CN201956681U - 电源线电磁脉冲防护器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电源线电磁脉冲防护器，其包括：气体放电管；至少三个压敏电阻；电容；和电感；其中在所述气体放电管与所述至少三个压敏电阻中的一个串联，之后与所述至少三个压敏电阻中的另一个并联，并且与所述电容和所述电感并联。

Description

电源线电磁脉冲防护器

技术领域

本实用新型涉及一种电磁脉冲防护器，更具体而言，涉及一种电源线电磁脉冲防护器。

背景技术

未来信息化战争，武器装备面临的电磁环境将极为复杂，不仅有武器平台自身的雷达、无线通信等设备干扰等，还要面临敌我双方的电子对抗、以及电磁脉冲弹、高功率微波武器的电磁干扰，此外还有雷电、静电干扰，这使得高科技战场的电磁环境趋于恶劣和复杂化。作为通讯指挥***的军用电子方舱应具备对复杂电磁环境的适应能力。而目前国内还没有能够有效提高武器装备应对复杂电磁效应环境的能力，并实现良好经济效益的产品。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种电源线电磁脉冲防护装置，有效提高武器装备应对复杂电磁效应环境的能力，并实现良好经济效益。

本实用新型提供一种电源线电磁脉冲防护装置，用于防止由于电源线等耦合造成线路的损坏。

根据一个实施例，一种电源线电磁脉冲防护器，包括：气体放电管；至少三个压敏电阻；电容；和电感；其中在所述气体放电管与所述至少三个压敏电阻中的一个串联，之后与所述至少三个压敏电阻中的另一个并联，并且与所述电容和所述电感并联。

优选地，所述电容包括穿心电容、共模电容、差模电容。

优选地，所述电感包括共模电感和差模电感。

附图说明

通过参照所附附图对示例性实施例进行的详细描述，以上及其它特征和优点对于本领域技术人员来说将变得更加明显，附图中：

图1示出电磁脉冲对通信***的耦合途径。

图2示出根据本发明一个实施例的电源线电磁脉冲防护器的电路示意图。

具体实施方式

本实用新型提供一种电源线电磁脉冲防护装置，目前国内还没有类似产品，产品的成功研发可以填补国内产品空白，有效提高武器装备应对复杂电磁效应环境的能力，并实现良好经济效益。

强电磁脉冲特性

目前，对高空核电磁脉冲(HEMP)辐射环境的描述有多种，多是以双指数的形式作为辐射波形的数学表达式，其时域表达式如公式(1)所示：

E(t)＝E₀k(e^-αt-e^-βt)        公式(1)

K是修正系数，E₀是峰值场强，β、α是表征脉冲前、后沿的参数。

在一个实施例中，公式(1)中的各可取值为E₀＝50kV/m，α＝4×10⁷/s，β＝6×10⁸/s，k＝1.3。

强电磁脉冲具有以下几个特点：

(1)幅度大。电磁脉冲的电场强度在几公里范围内可达1～10万伏/米。

(2)作用时间短。核电磁脉冲(NEMP)的电场变化迅速，在0.01-0.03微秒的时间内即可上升到最大值，从发生到结束也只有几十微秒的时间，比闪电快50倍。

(3)频谱宽。电磁脉冲的频率范围宽(频率从几赫兹到100兆赫兹)，对军用或民用超低频(VLF)、高频(HF)、超高频(VHF)无线电通讯影响极大。

(4)作用范围广。高空核***时，由于其源区是在离地面几十公里的上空，覆盖着地球广大的面积，从如此大面积的源区向下发射的NEMP，其场强在广大区域内变化不大。当核***发生在地面或靠近地面时，源区的覆盖半径约3～8km，但辐射出来的电磁脉冲信号可以传到很远的地方；当核***发生在3～25公里高度时，源区半径约2-8公里；当核***在30公里以上空气稀薄的高空发生时，由于γ射线衰减较慢，因而透过的距离较长，作用范围更广，以致核电磁脉冲的破坏作用可达数千公里，地球上凡能看到爆点的地方皆能受到电磁脉冲的覆盖。

