Die Wut der Natur entfesseln: Die Kraft von Überspannungsgeneratoren und Blitzeinschlägen nutzen

I. Standard für Überspannungsgenerator von elektronischen Geräten

Der nationale Standard für Elektrogeräte Überspannungsgenerator ist GB/T17626.5 (entspricht der internationalen Norm IEC61000-4-5).

Überspannungsgenerator SG61000 5

II. Die Normen für Blitzstoßgeneratoren simulieren hauptsächlich verschiedene Situationen, die durch indirekte Blitzeinschläge verursacht werden

(1) Wenn ein Blitz in die Außenleitung einschlägt, fließt eine große Strommenge in die Außenleitung oder den Erdungswiderstand, was zu … Störspannung.
(2) Indirekte Blitzeinschläge (z. B. Blitze zwischen Wolken oder innerhalb von Wolken) induzieren Spannung und Strom auf der Außenleitung.
(3) Wann Blitzeinschläge In der Nähe von Objekten wird um sie herum ein starkes elektromagnetisches Feld aufgebaut, das auf der Außenleitung Spannung induziert.
(4) Bei Blitzeinschlägen in Bodennähe kommt es zu Störungen, wenn der Erdstrom durch das öffentliche Erdungssystem fließt.

III. Neben der Simulation von Blitzeinschlägen simuliert der Standard auch Störungen, die durch Schaltvorgänge in Situationen wie Umspannwerken hervorgerufen werden, darunter:

(1) Spannungsstörungen, die durch den Schalter des Hauptstromversorgungssystems (z. B. den Schalter einer Kondensatorgruppe) erzeugt werden;
(2)Störspannung verursacht durch das Springen des kleinen Schalters in der Nähe des Geräts;
(3) Schaltgeräte mit Resonanzleitungskopplung;
(4)verschiedene systematische Fehler wie Kurzschluss und Lichtbogen;
In der Norm werden zwei verschiedene Wellenformgeneratoren beschrieben: Einer ist die Wellenform, die durch Blitze auf der Stromleitung induziert wird, und der andere ist die Wellenform, die auf der Kommunikationsleitung induziert wird. Beide Leitungen sind abgeschirmt, aber die Impedanz der Leitungen variiert: Die durch Blitze auf der Stromleitung induzierte Wellenform ist relativ schmal (50 µS) und die Vorderkante ist schärfer (1.2 µS); Die auf der Kommunikationsleitung induzierte Wellenform ist zwar relativ breit, die Vorderkante ist jedoch glatter. Bei unserer Analyse der Schaltung konzentrieren wir uns hauptsächlich auf die durch Blitze auf der Stromleitung induzierte Wellenform und stellen kurz die Blitzschutztechnologie der Kommunikationsleitung vor.

Beim Entwurf einer Gleichtakt-Überspannungsschutzschaltung wird davon ausgegangen, dass der Gleichtakt- und der Differenzmodus unabhängig voneinander sind. Allerdings sind diese beiden Teile nicht wirklich unabhängig, da die Gleichtaktdrosseln eine erhebliche Gegentaktinduktivität bereitstellen können. Diese Gegentaktinduktivität kann durch separate Gegentaktinduktivitäten nachgebildet werden.

Um die Differenzmodusinduktivität zu nutzen, sollten im Entwurfsprozess der Gleichtaktmodus und der Differenzmodus nicht gleichzeitig entworfen werden, sondern in einer bestimmten Reihenfolge. Zunächst sollte das Gleichtaktrauschen gemessen und herausgefiltert werden. Mit dem Differential Mode Rejection Network (DMRN) kann die Differenzmoduskomponente eliminiert werden, sodass das Gleichtaktrauschen direkt gemessen werden kann. Wenn der Gleichtaktfilter dafür ausgelegt ist, sicherzustellen, dass das Gegentaktrauschen nicht gleichzeitig den zulässigen Bereich überschreitet, sollten sowohl Gleichtakt- als auch Gegentaktrauschen gemessen werden. Da die Gleichtaktkomponente bekanntermaßen unterhalb der Rauschtoleranzgrenze liegt, überschreitet nur die Gegentaktkomponente die Grenze, die durch die Gegentakt-Streuinduktivität des Gleichtaktfilters gedämpft werden kann. Bei Stromversorgungssystemen mit geringer Leistung reicht die Gegentaktinduktivität der Gleichtaktdrossel aus, um das Problem der Gegentaktstrahlung zu lösen, da die Quellenimpedanz der Gegentaktstrahlung klein ist und daher nur eine sehr geringe Induktivität wirksam ist.

