電磁脈沖防護(hù)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電磁脈沖防護(hù)器，其包括低頻防護(hù)單元和連接于低頻防護(hù)單元輸出端的中高頻防護(hù)單元；低頻防護(hù)單元包括避雷器、延時(shí)電感和壓敏電阻，延時(shí)電感延長電磁脈沖作用時(shí)間，避雷器和壓敏電阻吸收電磁脈沖低頻能量；中高頻防護(hù)單元包括LC諧振電路、濾波電感和饋通濾波器，LC諧振電路吸收電磁脈沖中頻能量，濾波電感吸收電磁脈沖中頻和高頻能量，饋通濾波器吸收電磁脈沖高頻能量。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用延時(shí)、濾波吸收、諧振旁路、射頻屏蔽等方式，使電磁脈沖電流衰減到被保護(hù)設(shè)備的正常工作范圍。此外，本發(fā)明同時(shí)集成防雷和電磁兼容濾波器的功能，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的小型化和集成化。
【專利說明】
電磁脈沖防護(hù)器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種電磁脈沖防護(hù)器。
【背景技術(shù)】
[0002]電磁脈沖輻射是一種由自然(如太陽黑子劇烈活動)或者人為(如引爆電磁炸彈或者核彈)產(chǎn)生的劇烈電磁脈沖信號。電磁脈沖輻射具有強(qiáng)度高、作用時(shí)間快、覆蓋頻率寬等特點(diǎn)。
[0003]對電磁脈沖波形的研究發(fā)現(xiàn)，其波形上升沿非常短、通常只有幾ns，且強(qiáng)度大、峰值超過5kA。當(dāng)這種波形的電磁脈沖沖擊作用到用電線路或設(shè)備上時(shí)，即使設(shè)備安裝了避雷器，由于電磁脈沖的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于避雷器的反應(yīng)速度(雷擊脈沖速度為us等級，電磁脈沖速度是雷擊脈沖速度的1000倍)，避雷器也無法及時(shí)反應(yīng)并作出防護(hù)動作，這使得后端的用電線路和設(shè)備直接面對高強(qiáng)度電磁脈沖的沖擊，系統(tǒng)過載受損的風(fēng)險(xiǎn)極高。
[0004]此外，電磁脈沖的頻率覆蓋范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于雷擊脈沖，雷擊脈沖的半衰點(diǎn)頻率500Hz，而電磁脈沖的半衰點(diǎn)頻率為IMHz。因此，電磁脈沖產(chǎn)生的不僅是瞬態(tài)高能量沖擊的問題，而且還同時(shí)產(chǎn)生高頻、高強(qiáng)度的電磁干擾問題，在這種沖擊下，系統(tǒng)不僅面對過流風(fēng)險(xiǎn)，還要解決系統(tǒng)敏感設(shè)備的電磁干擾防護(hù)問題。
[0005]對于起爆點(diǎn)高于地面40km以上的高海拔電磁脈沖輻射，其覆蓋面極廣，當(dāng)起爆高度為500km時(shí)，甚至可以覆蓋整個(gè)美國。電磁場源通過輻射向地面?zhèn)鞑ジ哳l、高強(qiáng)度的電磁脈沖，未經(jīng)保護(hù)的電力、通信、控制、偵測系統(tǒng)受到輻射后，將可能發(fā)生失效甚至無法恢復(fù)。國外，尤其是美國最近幾年對電磁脈沖防護(hù)尤其重視，制訂了相關(guān)防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，以確保軍用設(shè)施、通信系統(tǒng)、電力系統(tǒng)等國家安全和民生領(lǐng)域的設(shè)備在面對電磁脈沖攻擊下的可靠性。
[0006]我國對于電磁脈沖防護(hù)的重視和認(rèn)識程度相對比較落后，目前國內(nèi)還沒有針對電磁脈沖防護(hù)的有效解決方案和產(chǎn)品設(shè)計(jì)，且沒有相關(guān)的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。一般的設(shè)備僅安裝避雷器以達(dá)到抑制雷擊的目的，只有一些特殊的敏感設(shè)備，才配置電磁兼容濾波器以增加防止高頻干擾的功能。但面對電磁脈沖，避雷器會有反應(yīng)速度過慢的問題，而電磁兼容濾波器無法承載瞬態(tài)高能量，更無法解決全頻段高能量濾波的問題。
[0007]有鑒于此，有必要提供一種能夠解決上述問題的電磁脈沖防護(hù)器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠有效防止電源和通信線路受到電磁脈沖沖擊影響的電磁脈沖防護(hù)器。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種電磁脈沖防護(hù)器，其包括低頻防護(hù)單元和連接于低頻防護(hù)單元輸出端的中高頻防護(hù)單元;低頻防護(hù)單元包括避雷器、延時(shí)電感和壓敏電阻，延時(shí)電感延長電磁脈沖作用時(shí)間，避雷器和壓敏電阻吸收電磁脈沖低頻能量；中高頻防護(hù)單元包括LC諧振電路、濾波電感和饋通濾波器，LC諧振電路吸收電磁脈沖中頻能量，濾波電感吸收電磁脈沖中頻和高頻能量，饋通濾波器吸收電磁脈沖高頻能量。
[0010]作為本發(fā)明電磁脈沖防護(hù)器的一種改進(jìn)，所述電磁脈沖防護(hù)器還包括射頻屏蔽層，射頻屏蔽層用于密封中高頻防護(hù)單元輻射的射頻電磁波。
[0011]作為本發(fā)明電磁脈沖防護(hù)器的一種改進(jìn)，所述饋通濾波器包括第一饋通濾波器和第二饋通濾波器，第一饋通濾波器和第二饋通濾波器設(shè)于射頻屏蔽層上，中高頻防護(hù)單元的其他部分設(shè)于射頻屏蔽層內(nèi)，電磁脈沖從第一饋通濾波器進(jìn)入中高頻防護(hù)單元，再由第二饋通濾波器輸出。