电磁脉冲的耦合机理

电磁脉冲(EMP)通过电子设备的前门耦合或者后门耦合进入***内部，会对通信电子***产生严重的破坏作用。前门耦合是指电磁脉冲通过无的天线***耦合到***的内部。天线***用于把功率耦合进、出设备，因此给脉冲功率源提供了一条进入设备并产生破坏的有效路径。后门耦合是指电磁脉冲通过设备的固定电气连线和设备互联的电缆上产生大的瞬态电流或电驻波，这些能量进入设备内部会造成电路的损坏。图1为电磁脉冲对通信***的耦合途径。如图1所示，通信***的后门耦合主要是通过天线、电源线、信号线、机箱孔缝耦合到***的内部。

天线耦合

电磁脉冲耦合到通信***的收发天线就会感应出电压或电流，当然还要考虑该天线的频段响应和增益，频率很高时在很短的天线上就能感应很大的电压。这些电压或电流通过线缆传输到***内部就会影响***的正常工作，严重时将会损毁电子线路及其元器件。

电源线、信号线耦合

电磁脉冲通过通信***的电源线、输入端和输出端信号线，耦合电磁脉冲能量而产生一定强度的电压或电流信号，然后又以传导耦合的方式进入通信***。

机箱孔缝耦合

由于通风散热和进出机箱的电缆线，需要在屏蔽机箱上开孔。当孔缝的尺寸大于电磁波波长的二分之一时，电磁波可以进入机箱内部，机箱的屏蔽效能将大为降低。当小孔中有贯通导线穿过时，若电磁脉冲入射电场与贯通导线在机箱外的部分平行，则贯通导线可直接从入射场中耦合电磁能量并将其引入机箱内电路，从而使机箱内电路上的耦合电流显著增强。另外，屏蔽机箱外壳感应电流形成的散射场通过与贯通导线耦合，也能在机箱内电路上产生较强的耦合电流，而且耦合电流峰值可随贯通导线外露于机箱部分长度的增加而增加。

抑制电磁脉冲的机理和方法

常用的浪涌抑制器件为气体放电管、瞬态电压抑制器、压敏电阻、半导体二极管等。它们的工作原理不同，但有相似的伏安特性，即两端电压低于规定电压时，通过电流很小，而当两端电压高于规定电压后，通过电流会呈指数规律增长。这一伏安特性使其能同时满足浪涌抑制泻流和限幅的要求，因而也就成为浪涌抑制的主导器件。

气体放电管可以用于数据线、有线电视、交流电源、电话***等方面进行浪涌保护，一般器件电压范围从75～10000V，耐冲击峰值电流20000A，可承受高达几千焦耳的放电。

气体放电管的主要参数：

1)反应时间，指从外加电压超过击穿电压到产生击穿现象的时间，气体放电管反应时间一般在μs数量极。

2)功率容量，指气体放电管所能承受及散发的最大能量，其定义为在固定的8×20μs电流波形下，所能承受及散发的电流。

3)电容量，指在特定的1MHz频率下测得的气体放电管两极间电容量。气体放电管电容量很小，一般为≤1pF。

4)直流击穿电压，当外施电压以500V/s的速率上升，放电管产生火花时的电压为击穿电压。气体放电管具有多种不同规格的直流击穿电压，其值取决于气体的种类和电极间的距离等因素。

5)温度范围，其工作温度范围一般在-55℃～+125℃之间。

气体放电管的优点是通流量容量大，绝缘电阻高，漏电流小；其缺点是残压较高，反应时间慢(≤100ns)，动作电压精度较低，有跟随电流(续流)。

压敏电阻是一种以氧化锌为主要成份的金属氧化物半导体非线性的限压型电阻。压敏电阻的伏安特性是连续和递增的，因此它不存在续流的遮断问题。

它的工作原理为压敏电阻的氧化锌和添加剂在一定的条件下“烧结”，电阻就会受电压的强烈影响，其电流随着电压的升高而急剧上升，上升的曲线是一个非线性指数。当在正常工作电压时，压敏电阻处于一种高阻值状态。当浪涌到来时，它处于通路状态，强大的电流流过自身泄入大地。浪涌过后，它又马上恢复到高阻值状态。

