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原創(chuàng)精華!順絡(luò)技術(shù)大咖談監(jiān)控系統(tǒng)電源供電防雷

發(fā)布時(shí)間:2014-04-24 責(zé)任編輯:cicy

【導(dǎo)讀】過(guò)電壓保護(hù)與雷電防護(hù)一直是電子行業(yè)的熱門(mén)話(huà)題。相信許多的工程師們每天都在不斷鉆研這個(gè)問(wèn)題。在深圳舉行的第二屆電子信息博覽會(huì)中,由電子元件技術(shù)網(wǎng)在會(huì)展中心六樓舉辦的2014安防電子技術(shù)研討會(huì)上,順絡(luò)電子的專(zhuān)業(yè)大咖唐工為我們帶來(lái)了最新的技術(shù)方案和解決辦法。

在實(shí)際的視頻監(jiān)控系統(tǒng)防護(hù)當(dāng)中,因?yàn)槭艿襟w積的限制,所以在視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般會(huì)需要一個(gè)防雷盒子,因?yàn)橄駭z像頭很多是在戶(hù)外工作的,所以后面用到防雷盒子,用防雷盒子有兩個(gè)局限性,第一,這個(gè)盒子會(huì)添加整個(gè)系統(tǒng)的方案成本,還有在一些布線(xiàn)的地方會(huì)有一些局限。

 在安防設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)這一塊的話(huà)會(huì)受到兩個(gè)類(lèi)型過(guò)電壓的破壞,一個(gè)是雷電感應(yīng)過(guò)電壓,一個(gè)是操作過(guò)電壓。

原創(chuàng)精華!“過(guò)電壓保護(hù)器件性能比較”與“監(jiān)控系統(tǒng)電源供電雷電防護(hù)方案”

原創(chuàng)精華!“過(guò)電壓保護(hù)器件性能比較”與“監(jiān)控系統(tǒng)電源供電雷電防護(hù)方案”

對(duì)于攝像機(jī)來(lái)說(shuō),因攝像機(jī)功率較小,其中自身產(chǎn)生的操作過(guò)電壓也較小,雷電感應(yīng)過(guò)電壓是攝像機(jī)必須承受的主要過(guò)電壓,DVR/NVR等則可能遭受來(lái)自雷電和操作過(guò)電壓的破壞。感應(yīng)過(guò)電壓產(chǎn)品的途徑:供電線(xiàn)路、網(wǎng)絡(luò)接口、信號(hào)線(xiàn)接口。今天的重點(diǎn)是供電線(xiàn)路。

根據(jù)IEC61000-4-5的標(biāo)準(zhǔn)以及在實(shí)際操作中客戶(hù)的需求,12VDC電源線(xiàn)間差模雷電承受:2KV(1.25/50μS)或1000A(8/20μS);

24VAC或POE電源線(xiàn)對(duì)地共模雷電承受:4KV(10/700μS)/100A;

 24VAC或POE電源線(xiàn)間差模雷電承受:  2KV(10/700μS)/50A。

在雷電過(guò)電壓防護(hù)這一塊,主要的器件包括壓敏電阻,TVS,GDT。順絡(luò)這次推出的一個(gè)在性能和價(jià)格比較有優(yōu)勢(shì)的是SDVD系列的這個(gè)產(chǎn)品,相對(duì)引線(xiàn)式的壓敏電阻來(lái)說(shuō),它采用的是多層的結(jié)果,所以我們可以通過(guò)調(diào)整壓敏內(nèi)部的厚度使尺寸做得更小,能夠耐受的脈沖電流可以有更大的效果。后面的議題主要是針對(duì)這三種器件做縱向的比較,根據(jù)它們的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)做組合的方案,盡可能達(dá)到性?xún)r(jià)比比較好,整體的防控能力比較強(qiáng)的目的。

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像攝像機(jī)這塊空間會(huì)受到限制,在戶(hù)外工作的話(huà)需要耐受很大的雷電過(guò)電流的沖擊,所以傳統(tǒng)的插件壓敏電阻用起來(lái)就會(huì)有各種各樣的局限性,并且這種插件性的產(chǎn)品,因?yàn)閮?nèi)部是一個(gè)單層的結(jié)構(gòu),所以在低電壓這一塊,能夠耐受的電流比較低,在攝像機(jī)這塊它的效果沒(méi)那么好。我們的片式是多層的結(jié)構(gòu),所以在尺寸這一塊會(huì)有優(yōu)勢(shì)。所以在安防領(lǐng)域的監(jiān)控系統(tǒng)這一塊它的應(yīng)用是非常合適的。這是一個(gè)性能對(duì)比。

