【臺灣君耀】電梯系統(tǒng)靜電、脈沖群、浪涌防護(hù)方案

【臺灣君耀】電梯系統(tǒng)靜電、脈沖群、浪涌防護(hù)方案

電梯系統(tǒng)架構(gòu)

如圖1所示，電梯系統(tǒng)主要由三個部分構(gòu)成：機(jī)房、層站、轎廂。機(jī)房是電梯的控制中心，轎廂是運(yùn)送乘客和貨物的電梯組建，層站是電梯在當(dāng)前樓層開門的站。君耀電子針對變頻器、編碼器、電梯外呼板、電梯主控板、總線、轎廂控制、門機(jī)系統(tǒng)、電梯廣告等有可以通過EN12016標(biāo)準(zhǔn)的電路保護(hù)方案。

圖1 電梯系統(tǒng)架構(gòu)

浪涌防護(hù)原理

電子系統(tǒng)的防護(hù)一般采用“多級防護(hù)、逐級削減”的模式進(jìn)行系統(tǒng)級的浪涌防護(hù)，其原理如框圖2。

第一級保護(hù)一般指最容易引入雷電的端口，如建筑物進(jìn)線口、AC電源輸入端口等，一般采用大通流能力的器件，根據(jù)應(yīng)用場合選取不同的器件。第二級防護(hù)與第一級防護(hù)類似，一般選用反應(yīng)速度快鉗位電壓低的TVS、ESD等。由于第一級防護(hù)器件與第二級防護(hù)器件采用的過壓保護(hù)器件種類不同，擊穿電壓大小不同，響應(yīng)時間不同，所以要在兩級過壓保護(hù)器件之間加退耦元件才能保證兩級過壓保護(hù)器件協(xié)同工作。退耦元件要求有一定的阻抗才能起到退耦的作用。

圖2 浪涌防護(hù)原理

保護(hù)器件選型原則

1、保護(hù)器件不影響被保護(hù)電路的正常工作，即保護(hù)器件的最大工作電壓大于被保護(hù)設(shè)備的正常工作電壓。保護(hù)器件的結(jié)電容要盡可能的小，為被保護(hù)設(shè)備在信號完整性及可靠性系統(tǒng)設(shè)計留有足夠的冗余度；

2、浪涌保護(hù)器件要滿足系統(tǒng)環(huán)境需求與防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，過壓浪涌保護(hù)時，自身不應(yīng)被損壞；

3、過壓浪涌保護(hù)時后端設(shè)備不應(yīng)被損壞，即要考慮后級被保護(hù)設(shè)備的脈沖耐壓等級；

4、浪涌過后，保護(hù)器件需恢復(fù)為高阻狀態(tài)，不影響電路正常工作。

變頻器電源保護(hù)方案

圖3a 單相電源防護(hù)方案

圖3b 三相電源防護(hù)方案

如圖3a，為單向電源防護(hù)方案，采用壓敏電阻串聯(lián)陶瓷氣體放電管。壓敏電阻為老化型元器件，操作過電壓、暫態(tài)過電壓等長期施加在MOV上會使MOV老化，其老化的表現(xiàn)就是漏電流增大，壓敏電壓減小。而陶瓷氣體放電管在關(guān)斷狀態(tài)下其絕緣阻抗為G歐級，與MOV串聯(lián)大部分電壓加在GDT上，可以有效減緩MOV的老化。三相電源保護(hù)方案與單相電源保護(hù)方案原理相同，電路連接如圖3b所示。

24V直流電源保護(hù)方案

如圖4a，為24V直流電源保護(hù)方案。該方案采用兩級防護(hù)方案，第一級采用壓敏電阻（820KD10）串聯(lián)玻璃氣體放電管（BK13000702），玻璃氣體放電管也是減緩MOV的老化，相對于陶瓷氣體放電管（GDT）有較高的性價比。中間采用電感退耦，如線路工作電流較小也可以采用電阻或自恢復(fù)保險絲（PTC）進(jìn)行退耦。第二級采用小功率TVS（SMBJ33CA）對瞬態(tài)干擾電壓進(jìn)行二級鉗位。該方案可通過IEC61000-4-5 1.2/50μs&8/20μs 2Ω 2kV，正負(fù)5次間隔60s測試。 24V直流電源也可采用如圖4b的一級防護(hù)方案，該方案對保護(hù)器件的浪涌負(fù)荷要求較高，TVS要選擇相對較大功率的器件，如5.0SMDJ33CA。

