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智能家居系統瞬態干擾防護的必要性
發表時間:2020-08-31 10:06:37  閱讀:-   來源:互聯網

瞬態干擾指交流電網上出現的浪涌電壓、振鈴電壓、火花放電等瞬間干擾信號,其特點是作用時間極短,但電壓幅度高、瞬態能量大。瞬態干擾會造成控制系統的電源電壓的波動;當瞬態電壓疊加在控制系統的輸入電壓上,使輸入智能家居系統的電壓超過系統內部器件的極限電壓時,便會損壞智能家居系統內部的設備,因此必須采用抑制措施。

智能家居系統瞬態干擾防護的必要性

靜電放電(ESD)和電快速瞬變脈沖群(EFT)對智能家居系統會產生不同程度的危害。靜電放電在5~200MHz的頻率范圍內產生強烈的射頻輻射。此輻射能量的峰值經常出現在35MHz~45MHz之間發生自激振蕩。許多信息傳輸電纜的諧振頻率也通常在這個頻率范圍內,結果電纜中便串入了大量的靜電放電輻射能量。電快速瞬變脈沖群也產生相當強的輻射發射,從而耦合到電纜和機殼線路。當電纜暴露在4~8kV靜電放電環境中時,信息傳輸電纜終端負載上可以測量到的感應電壓可達到600V,這個電壓遠遠超出了典型數字電子設備的門限電壓值0.4V,典型的感應脈沖持續時間大約為400納秒。

智能家居系統瞬態干擾防護的必要性

家居電子設備在使用中經常會遇到意外的電壓瞬變和浪涌,從而導致電子設備的損壞,損壞的原因是電子設備中的半導體器件(包括二極管、晶體管、可控硅和集成電路等)被燒毀或擊穿。據統計電子設備的故障有75%是由于瞬變和浪涌造成的。電壓的瞬變和浪涌無處不在,電網、雷擊、爆破,就連人在地毯上行走都會產生上萬伏的靜電感應電壓,這些,都是電子設備的隱形致命殺手。因此,為了提高電子設備的可靠性和人體自身的安全性,必須對電壓瞬變和浪涌采取防護措施。家居電子設備防電壓瞬變浪涌要求如下:

智能家居系統瞬態干擾防護的必要性

1)耐壓要求;當瞬間電壓超過電子設備的絕緣耐壓值時,其安全性能會降低,甚至被毀。因而電子設備的瞬間過電壓應該小于其絕緣耐壓值,正常的工作電壓應小于保護電壓。

2)過流保護要求;電子設備的過流能力一般設計為額定電流的1.5~2倍,以此為標準選擇電子元器件。如額定電流為0.22 A的計算機其最大過流能力約為0.45A,當電流大于該值時,電子設備所選用的電子元器件將會燒壞而無法正常工作,因而應該保證到達電子設備的瞬間過電流小于其額定電流的1.5~2倍。

智能家居系統瞬態干擾防護的必要性

3)動態響應時間的要求;電子設備在設計過程中,已經采用了許多保護器件,如快熔器、壓敏電阻、空氣開關、繼電保護器件等,每種保護器件都有特有的動態響應時間(如空氣開關、繼電保護器件其動態響應時間約在200 ms左右),而每種電子設備也有其保護響應時間,因而流過電子設備的浪涌的瞬態時間應該大于電子設備的動態響應時間,避免保護器件來不及響應而使浪涌通過電子設備。

智能家居系統瞬態干擾防護的必要性

4)接地保護要求;電子設備在安裝時,應做到良好接地,否則雷電所產生的浪涌能量不能有效地對地泄放而擊毀器件。接地線在瞬間遭受浪涌以電感方式存在,其典型值為1μH/m,接地線上的壓降為U1=L×di/dt。

對于1.5 m長的接地線L≈1.5μH,雷電在瞬間(如100μs)產生的幾百安培(500 A)浪涌脈沖,其di/dt=5×10 A/s,此時接地線上的壓降U1=L×di/dt=1.5×10×5×10=7.5 V,設備將承受500 A×7.5 V=3750 W的浪涌能量,該能量將可能損傷或毀壞大部分電子設備。因此,對電子設備作可靠的接地保護,能使到達電子設備外殼的電壓較小,起到安全保護的作用。

但僅作接地保護是遠遠不夠的,還必須加裝浪涌保護裝置。因外界侵入的浪涌能量將首先通過電子設備再對地泄放,這樣流經電子設備的浪涌電流基本不變,其能量有可能很大,電子設備仍有可能被損壞;因此接地保護對于電子設備而言只能是一種輔助性保護。


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