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對(duì)于最大直流工作電壓不大于56V的壓敏電阻,貼片式產(chǎn)品的耐受脈沖電流遠(yuǎn)大于引線(xiàn)式產(chǎn)品; 貼片式壓敏電阻的產(chǎn)品尺寸遠(yuǎn)小于引線(xiàn)式壓敏電阻,故在整機(jī)空間有限制時(shí),可以采用貼片式壓敏電阻,如網(wǎng)絡(luò)攝像頭部分。
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下面針對(duì)這三種過(guò)電壓的防護(hù)器件做橫向的對(duì)比。過(guò)電壓器件在用的時(shí)候,包括壓敏電阻,TVS,GDT都是并聯(lián)在需要保護(hù)的電路前段,當(dāng)有一個(gè)過(guò)電壓來(lái)的時(shí)候,像這種1.2/50us雷電波形來(lái)的時(shí)候,同時(shí)起到線(xiàn)壓的作為。這邊引起了一個(gè)限制電壓的概念,就是保護(hù)器件能夠把過(guò)電壓限制到安全的電壓,這個(gè)限制電壓要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于系統(tǒng)能夠耐受的容許電壓。

這是壓敏電阻和TVS、GDT的對(duì)比。

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響應(yīng)時(shí)間比較是在引線(xiàn)式元件結(jié)構(gòu)下比較的。若是貼片式結(jié)構(gòu),壓敏與TVS響應(yīng)時(shí)間不大于2.5ns,GDT響應(yīng)時(shí)間不大于50ns;以上三種元件可以用于不同的線(xiàn)路保護(hù)位置,相對(duì)比較壓敏電阻具有很好的性?xún)r(jià)比。

下面我們會(huì)看到一些更加具體的數(shù)據(jù)。

原創(chuàng)精華!“過(guò)電壓保護(hù)器件性能比較”與“監(jiān)控系統(tǒng)電源供電雷電防護(hù)方案”

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工作電壓 5.5~100Vdc(SMDJ* 11~100Vdc),兩類(lèi)產(chǎn)品間工作電壓對(duì)應(yīng)替換,壓敏電阻尺寸遠(yuǎn)小于TVS,且壓敏電阻性能優(yōu)于相對(duì)應(yīng)TVS,但其成本降低30%;與其他過(guò)電壓保護(hù)器件相比,壓敏電阻在溫度特性、阻燃特性、EMC效果方面具有更優(yōu)性能。

隨著工作電壓增高,通過(guò)TVS的脈沖電流能力大幅度下降,而通過(guò)SDVL壓敏電阻的脈沖電流能力幾乎不變;因此,壓敏電阻可更好地用于高電壓、高脈沖電流幅值的線(xiàn)路中,進(jìn)行過(guò)電壓抑制及浪涌吸收。

在EMC效果這一塊,TVS/GDT/PESD沒(méi)有吸能能力,脈沖能量一直在電路中存在,在地線(xiàn)上會(huì)形成 Ldi/dt 電磁干擾,須并聯(lián)電容降低di/dt。

壓敏電阻具有內(nèi)阻,能夠吸收部分能量,降低脈沖電流幅值及di/dt,在線(xiàn)路中具 有EMC功能。

溫度特性,片式壓敏電阻陶瓷屬熱良導(dǎo)體,具有很好的散熱能力,在高達(dá)85℃ 時(shí)仍保持脈沖電流穩(wěn)定的溫度特性。TVS因其材料特性,溫度特性從25℃脈沖電流開(kāi)始衰減。

壓敏電阻和TVS性能比較??梢钥吹剑t色的是TVS,藍(lán)色的是壓敏電阻,壓敏電阻與TVS比較,具有較強(qiáng)的脈沖電流承受能力及較小的尺寸,具有良好的性?xún)r(jià)比,限制電壓較高。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)可以有效地應(yīng)用于共模、差模的雷電防護(hù)線(xiàn)路。若線(xiàn)路具有較高的脈沖電流、被保護(hù)元件耐脈沖電壓能力差,則可將壓敏電阻與TVS配合使用,達(dá)到理想的防護(hù)效果,降低設(shè)計(jì)成本。

在工作的范圍內(nèi),壓敏電阻限制電壓比TVS要高一些,但是它能夠耐受的脈沖電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于TVS,兩者有各自的優(yōu)點(diǎn),相對(duì)來(lái)說(shuō)TVS限制電壓的能力會(huì)更低,壓敏電阻能夠耐受的脈沖電流更大一些。在一些線(xiàn)路當(dāng)中必須去耐受比較大的脈沖電流,但是能夠耐受的過(guò)電壓能力比較弱的這種情況下用壓敏電阻跟TVS進(jìn)行配合使用的話(huà)會(huì)達(dá)到非常好的效果,而且整體的設(shè)計(jì)成本會(huì)更低。

這是壓敏電阻和GDT性能比較。紅色代表的是壓敏電阻,藍(lán)色代表的是GDT。這是我們做的一個(gè)試驗(yàn)。

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壓敏電阻具有良好的電壓箝位特性,在箝位區(qū)內(nèi),隨著沖擊電流的急劇增大,箝位電壓小幅度平緩增加,具有脈沖能量耗散能力;