压敏电阻的几个重要参数包括：

1)压敏电压：压敏电压一般认为是在温度为20度时在压敏电阻上有1mA电流流过的时候，相应加在该电阻两端的电压。压敏电压在交流电网中，一般比电网的峰值电压要高，为峰值电压的0.7倍，而峰值电压一般认为是交流电网电压的√2倍(直流时峰值电压是额定电压的1.2倍)。用公式表示为：VN＝VNH×√2÷0.7式中的VN为压敏电压；VNH为电网额定电压。

2)漏电流：漏电流是指在正常情况下通过压敏电阻微安数量级的电流。漏电流越小越好。对于漏电流特别应强调的是必须稳定，不允许在工作中自动升高，一旦发现漏电流自动升高，就应立即淘汰，因为漏电流的不稳定是加速防雷器老化和防雷器***的直接原因。因此在选择漏电流这一参数时，不能一味地追求越小越好，只要是在电网允许值范围内，选择漏电流值相对稍大一些的防雷器，反而较稳定。

3)响应时间：响应时间是指加在防雷器两端的电压等于压敏电压所需的时间，达到这一时间后防雷器完全导通。压敏电阻的响应时间为25ns左右。

4)寄生电容：压敏电阻一般都有较大的寄生电容，它的寄生电容一般在几百微微法到几千微微法之间，因而它不利于对高频电子***的保护。因为这种寄生电容对高频信号的传输会产生畸变作用，从而影响***的正常运行。因而对频率较高的***的保护，应选择寄生电容低的压敏电阻型防雷器。

压敏电阻的优点是残压低，响应时间快，为25ns左右，无续流，可以实现劣化批示和故障遥信告示功能。因此，压敏电阻的保护效果安全、可靠。它是目前供电***中常用产品，特别是电力、电信供电领域，更是一枝独秀。压敏电阻的缺点是有泄漏电流；寄生电容较大，不利于对高频电子线路的保护。

本实用新型在上述气体放电管或半导体放电管或压敏电阻的基础上，提供一种电源线电磁脉冲防护器，用于防止由于电源线等耦合造成线路的损坏。

根据本实用新型一个实施例提供的电源线电磁脉冲防护器可包括气体放电管；至少三个压敏电阻；电容；和电感；其中在所述气体放电管与所述至少三个压敏电阻中的一个串联，之后与所述至少三个压敏电阻中的另一个并联，并且与所述电容和所述电感并联。

图2示出根据本发明另一个实施例的电源线电磁脉冲防护器的电路示意图。从图2可见，电磁脉冲防护器可包括气体放电管、压敏电阻R1、R2、R3、穿心电容Cy、共模电容Cy1、差模电容Cx、Cx1、共模电感L1、差模电感L、入口接口P-N以及出口接口P’-N’，E为接地点。

该防护装置采用两级电磁脉冲防护加射频滤波的解决方案。气体放电管一般放在线路输入端，作为第一级浪涌保护器件，承受大的浪涌电流，第二级保护器件采用压敏电阻或者半导体放电管，在纳秒级时间内更快地响应，如果浪涌电流大，则它先起动，并泄放一定的浪涌电流，两端的电压会有所提高，直至推动第一级气体放电管的放电，把大电流泄放到地。该装置可用于保护武器装备***中的电源、供电线路，具有超低交流漏电流，能够可靠的限制瞬时过电压，不仅对电磁脉冲防护进行防护，还具有射频防护的功能。

在一个实施例中，可使用如表1所示的元器件。

表1

这里已经公开了各实施例，并且尽管采用了具体术语，但是仅在广义和描述的意义上使用并解释它们，而并不用于限定的目的。因此，本领域普通技术人员会理解，在不超出所附权利要求记载的本发明的精神和范围的情况下，可以做各种形式上和细节上的改变。

Claims (3)

1.一种电源线电磁脉冲防护器，其特征在于，包括：

气体放电管；

至少三个压敏电阻；

电容；和

电感；

其中所述气体放电管与所述至少三个压敏电阻中的一个串联，之后与所述至少三个压敏电阻中的另一个并联，并且与所述电容和所述电感并联。

2.如权利要求1所述的电源线电磁脉冲防护器，其特征在于，所述电容包括穿心电容、共模电容、差模电容。

3.如权利要求1所述的电源线电磁脉冲防护器，其特征在于，所述电感包括共模电感和差模电感。

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