Entwurfsschema von Blitzschutzschaltungen für Schaltnetzteile
Blitzstoßanalyse
Der häufigste Schaden an elektronischen Geräten wird nicht durch direkte Blitzeinschläge verursacht, sondern durch Stromstöße, die bei Blitzeinschlägen in Strom- und Kommunikationsleitungen entstehen. Einerseits ist aufgrund der hochintegrierten internen Struktur elektronischer Geräte (VLSI-Chips) die Spannungs- und Überstromfestigkeit der Geräte gesunken, und auch die Fähigkeit, Blitzen (einschließlich induzierter Blitze und betriebsbedingter Überspannungsstößen) standzuhalten, hat abgenommen. Andererseits ist das System aufgrund der Zunahme der Signalquellenpfade anfälliger für das Eindringen von Blitzwellen als zuvor. Überspannungsleitungen können über Stromleitungen oder Signalleitungen in Computergeräte eindringen. Wir werden diese beiden Aspekte separat besprechen:
1) Stromstoß
Überspannungen werden nicht nur durch Blitzeinschläge verursacht, sondern auch durch Kurzschlüsse und starke Lastschaltungen im Stromnetz. Das Stromnetz erstreckt sich über Tausende von Kilometern und die Wahrscheinlichkeit von Blitzeinschlägen und Überspannungen ist hoch. Wenn ein Blitz Hunderte von Kilometern von Ihnen entfernt einschlägt, wird der Blitzstoß mit Lichtgeschwindigkeit über das Stromnetz übertragen und durch Umspannwerke usw. gedämpft. Wenn er Ihren Computer erreicht, können immer noch Tausende von Volt anliegen. Diese Hochspannung ist sehr kurz, nur einige zehn bis hundert Mikrosekunden oder nicht genug, um den Computer durchzubrennen. Es führt jedoch zu großen Schäden an den Halbleiterkomponenten im Inneren des Computers, ebenso wie der Lärm alter Lautsprecher größer ist als der neuerer, weil die internen Komponenten beschädigt sind. Wenn diese Schäden größer werden, wird der Computer allmählich instabiler oder es kann zum Verlust wichtiger Daten kommen.
Die GE Corporation in den Vereinigten Staaten hat festgestellt, dass Niederspannungsverteilungsleitungen (110 V) in Haushalten, Restaurants, Wohnungen und anderen Bereichen innerhalb von 10.000 Stunden (ungefähr ein Jahr und zwei Monate) mehr als 800 Überspannungen ausgesetzt waren, die die ursprüngliche Betriebsspannung überstiegen, wobei über 300 Überspannungen 1.000 V überstiegen. Eine solche Überspannung könnte elektronische Geräte auf einmal beschädigen.
2) Überspannung im Signalsystem
Die Hauptquellen für Überspannungen in Signalanlagen sind induzierte Blitzeinschläge, elektromagnetische Störungen, Funkstörungen und elektrostatische Störungen. Metallobjekte (z. B. Telefonleitungen) werden von diesen Störsignalen beeinflusst, was zu Fehlern in den übertragenen Daten führen kann, die sich auf die Genauigkeit und Übertragungsrate der Übertragung auswirken. Durch die Beseitigung dieser Störungen wird der Übertragungsstatus des Netzwerks verbessert.
Basierend auf den oben genannten technischen Mängeln und Bedingungen wird in diesem Artikel ein einphasiges, paralleles Schaltnetzteil zum Schutz vor Blitzüberspannungen basierend auf Varistoren und keramischen Gasentladungsröhren entsprechend der tatsächlichen Verwendung entworfen.
