台站中的静电防护和浪涌防护

2019-06-22李滨赵北林黄珏光罗欢

视听 2019年5期

关键词：浪涌故障率台站

李滨赵北林黄珏光罗欢

（1.广西广播电视技术中心桂林分中心；2.广西广播电视无线传播枢纽台）

一、引言

不论是自然界的天气环境，还是室内的电气设备使用，都有可能在电子线路中产生静电效应和浪涌效应，这些都是电子设备的隐形杀手。对应的防护设备和措施以及发展了很久，效果也日趋完善，但是还是不能百分百的保证电子器件和电路不会被损坏。

没有什么保护措施是可以一步到位的，我们需要系统的，全面的把不同的保护器件结合起来，按照分级、定点、精细的原则，才能将对整体的电气设备的故障率减少到最小。

二、台站情况分析

随着台区电力维护工作的完善，对雷击有三级防护和良好接地，高压端后还设置了隔离变压器和稳压器，机房的电气环境日趋稳定。但是，偶尔还是会有电子设备和器件产生故障，而这些故障器件大多是集成芯片，比如单片机、通信芯片、控制芯片等。造成这些故障的主因，就是静电和浪涌。

机房中的电气设备众多，电磁环境复杂，再加上全屋空调保证了较为干燥的室内环境，虽然器件间短路的概率降低了，但是静电积累和放电的概率反而会有所提高。此外，虽然不论是市电前端的稳压器，还是柴油发电机和UPS自带的稳压器，很大程度上保证了电力的平稳性，但是还会有部分时候产生浪涌电流流入电流中，且没有被及时的泄放或者吸收掉，所以才会对器件造成了损坏。

如何在现有的线路和设备上，较快的泄放或者吸收掉潜在的静电和浪涌隐患，是一个需要重视并且结合实际深入研究的议题。

三、解决思路分析

静电是一种自然现象，接触、摩擦、电器间感应的情况都有可能产生静电，虽然静电是瞬态的，电量低，电流小，时间短，但是其电压很高，可以达到几千伏甚至上万伏。而随着科技进步，芯片的集成度越来越高，体积越来越小，其栅极氧化层的厚度也越来越薄，这就大大降低了芯片自身的抗静电击穿能力，这也就是一般芯片的故障率远远高于其他电子器件的原因。

而浪涌不同于静电放电，相当于静电来说，其峰值电压低，但持续时间长，电流更加大。急剧变化的电磁场就可以通过电磁感应产生浪涌电流，因此雷击、开关机、电网异常，甚至是大功率设备的状态变化，都有可能感应出浪涌电流。

现在的电气设备，其自带的电源都有一定的静电防护和浪涌防护能力，但是其一能力有限，其二有时候电源虽然稳定，但是线路环路较长，远端的感应电流来不及被泄放或者吸收，所以还是会有器件，尤其是芯片故障。

因此可靠的泄放和吸收的能力才是防护的关键，而且要细致到每一个模块，每一个电路，甚至是每一个芯片上，才能将故障率尽可能的降低。

四、解决方案设想

以发射机常用的通信协议盒为例，相较于其他机房设备，这个设备的故障率是很高的，虽然里面的器件模块不复杂，只有相应的主控板和电源模块，余下的就是继电器和IO接线，但经常因为其主控板故障而通信失败。协议盒内部电路如图1所示。

图1 通信协议盒内部

经过检测，大部分故障是因为通信芯片MAX484损坏，少部分则是单片机损坏，芯片并没有的明显功率故障现象（比如芯片或者周围器件发热发烫鼓包开裂等），因此可以推论出很大可能是因为静电击穿或者浪涌烧毁。由图1可知，电路板和连接器之间是通过排线连接的，环路较大，而且缺少相应的防护电路，容易在线路上产生感应电流，如果峰值过大，则有可能损毁与之连接的芯片。因此，可以在不同的IO口接线端处，加装防护芯片，比如图2所示的IO口ESD（静电释放）电路，电路连接简单，只需要预留好IO口的排线接口和供电接口，就可以串联接入原有的连线上面，不需要更多的改动。

图2 IO口静电防护电路

此外，要想达到更好的效果，还可以将连接线包上锡箔纸，然后两端接地，可以良好的屏蔽掉外部电磁波动。如果空间允许，还可以增加气体放电管（第一级防护，泄放大电流），小电阻（第二级防护，限流，并且在第一级与第三级间产生一个压降），TVS管（即瞬态抑制二极管，第三级防护，可足够快地保护后面的固态电路，将电压钳位在一个安全的水平，从而保护数据线）三种器件所构成的三级防护电路，进一步增强防护电路的泄放和吸收能力，电路图如图3所示。