圖4a 24V直流電源保護(hù)方案

圖4b 24V直流電源保護(hù)方案

SD卡靜電保護(hù)方案

如圖5所示，采用分立器件UAD8C05L01對SD卡的電源線、數(shù)據(jù)線、時鐘信號等進(jìn)行ESD防護(hù)。UAD8C05L01為SOD-882封裝的小型化器件，結(jié)電容典型值為0.4pF，完全滿足SD卡的通信速率要求。此方案可通過IEC61000-4-2 第四級（空氣放電15kV，接觸放電8kV）測試。

圖5 SD卡靜電保護(hù)

USB2.0接口靜電保護(hù)

USB2.0接口靜電保護(hù)推薦2款ESD器件，線路連接示意圖如圖6所示。UET14A05L03可對一路USB2.0接口的電源線和數(shù)據(jù)線進(jìn)行保護(hù)，該器件為SOT143封裝，線對地結(jié)電容典型值為0.8pF，完全不影響USB數(shù)據(jù)通信。UDT26A05L05UL可同時對2路USB2.0接口進(jìn)行保護(hù)，該器件為SOT23-6L封裝，線對地結(jié)電容典型值為1pF。這兩個器件都滿足IEC61000-4-2 第四級（空氣放電15kV，接觸放電8kV）測試。

圖6 USB2.0靜電保護(hù)

100M以太網(wǎng)接口

圖7為100M以太網(wǎng)保護(hù)方案，隔離變壓器之前采用玻璃氣體放電管（BK33000702-M-H）進(jìn)行第一級共模防護(hù)。BK33000702-M-H是一款小型化耐受型玻璃放電管，相對于陶瓷氣體放電管具有體積小，反應(yīng)速度快，價格便宜的優(yōu)點(diǎn)。隔離變壓器之后采用UDD32C03L01進(jìn)行差模防護(hù)。UDD32C03L01是一款低壓低電容高通流ESD防護(hù)器件，目前已大量應(yīng)用于以太網(wǎng)的防護(hù)，得到客戶的充分肯定。該方案可通過IEC61000-4-5 10/700μs 40Ω差模2kV，共模4kV的測試。

圖7100M以太網(wǎng)保護(hù)方案

RS485接口保護(hù)方案

圖8a為RS485接口兩級保護(hù)方案，第一級采用玻璃氣體放電管（BK13000702-M）進(jìn)行差共模保護(hù)，中間采用PTC（SMD1812P014TF）退耦，第二級采用TVS（SMBJ6.5CA）進(jìn)行保護(hù)，該方案適合防護(hù)等級較高的場合，可滿足較高的浪涌防護(hù)測試要求：IEC61000-4-5，10/700μs 40Ω差模2kV，共模6kV的測試。圖8b采用低漏流TVS SMBJ6.5CA(IR50)，普通TVS漏電流較大，額定值標(biāo)稱1mA以內(nèi)，SMBJ6.5CA(IR50)漏電流為50uA以內(nèi)，相對于普通TVS具有更高的可靠性。如果RS485接口只有靜電防護(hù)要求，也可以直接加一個SOT23封裝的靜電保護(hù)器件，如SDT23C712L02，線路連接如圖8c。

圖8a RS485接口兩級防護(hù)方案

圖8b RS485接口一級防護(hù)方案

圖8c RS485靜電保護(hù)方案

液晶顯示LVDS接口保護(hù)方案

如圖9，為HDMI接口靜電保護(hù)方案，采用2顆UBQ10A05L04對其數(shù)據(jù)線和時鐘信號線進(jìn)行保護(hù)。UBQ10A05L04為DFN-10封裝的低壓低電容ESD器件，I/O對地電容典型值為0.3pF，完全滿足HDMI信號高速傳輸要求。

圖9 HDMI接口保護(hù)方案