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涼都六盤水專家淺析通信接口遭遇雷擊的風(fēng)險(xiǎn)

作者:【六盤水市防雷】 時(shí)間:2015/3/21 11:37:00 瀏覽:

涼都六盤水專家淺析通信接口遭遇雷擊的風(fēng)險(xiǎn)

在高度信息化的今天,電子設(shè)備遍布我們生活的每一個(gè)角落,很難想象如果脫離了它們,我們的生活會(huì)是怎樣的。

 

但是,隨著電子設(shè)備的高度集成化,其耐受過電壓的能力也顯著降低,如果遭受過電壓入侵,將使電子設(shè)備的使用壽命大大降低,甚至?xí)⒓磽p壞。產(chǎn)生過電壓的原因有很多,以雷電過電壓造成的危害最大。本文將討論雷電對(duì)設(shè)備通信接口造成過電壓的原因、常見通信端口遭受雷擊風(fēng)險(xiǎn)分析,希望各位同仁批評(píng)指正。

 

1、雷電對(duì)通信接口造成過電壓的原因

 

通信設(shè)備如果遭受直接雷擊,想要預(yù)防那是非常困難的事。因此,我們今天的內(nèi)容都是在設(shè)備受到外部防雷保護(hù)的前提下進(jìn)行討論,即主要討論感應(yīng)雷引起的過電壓。

 

雷電對(duì)通信接口造成過電壓的原因主要有兩方面:一是通信線感應(yīng)雷電過電壓;二是外部防雷裝置遭受直擊雷引起地電位反擊。下面,我們對(duì)這兩方面進(jìn)行分析。

 

1.1、通信線感應(yīng)雷電過電壓


通信線感應(yīng)雷電過電壓示意圖)

1顯示了通信線感應(yīng)雷電過電壓的兩種方式:①通信線間形成環(huán)路,引起線間形成差模過電壓;②通信線和地之間形成環(huán)路,引起每根線和接地之間形成共模過電壓。

線間差模過電壓:對(duì)于設(shè)備具體的某個(gè)接口而言,其通信線往往是成對(duì)的而且以雙絞線形式出現(xiàn),因此在雷雨天氣,其線間感應(yīng)的差模過電壓較小。當(dāng)然,也有例外情況,對(duì)于視頻線同軸線纜來說,大部分的感應(yīng)雷電過電壓在外屏蔽層,因此外屏蔽層和芯線之間形成很大的過電壓。

-地之間共模過電壓:同樣對(duì)于設(shè)備的某個(gè)接口而言,通信線和地之間形成很大的環(huán)路,其感應(yīng)的過電壓往往非常高,也是感應(yīng)雷造成設(shè)備端口損壞的主要原因。

1.2、外部防雷裝置遭受直擊雷產(chǎn)生地電位反擊

地電位反擊這個(gè)名詞對(duì)于我們絕大多數(shù)同仁來說,已經(jīng)非常熟悉了,這里不再贅述。地電位抬高后,通信端口各芯線和地之間形成巨大的過電壓,造成端口被擊壞。

 

2、常見通信端口遭受雷擊風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1、網(wǎng)絡(luò)端口

 

   我們以常見的Realtek瑞昱RTL8019(圖2所示)為例:


2  RTL8019局部電路圖)

一共八個(gè)腳,其中4個(gè)為通信腳,分別為TPOUT+,TPOUT-,TPIN+TPIN-,前2個(gè)腳和芯片之間通過10Ω隔離電阻相連,并跟信號(hào)地之間有電容相連,后2個(gè)腳直接與芯片相連并與信號(hào)地之間有電阻和電容相連。

分析:網(wǎng)線由4對(duì)(或2對(duì))雙絞線組成,線間差模過電壓很小,可忽略不計(jì),雷擊風(fēng)險(xiǎn)主要為線-地之間的共模過電壓以及雷電流。當(dāng)發(fā)生感應(yīng)雷時(shí),由于每個(gè)腳都與地之間有電容相連,電容通交流阻直流,而雷電流為高頻電流,因此線和地之間為通路,雷電流通過網(wǎng)線連接的2個(gè)端口入地,8個(gè)與信號(hào)地相連的電容易被過壓擊穿,4個(gè)通信腳連接的電阻在通過雷電流時(shí)容易被燒壞,造成通信故障。當(dāng)發(fā)生地電位反擊時(shí),8個(gè)與信號(hào)地相連的電容易被過壓擊穿,由于電容不可能同時(shí)被擊穿,因此芯片各腳之間存在電位差,芯片也容易被打壞。

 

   3顯示受損的集成電路板。用化學(xué)腐蝕掉該芯片表面的塑料使模塊裸露,然后用光學(xué)顯微鏡檢查并照像,從圖3中可以看到典型的局部損壞。


雷擊導(dǎo)致傳輸芯片損壞)

2.2、視頻端口

 

   視頻端口的典型電路如圖4所示:


視頻端口電路)

分析:由于視頻線通信線為內(nèi)部芯線和外部屏蔽層,外部屏蔽層接信號(hào)地,因此不論是感應(yīng)雷還是地電位反擊,都容易造成中間芯線和地之間存在過電壓,該過電壓容易將三極管擊穿、燒壞芯線和地之間的電阻,如果過電壓很大,甚至?xí)驂墓╇婋娫磧?nèi)部元器件。

2.3、工控4-20mA端口

 

工控4-20mA端口電路)

分析:工控4-20mA信號(hào)線一般都有外屏蔽層,在最新標(biāo)準(zhǔn)SH/T3164-2012《石油化工儀表系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》里要求雙屏蔽層,因此,感應(yīng)雷造成的危害不大,需防地電位反擊,當(dāng)?shù)仉娢惶Ц邥r(shí),接地和芯線之間存在過電壓,設(shè)備內(nèi)部三極管、處理芯片以及運(yùn)算放大器易被打壞。

2.4、485接口

 

485接口電路如圖6所示:


6 485接口電路)

6485信號(hào)線分別通過20Ω的隔離電阻連接SN7517667腳,芯線之間連接有120Ω的電阻,并分別通過3.3kΩ的上拉和下拉電阻與+5V電源以及接地相連。

分析:芯線之間的差模過電壓風(fēng)險(xiǎn)較小,主要風(fēng)險(xiǎn)為芯線與地之間的共模過電壓,無保護(hù)時(shí),電阻和芯片乃至5V電源容易燒壞。

2.5 小結(jié)

 

通過上面對(duì)各種信號(hào)接口的分析,我們不難發(fā)現(xiàn),發(fā)生雷擊過電壓時(shí),信號(hào)線之間的差模過電壓較小,而信號(hào)線與接地之間的共模過電壓是造成設(shè)備損壞的主要風(fēng)險(xiǎn)。視頻線的外屏蔽層接地,實(shí)際可看成是中間的1根芯線與地之間的過電壓。信號(hào)線防雷器往往由多種防雷元器件組成,并在芯線與芯線之間以及芯線和地線之間并聯(lián)組合,在選擇防雷器時(shí),應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)考慮芯線和地之間的泄流能力,其次是芯線之間的泄流能力。