Entwurfsschema für die Blitzschutzschaltung eines Schaltnetzteils
Unmittelbar auftretende Blitzüberspannungen sowie Überspannungen im Signalsystem sind eine wichtige Ursache für eine schlechte Instrumentenstabilität. Die Hauptquellen für Überspannungen im Signalsystem sind induzierte Blitze, elektromagnetische Störungen (EMI), Funkstörungen und elektrostatische Störungen. Metallobjekte (wie Telefonleitungen) werden von diesen Störsignalen beeinflusst und erzeugen bei der Datenübertragung Fehlercodes, was die Übertragungsgenauigkeit und die Übertragungsrate beeinträchtigt. Die Gestaltung von Blitzschutzschaltungen ist zu einem zentralen Thema bei der Instrumentenentwicklung geworden.
Blitzüberspannungsanalyse
Die häufigsten Gefahren für elektronische Geräte entstehen nicht durch direkte Blitzeinschläge, sondern durch Blitzeinschläge in Stromversorgungs- und Kommunikationsleitungen, die durch Stromstöße verursacht werden. Einerseits aufgrund des hohen Integrationsgrads der internen Struktur elektronischer Geräte (VLSI-Chip), was zu einer Verringerung des Spannungsniveaus und der Überstromfestigkeit der Geräte sowie einer Verringerung der Blitzfestigkeit (einschließlich induzierter Blitzeinschläge und betriebsbedingter Überspannungsstöße) führt, andererseits aufgrund der erhöhten Anzahl von Pfaden der Signalquelle ist das System anfälliger als zuvor für das Eindringen von Blitzwellen. Überspannung kann von der Stromleitung oder Signalleitung und auf anderen Wegen in die Computerausrüstung gelangen. Wir diskutieren diese beiden Aspekte separat:
1) Stromstoß
Überspannungen werden nicht nur durch Blitzeinschläge verursacht. Wenn es im Stromnetz zu einem Kurzschluss kommt und große Lasten unterbrochen werden, kommt es zu Überspannungen. Das Stromnetz erstreckt sich über Tausende von Kilometern. Die Wahrscheinlichkeit, dass es zu einem Blitzeinschlag oder einer Überspannung in der Leitung kommt, ist sehr hoch. Wenn Sie Hunderte von Kilometern von einem Blitzeinschlag entfernt sind, wird die Überspannung mit Lichtgeschwindigkeit durch das Stromnetz übertragen. Nach der Dämpfung durch das Umspannwerk und andere Einrichtungen kann Ihr Computer immer noch Tausende von Volt erreichen. Diese Überspannung ist sehr kurz, nur einige Dutzend bis Hunderte von Mikrosekunden, und reicht nicht aus, um den Computer zu verbrennen. Die internen Halbleiterkomponenten des Computers können jedoch erheblich beschädigt werden. Beispielsweise ist das Rauschen der alten Stereoanlage größer als das der neuen, da die internen Komponenten beschädigt sind! Mit zunehmender Zerstörung dieser Schäden wird der Computer allmählich instabiler oder es können wichtige Daten verloren gehen.
GE hat festgestellt, dass in Haushalten, Hotels, Wohnungen und anderen Niederspannungsleitungen (110 V) innerhalb von 10.3 Stunden (etwa einem Jahr und zwei Monaten) Überspannungen auftraten, die die ursprüngliche Betriebsspannung um mehr als das Doppelte überstiegen. Die Überspannung erreichte mehr als 800 Mal, davon mehr als 300 Mal mehr als 1.6 V. Eine solche Überspannung kann durchaus einmalig Schäden an elektronischen Geräten verursachen.
2) Signalsystemstoß
Überspannungen im Signalsystem sind die Hauptursache für induzierte Blitze, elektromagnetische Störungen, Funkstörungen und elektrostatische Störungen. Metallobjekte (wie Telefonleitungen), die von diesen Störsignalen betroffen sind, führen zu einer Datenübertragung im Fehlercode, was die Übertragungsgenauigkeit und die Übertragungsrate beeinträchtigt. Durch die Beseitigung dieser Störungen wird die Übertragungsqualität des Netzwerks verbessert.
Auf Grundlage der oben genannten technischen Mängel und Bedingungen wird in diesem Dokument ein einphasiger, paralleler, blitzstoßresistenter Schaltnetzteilkreis auf Basis von Varistoren und keramischen Gasentladungsröhren entsprechend der praktischen Anwendung entworfen.
