路2變型電

50、路2是圖6-1交流防雷電路的簡化設計：只保留防雷電路中的第1級防雷電路或者第2級防雷電路，其它設計要點同交流電源口防雷電路。電路6-3a在后級電路抗浪涌過電壓能力較強時采用，電路6-3b在外部具有一級保護措施時采用，一般設計在電源模塊內(nèi)部。變形電路2降低了電路的復雜性，并且由于去掉了電感，不需要考慮滿足通過設備正常工作電流的需要，方案更容易實現(xiàn)。由于該電路去掉了電感，它由一個串聯(lián)式防雷電路變成了一個并聯(lián)式防雷電路。當這個電路做成一個獨立的防雷器時，需要注意防雷器的安裝問題。6.2 直流電源口防雷電路設計6.2.1 直流電源口防雷電路圖6-4 直流電源口防雷電路上圖是一個具有串聯(lián)式2級差模防護的

51、電路，可以做到標稱放電電流5kA，電路原理簡述如下：第1級采用兩個壓敏電阻并聯(lián)的差模保護，兩個氣體放電管并聯(lián)進行共模保護（注：這里選用兩個器件并聯(lián)的目的是降低殘壓和增大通流能力，在使用單個器件滿足要求的情況下可以只使用一個器件），可以達到標稱放電電流5kA的設計指標，第2級采用壓敏電阻和TVS管保護，將殘壓降低到后級電路能夠承受的水平，其中TVS管T1推薦采用雙向TVS管，可以防反接，也可以采用單向的TVS管，但具有不防反接的缺點。共模保護采用兩個氣體放電管并聯(lián)構成的1級防護電路。該電路的優(yōu)點是具有較低的輸出殘壓，適用于后級電路抗過電壓水平很低的情況。防雷電路中各保護元件通流量、壓敏電壓、反向

52、擊穿電壓的選擇、電感的取值可參照相關章節(jié)給出的方法進行。兩級防雷電路都應選用保險做保護器件。該防護電路的應用場合是后級電路的抗浪涌過電壓的能力較弱，一級防雷電路不足以保護后級的設備，需要通過第2級的防雷電路將殘壓進一步降低。6.2.2 直流電源口防雷電路變型6.2.2.1 變型電路1圖6-5 直流電源口變型電路1變型電路1將圖6-4直流電源口防雷電路中的電感換成了一定長度的饋電線。規(guī)定長度的饋電線所具有的電感量與原電路中電感的感值是基本相同的。將電感換成饋電線的優(yōu)點是：在設備的工作電流很大的情況下，合理的選擇饋電線線徑就可以滿足給設備供電需求，克服了在設備供電電流很大時，空心電感的體積過大而無

53、法在電路上實現(xiàn)的問題。第1級的防護電路和第2級的防護電路可以分別放置在兩個不同的設備中實現(xiàn)，例如：將第1級防護電路設計到直流高阻柜中，將第2級防雷電路內(nèi)置于通信設備中。由于去掉了電感，變型電路1可以看作為兩個并聯(lián)式的防雷電路。當這兩級防雷電路做成兩個單獨的防雷器時，需要注意防雷器的安裝問題。6.2.2.2 變型電路2圖6-6 直流電源口變型電路2變型電路2是直流電源口防雷電路的簡化設計：保留防雷電路中的第1級防雷電路（注：這里選用兩個器件并聯(lián)的目的是降低殘壓和增大通流能力，在使用單個器件滿足要求的情況下可以只使用一個器件），去掉電感及第2級防雷電路。其它設計要點同直流電源口防雷電路。變型電路2

54、的應用場合是在后級電路抗浪涌過電壓能力較強時采用，這個方案可以降低電路的復雜性。同時由于去掉了電感，不需要考慮滿足通過設備正常工作電流的需要，方案更容易實現(xiàn)。由于變型電路2去掉了電感，它由一個串聯(lián)式防雷電路變成了一個并聯(lián)式防雷電路。當這個電路做成一個獨立的防雷器時，需要注意防雷器的安裝問題。7 信號口防雷電路設計設計信號口防雷電路應注意以下幾點：1、 防雷電路的輸出殘壓值必須比被防護電路自身能夠耐受的過電壓峰值低，并有一定裕量。2、 防雷電路應有足夠的沖擊通流能力和響應速度。3、 信號防雷電路應滿足相應接口信號傳輸速率及帶寬的需求，且接口與被保護設備兼容。4、 信號防雷電路要考慮阻抗匹配的問題

55、。5、 信號防雷電路的插損應滿足通信系統(tǒng)的要求。6、 對于信號回路的峰值電壓防護電路不應動作，通常在信號回路中，防護電路的動作電壓是信號回路的峰值電壓的1.31.6倍。7.1 E1口防雷電路7.1.1 室外走線E1口防雷電路當E1電纜戶外走線時，對端口的防護等級要求較高，根據(jù)被保護設備的不同特點，此時E1口的防護電路我司主要采用以下幾種方式的電路進行防護。圖7-1 室外走線E1口防雷電路圖7-1中給出的是三種比較典型的E1口防護電路，對于非平衡E1端口，建議采用圖7-1的電路a和b，對于平衡E1端口建議采用圖7-1的電路c。其中電路a和c采用氣體放電管、電阻、快恢復二極管、TVS管組成，其中氣

56、體放電管將線纜引入的大部分雷擊過電流泄放。電阻的作用是用于兩級電路間的配合，由TVS管和快恢復二極管組成的橋式電路是第2級防雷電路，進一步降低防雷器輸出的殘壓，從而有效的保護后級設備。因為E1口信號電平較低，且設備在正常運行狀態(tài)下工作地與保護地之間的電位差基本為零，電路中的氣體放電管可以選用低動作電壓的管子。由快恢復二極管和TVS形成和組合電路可以降低單個分立式TVS管的結電容，由于快恢復二極管的結電容比TVS管小很多，組合電路的結電容主要決定于快恢復二極管。圖7-1a和圖7-1b電路區(qū)別在于圖7-1a電路共模有兩級防護，而圖7-1b電路共模只有一級防護，因此圖7-1b電路主要用于被防護電路耐受共模過電壓能力較高的情況。7.1.2 室內(nèi)走線E1口防雷電路對于E1線室內(nèi)走線，并且走線距離不超過30m的情況，不必采用圖7-1中的二級防護電路，此時E1口按照公司的規(guī)范電路設計即可。E1規(guī)范電路中后級芯片采用PSOT05C（15040152，400pF），其結電容值偏大；相同功能參數(shù)器件POST05LC（15040162，5pF）可進行PSOT05C的替代，但其為單向器件，需四片組合才能完成PSOT05C的保護功能。防護電路設計時建議結合線路傳輸距離和電路防護能力兩方面因素綜合考慮，具體電路參考如下。7.1.2.1 DS21554接口電路DALLAS推薦電路：圖7-2 DS