Bei Stoßspannungen unter 4000 Vp wird im Allgemeinen nur eine LC-Schaltung zur Begrenzung und Glättungsfilterung verwendet und das Impulssignal wird so weit wie möglich auf das 2- bis 3-fache des Durchschnittspegels des Impulssignals reduziert. Da durch L50 und L1 ein 2-Hz-Leistungsstrom fließt, geht die Induktivität leicht in die Sättigung, sodass für L1 und L2 normalerweise eine Gleichtaktinduktivität mit großer Streuinduktivität verwendet wird.

Es wird bei Wechsel- und Gleichstrom verwendet und kommt häufig in EMI-Filtern für Stromversorgungen und Schaltnetzteilen vor, selten jedoch auf der Gleichstromseite, was in der Automobilelektronik der Fall ist. Eine Gleichtaktinduktivität wird hinzugefügt, um Gleichtaktstörungen auf parallelen Leitungen (zwei Leitungen oder mehr) zu eliminieren. Aufgrund des Impedanzungleichgewichts im Schaltkreis wirken sich die Gleichtaktstörungen letztendlich auf den Differenzmodus aus. Es ist schwierig, mit der Differenzialmodus-Filtermethode herauszufiltern.

IV. Wo muss die Gleichtaktinduktivität eingesetzt werden?

Lightning Überspannungsgenerator Bei Gleichtaktstörungen handelt es sich in der Regel um elektromagnetische Strahlung, die hier raumgekoppelt ist. Unabhängig davon, ob Wechselstrom oder Gleichstrom vorhanden sind, handelt es sich bei der Übertragung über große Entfernungen um eine Gleichtaktfilterung, um eine Gleichtaktinduktivität hinzuzufügen. Beispielsweise fügen viele USB-Leitungen der Leitung Ringe hinzu. Durch den Eingang des Schaltnetzteils wird Wechselstrom über große Entfernungen übertragen und muss hinzugefügt werden. Normalerweise benötigen DC-Seiten keine Fernübertragung und müssen nicht hinzugefügt werden. Ohne Gleichtaktstörung ist das Hinzufügen dieser Störung eine Verschwendung und hat keinen Gewinn für die Schaltung. Das Design des Leistungsfilters lässt sich in der Regel anhand des Gleichtaktmodus und des Differenzmodus betrachten. Der wichtigste Teil des Gleichtaktfilters ist die Gleichtaktdrosselspule. Im Vergleich zur Differenzialmodus-Drosselspule besteht der wesentliche Vorteil der Gleichtakt-Drosselspule darin, dass ihr Induktivitätswert sehr hoch und ihr Volumen klein ist. Das wichtige Problem, das beim Entwurf der Gleichtakt-Drosselspule berücksichtigt werden muss, ist ihre Streuinduktivität, dh die Gegentaktinduktivität. Im Allgemeinen geht man zur Berechnung der Streuinduktivität davon aus, dass sie 1 % der Gleichtaktinduktivität beträgt. Tatsächlich liegt die Streuinduktivität zwischen 0.5 % und 4 % der Gleichtaktinduktivität. Beim Entwurf der Drosselspule mit optimaler Leistung darf der Einfluss dieses Fehlers nicht ignoriert werden.