GDT擊穿電壓高,耐受脈沖電流大,其殘壓峰值高,需要二級(jí)防護(hù)設(shè)計(jì)方可安全可靠;
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在相同脈沖電流下,GDT的殘壓尖峰值(Up)為壓敏電阻殘壓的2-3倍,而且分散性較大,尖峰值持續(xù)時(shí)間(T)不超過(guò)2μS,限制電壓(Ur)不超過(guò)30V,無(wú)脈沖能量耗散能力。若其尖峰值對(duì)被保護(hù)元件有損傷,則須進(jìn)行二級(jí)防護(hù)設(shè)計(jì);

壓敏電阻成本較GDT低,二者配合使用會(huì)達(dá)到理想的防護(hù)效果,且能降低設(shè)計(jì)成本。

最后一部分是監(jiān)控系統(tǒng)電源供電雷電防護(hù)方案。這個(gè)防護(hù)方案目前在一些企業(yè)當(dāng)中得到了驗(yàn)證。第一個(gè)是12V直流供電線(xiàn)路雷電防護(hù)。這邊是給出了兩種方案,第一種方案是采用壓敏電阻加TVS加磁珠的組合,我們的測(cè)試結(jié)果是這樣的。

原創(chuàng)精華!“過(guò)電壓保護(hù)器件性能比較”與“監(jiān)控系統(tǒng)電源供電雷電防護(hù)方案”

方案A所承受的脈沖電流峰值遠(yuǎn)大于壓敏電阻或TVS,而被保護(hù)IC兩端的殘壓不超過(guò)40V,充分發(fā)揮了壓敏電阻和TVS自有優(yōu)勢(shì)。

這是另外一個(gè)方案,這個(gè)方案比較簡(jiǎn)單。

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 在IC前端、直流電源間采用一級(jí)防護(hù),設(shè)計(jì)大功率TVS(5.0 SMDJ15CA),其性能基本滿(mǎn)足該電源雷電標(biāo)準(zhǔn),但設(shè)計(jì)成本很高。

這兩個(gè)方案可以用在不同的地方,比如說(shuō)一些芯片能夠耐受的過(guò)電壓特別低的時(shí)候用TVS管,如果你對(duì)性?xún)r(jià)比有希望的話(huà)可以選擇方案A。
這是方案A和方案B性能和價(jià)格的對(duì)照。

原創(chuàng)精華!“過(guò)電壓保護(hù)器件性能比較”與“監(jiān)控系統(tǒng)電源供電雷電防護(hù)方案”

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對(duì)于12V直流供電線(xiàn)路雷電防護(hù)方案,方案A承受脈沖電流能力大于方案B,其限制電壓稍高于方案B,其綜合性?xún)r(jià)比優(yōu)于方案B。對(duì)于脈沖絕緣耐壓優(yōu)良的IC,可采用方案A。對(duì)于脈沖絕緣耐壓很低的IC,則可考慮方案B。以上選擇須以試驗(yàn)驗(yàn)證。
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還有一塊是針對(duì)POE,因?yàn)楝F(xiàn)在很多室外的槍機(jī)或者球形機(jī)可能取電不是很方便,所以可以直接用POE做供電,POE是一個(gè)48V的電壓,這個(gè)方案也可以用于24VAC下,共模和差模這兩個(gè)雷電方案都需要做,這是行業(yè)內(nèi)給出的標(biāo)準(zhǔn):

原創(chuàng)精華!“過(guò)電壓保護(hù)器件性能比較”與“監(jiān)控系統(tǒng)電源供電雷電防護(hù)方案”

同樣我們也給出了兩個(gè)方案,方案A和方案B,方案A

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方案B

 
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對(duì)方案A和方案B進(jìn)行比較,可以看到方案A可以耐受的脈沖電流和限制電流能力會(huì)大于方案B,在成本這一塊,在共模這一塊,壓敏電阻的成本是GDT的一半。在差模這一塊,壓敏電阻的成本是TVS管的二分之一到三分之一。采用壓敏電阻的劣勢(shì)是它的限制電壓比TVS管要高一些,針對(duì)這兩種方案我們也可以做靈活的選擇。對(duì)于POE或24VAC供電線(xiàn)路雷電防護(hù)方案,方案A承受脈沖電流及限制電壓能力大于方案B,其綜合性?xún)r(jià)比優(yōu)于方案B。對(duì)于脈沖絕緣耐壓優(yōu)良的IC,可采用方案A。對(duì)于脈沖絕緣耐壓很低的IC,則可考慮共模用壓敏電阻、差模用TVS。以上選擇須以試驗(yàn)驗(yàn)證。這個(gè)方案根據(jù)客戶(hù)不同的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)有時(shí)候結(jié)果會(huì)有一定的差異,都需要做實(shí)際的測(cè)試。

這是我今天主要的內(nèi)容。今天的議題很簡(jiǎn)單,我們推出了一個(gè)比較新型的貼片壓敏電阻,這個(gè)壓敏電阻是可以做雷電防護(hù)的,因?yàn)樗膬r(jià)格比較低,能夠耐受的脈沖電流比較大,尺寸也比較小,所以特別適用在攝像頭,希望有這個(gè)需求的工程師我們可以做進(jìn)一步的探索。

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