基于IEC60950标准的浪涌抑制器及相关电路设计要求的探讨

　　摘要：本文分析了雷击浪涌的特性，对如何正确使用电涌抑制器使其符合IEC标准的安规要求进行了分析探讨，并给出了抗雷击浪涌的开关电源电路的设计方案。

　　序言

　　雷电会对电子设备产生严重的干扰，甚至会损坏电子设备。瞬间高电压的雷击浪涌以及信号系统浪涌是引起电子设备产品安全性能下降的重要原因，因此越来越多的产品开始设计带有抗雷击浪涌电路，这些电路虽然功能上能满足防雷击浪涌的要求，但是在选择和使用浪涌抑制器的种类和抗雷击浪涌线路的设计上，却不能满足信息技术类产品通用安全标准 IEC60950-1 2005版的要求，这将给产品通过安全测试带来麻烦。该版标准加入了对电涌抑制器的要求，本文将结合标准要求，对在信息技术类设备中如何正确选择和使用电涌抑制器以及符合安规标准要求的抗雷击浪涌线路的设计给出相关指导建议。

　　一、雷击浪涌产生的途径

　　常见的电子设备危害不是由于直接雷击引起的，而是由于雷击发生时在电源和通讯网络线路中感应的电流浪涌引起的。浪涌也被称为瞬态过电压，一般是指在微秒级时间内产生的高频尖峰冲击电压或电流。浪涌电压可以从电源线或信号线等途径窜入电子设备，因此雷击浪涌分为电源浪涌和信号系统浪涌：1）电源浪涌。

　　电源浪涌并不仅源于雷击，当电力系统出现短路故障、投切大负荷时都会产生电源浪涌，电网绵延千里，不论是雷击还是线路浪涌发生的几率都很高。当距你几百公里的远方发生了雷击时，雷击浪涌通过电网光速传输，经过变电站等衰减，到你的电子设备时可能仍然有上千伏，这个高压很短，只有几十到几百个微秒，这对于电子设备的半导体元件有很大的损害。2）信号系统浪涌。信号系统浪涌电压的主要来源是感应雷击、电磁干扰、无线电干扰和静电干扰。金属物体（如宽带网络线路、电话线路）受到这些干扰信号的影响，会使传输中的数据产生误码，影响传输的准确性和传输速率。

　　二、正确选择使用浪涌抑制器

　　在低压配电系统中，对于浪涌过电压的保护，一般是在被保护设备前加装保护设备，如由压敏电阻、放电管、瞬态抑制二极管等过电压保护元件组成的浪涌保护器。这些浪涌保护器件工作原理不同，但有相似的伏安特性，即当两端电压高于启动电压后，通过的电流呈指数规律增加，而电压则被抑制在一定的范围内，几乎不随电流的变化而变化；当两端的电压低于启动电压时，器件呈高阻态，通过的电流很小。浪涌保护器件大致分为限幅型、开关型和混合型等几种类型，它是低压系统和电子设备可靠运行的保障。由于浪涌抑制抑制器的正确使用关系到产品的重要安全防护，是产品安规的关键元器件，在里需要控制厂家、型号和参数。

　　IEC60950-1 2005版加入了对浪涌抑制器的要求，下面就标准中的规定逐条进行分析探讨。

　　IEC60950-1:2005版条款1.5.9.1要求：“在二次电路中，允许使用任何类型的电涌抑制器，包括电压敏感电阻器（VDR）。如果电涌抑制器用在电路中，那么应当是VDR并且应当符合附录Q.注1:VDR有时是指压敏电阻器或金属氧化物压敏电阻器（MOV）。在本标准含义内，诸如气体放电管，碳块之类的装置和具有非线性电压/电流特性的半导体器件不认为是VDR.”这一条款限制了在电路中使用的用来抑制电源浪涌的电涌抑制器只能是电压敏感电阻器（VDR），而不能是其它类型的电涌抑制器。由于IEC60950旧版本对电涌抑制器的使用并没有特别要求，很多用于通讯类的开关电源产品在侧电路中使用了气体放电管等非VDR器件，因此在新版标准正实施的过渡期内，这些产品的生产商应及时更换成VDR类的电涌抑制器，并且选用符合标准附录Q（见附表一）测试要求的供应商的产品。在二次电路中使用的电涌抑制器，一般用来抑制信号系统浪涌，标准对这类电涌抑制器没有特殊的要求。

　　三、抗雷击浪涌电路的设计

　　对于VDR的保护，IEC60950-1:2005版条款1.5.9.2有明确的要求：“为了防护：1）大于续电压的暂态过电压，2）由于VDR内部泄漏电流引起的热过载，和3）短路故障时VDR的燃烧和爆裂，应当与VDR串连连接一个具有适当分断能力的断路装置。这个要求不适用于在限流电路中的VDR.”产品设计者应当根据此条要求在电路正确的位置增加适当分断能力的断路装置，例如串接合适规格的保险丝，用以保证产品在安规测试中的短路等故障模拟测试项目中能够顺利的通过测试。

　　在IEC60950-1:2005版标准中，允许VDR桥接功能绝缘和基本绝缘，但桥接附加绝缘、双重绝缘或加强绝缘是不允许的。对于桥接基本绝缘的VDR,标准条款1.5.9.4有以下基本要求：“如果VDR的一侧按2.6.1a）接地，那么允许用VDR来桥接基本绝缘。具有这种VDR桥接基本绝缘的设备应当是如下之一：1）B型可插式设备，或2）性连接式设备，或3）具有性连接的保护接地导体装置的设备，并且提供了安装该导体的说明。”通过对标准这一条款的解读，可以认为只有当产品的保护接地是非常可靠的情况下，才能用VDR跨接基本绝缘。为了抑制相线或零线上引入的雷击过电压，产品的设计者会在相线或零线到保护地的基本绝缘之间跨接电涌抑制器，根据标准的要求，只有当产品符合了上述三个条件下，才能来这样使用，否则其它任何情况都是禁止使用的，这一点应引起产品设计者的足够重视。

　　基于节雷击浪涌产生途径的分析，可以参考图一所示的开关电源电路设计。为了抑制电源浪涌，在的L、N线之间和L、N对保护地之间串接了浪涌抑制器（该产品必须符合条款1.5.9.4的要求），而在次级侧的信号输出电路到保护地之间串接浪涌抑制器用来防止信号系统浪涌。这里需要提醒的是，L、N线之间和L、N对保护地之间串接的浪涌抑制器是使用在电路中的，根据IEC60950-1:2005版条款1.5.9.1要求，只能使用VDR类的浪涌抑制器，而用在次级输出电路的浪涌抑制器则没有类型的限制。还要注意到的一点是，图一中的保险丝的保护位置必须在所有VDR的回路前端，图二给出了一个错误放置保险丝的例子，图中的F1、F2未能保护到L、N对保护地之间的浪涌抑制器。

　　四、结语

　　本文详细介绍了IEC60950-1:2005对浪涌抑制器的安规要求，产品的设计人员须严格按照标准的要求进行产品防雷电路的设计和浪涌抑制器的选型。本文介绍的开关电源防雷击电路设计简洁，能够完全符合产品的测试的要求。