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LED电源防雷攻略:压敏电阻串联陶瓷气体放电管

2015-10-28 10:34 来源:高工LED 关注度:57057次 字体:   原创申明 投稿
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雷电的入侵首先表现为过电压,当存在泄放通道时,产生电流。过电压有共模过电压和差模过电压两种类型。由于寄生电容的存在,雷电过电压击穿空气或在常压下绝缘的器件,形成强大的雷电流,造成设备损坏。

【文/艾维新能源 宋恒辉】雷电的入侵首先表现为过电压,当存在泄放通道时,产生电流。过电压有共模过电压和差模过电压两种类型。

  由于寄生电容的存在,雷电过电压击穿空气或在常压下绝缘的器件,形成强大的雷电流,造成设备损坏。

  为了抑制雷电的影响,应在雷电能量进入设备前将能量泄放至大地。对于共模过电压,应在输入线与地之间安装防雷器件;对于差模过电压,应在输入火线和零线之间安装防雷器件。

  开关电源中常用的防雷器件是压敏电阻和气体放电管。

  1,压敏电阻

  压敏电阻为限压型器件,当两端施加工作电压时阻值很高,漏电流为μA级。随着端电压升高,压敏电阻阻值降低,端电压超过钳位电压后阻值急剧降低,漏电流可高达20~40KA,形成雷电泄放通道。当电压降低至工作电压后,压敏电阻的漏电流迅速减小,恢复原来状态。

  开关电源常用的压敏电阻工作过程如下图所示。

  常用压敏电阻特性

  随着工作时间的增加,尤其是多次泄放电流,压敏电阻漏电流逐渐增大。如果施加的电压为标称电压的90%时漏电流就达到1mA,就认为压敏电阻性能达不到要求,需要更换。基于此,可以比较容易地检测压敏电阻性能。

  一般要求压敏电阻能耐受In电流正反各冲击5次,耐受Imax电流正负各冲击一次,10%In电流冲击100次。

  2、气体放电管

  气体放电管为开关型器件。当气体放电管两端施加的电压小于触发电压时,气体放电管为断路状态,基本无漏电流。当电压高于触发电压时,气隙被击穿,可认为短路。当两端的电压下降至工作电压以内时,气隙不能灭弧,继续有电流通过,这就是气体放电管的续流问题。气体放电管的灭弧电压很低,一般为20~50V,因此不能安装在火线与零线、火线与地线之间。

  气体放电管的一般特性如下图。

常用气体放电管特性

  目前业界比较通常的标准是单个驱动器的防雷等级在差模4KV,共模6KV,带外置防雷器可以达到差模10KV,共模10KV的防护等级,

  本文所设计的是一种基于压敏电阻和陶瓷气体放电管抗雷击浪涌电路。共模、差摸全保护。压敏电阻VDR1,VDR2分别与电源L、N并联,主要来钳位L、N线间电压,压敏电阻VDR3,VDR4与陶瓷气体放电管GT1串联后接地,主要是泄放共模雷击浪涌,VDR6与GT6串联主要是泄放差模雷击浪涌,电路如下图所示。 


        实际在使用过程中,发现因为雷击损坏的情况并不多,更多的反而是疑似电网波动导致,从损坏驱动器的拆解可以看出,内部防雷电路的损坏有2种状态:第一种状态,用于实现电压钳位的压敏电阻是点击穿,能量明显从器件上某点爆裂而开;第二种状态,用于实现电压钳位的压敏电阻则是燃烧式毁坏。针对第一种情况,在实验室用浪涌发生器测试,通过加大模拟的浪涌电压,可以清楚重现这种单点式爆裂,第二种情况,在实验室也可以进行模拟,将驱动器的输入电压调高,在达到压敏电阻产生漏电流的时候会慢慢发热并烧毁。

  一般电源厂商为了防止压敏电阻因为漏电流导致的发热烧毁,都会把压敏电阻的电压调整的较高,通常会用到621或者681等级的压敏电阻,这种等级的VDR,在输入电压达到390VAC或者420VAC时才会出现漏电流,但是这种设计的问题在于,因为PFC级的输出电容的电压往往选择450VDC/500VDC,如果输入电压真的长时间达到380VAC(530VDC),那PFC的输出电解电容也会出现鼓包,漏液,这种设计本身并不能保证电源在输入电压达到380VAC以上时的安全性。而且因为VDR等级的提高,对雷击电压的吸收效果会减弱。综合考虑,VDR1,VDR2最好的选择是561,这样与电解电容的耐压匹配,又更有效的吸收了雷击的能量。同时在实际的工程实施中,在每段路的配电箱中应该加入过压保护装置,有效的保证输入电压不会因为电网波动,或者3相电的不均衡,而冲高到380VAC以上,从而损坏电源。

  从内部设计看,电源厂商需要重点考虑VDR的降额使用,保证在符合国标要求的40次测试条件下,VDR不会因为大电流冲击次数过多,或者因为能量吸收产生的温升,而产生损坏情况。一般VDR厂家都会给出耐受冲击电流的大小与次数的关系,为了设计的安全性,需要谨慎考虑VDR厂家的推荐使用条件。

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