[0012]作為本發(fā)明電磁脈沖防護(hù)器的一種改進(jìn)，所述延時(shí)電感、第一饋通濾波器、濾波電感、第二饋通濾波器依次串聯(lián)。
[0013]作為本發(fā)明電磁脈沖防護(hù)器的一種改進(jìn)，所述避雷器一端連接于延時(shí)電感前端，另一端接地;所述壓敏電阻一端連接于延時(shí)電感和第一饋通濾波器之間，壓敏電阻另一端接地。
[0014]作為本發(fā)明電磁脈沖防護(hù)器的一種改進(jìn)，所述LC諧振電路為LC串聯(lián)諧振電路，其一端連接于饋通濾波器和濾波電感之間，另一端接地。
[0015]作為本發(fā)明電磁脈沖防護(hù)器的一種改進(jìn)，所述中高頻防護(hù)單元還包括并聯(lián)的濾波電容和電阻，所述濾波電感包括至少兩個(gè)串聯(lián)的濾波電感，濾波電容和電阻的一端連接于任意兩個(gè)串聯(lián)的濾波電感之間，濾波電容和電阻的另一端接地。
[0016]作為本發(fā)明電磁脈沖防護(hù)器的一種改進(jìn)，所述延時(shí)電感配置有第一耦合電感，第一親合電感用于分擔(dān)延時(shí)電感的磁通量。
[0017]作為本發(fā)明電磁脈沖防護(hù)器的一種改進(jìn)，所述串聯(lián)的濾波電感中，至少一個(gè)濾波電感配置有第二耦合電感，第二耦合電感用于分擔(dān)磁通量。
[0018]作為本發(fā)明電磁脈沖防護(hù)器的一種改進(jìn)，所述饋通濾波器包括第一饋通濾波器，第一饋通濾波器設(shè)于射頻屏蔽層上，中高頻防護(hù)單元的其他部分設(shè)于射頻屏蔽層內(nèi)，電磁脈沖通過第一饋通濾波器進(jìn)入射頻屏蔽層和中高頻防護(hù)單元。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明電磁脈沖防護(hù)器具有以下有益的技術(shù)效果:通過在低頻階段采用延時(shí)使壓敏電阻充分吸收脈沖的低頻能量，在中高頻階段配合采用濾波吸收、諧振旁路、電容旁路等方式過濾脈沖中高頻能量，并設(shè)置射頻屏蔽區(qū)抑制射頻輻射干擾，將脈沖電流衰減到被保護(hù)設(shè)備的正常工作范圍，且可防護(hù)的電磁脈沖強(qiáng)度高，可防護(hù)脈沖的瞬態(tài)作用時(shí)間短，能夠適應(yīng)脈沖的覆蓋頻率寬。此外，本發(fā)明同時(shí)兼有防雷和電磁兼容濾波器的功能，能夠替代防雷設(shè)備和電磁兼容設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的小型化和集成化。
【附圖說明】
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對本發(fā)明電磁脈沖防護(hù)器及其有益技術(shù)效果進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0021]圖1為本發(fā)明電磁脈沖防護(hù)器的電路的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和技術(shù)效果更加清晰明白，以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書中描述的【具體實(shí)施方式】僅僅是為了解釋本發(fā)明，并不是為了限定本發(fā)明。
[0023]本發(fā)明的描述中，術(shù)語“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、
“底”、“內(nèi)”、“外”等指示方位或位置關(guān)系的表述是基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，并不是指示或暗示所描述的裝置或元件必須具有的特定安裝和操作方位，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0024]本發(fā)明的描述中，高低電平是基于電路圖中上拉或下拉電壓實(shí)現(xiàn)的，并不是指示或暗示所描述的電平具有特定的電位，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0025]請參照圖1所示，本發(fā)明電磁脈沖防護(hù)器包括低頻防護(hù)單元100和連接于低頻防護(hù)單元100輸出端的中高頻防護(hù)單元200;低頻防護(hù)單元100包括避雷器10、延時(shí)電感20和壓敏電阻30，延時(shí)電感20延長電磁脈沖作用時(shí)間，避雷器10和壓敏電阻30吸收電磁脈沖低頻能量；中高頻防護(hù)單元200包括LC諧振電路、濾波電感和饋通濾波器，LC諧振電路吸收電磁脈沖中頻能量，濾波電感吸收電磁脈沖中頻和高頻能量，饋通濾波器吸收電磁脈沖高頻能量。
[0026]低頻防護(hù)單元100主要針對電磁脈沖1kHz以下的低頻部分進(jìn)行防護(hù)。低頻防護(hù)單元100包括避雷器10、延時(shí)電感20和壓敏電阻30。
[0027]延時(shí)電感20的前端為電磁脈沖防護(hù)器和低頻防護(hù)單元100的輸入端，延時(shí)電感20的后端為低頻防護(hù)單元100的輸出端、與中高頻防護(hù)單元200的輸入端相連。延時(shí)電感20采用具有高飽和特性的磁性材料和工藝設(shè)計(jì)，以適應(yīng)過大飽和電流的情況。為了保證延時(shí)電感20在不同的應(yīng)用場合中，特別是超高電流的情況下穩(wěn)定工作，同時(shí)能兼顧設(shè)備小型化的要求，可以根據(jù)具體的防護(hù)要求，在磁通路上設(shè)置與延時(shí)電感20并聯(lián)的耦合電感。耦合電感連接電阻以分擔(dān)延時(shí)電感20的磁通量，降低延時(shí)電感20工作時(shí)的磁通密度。耦合電感的參數(shù)特性可以根據(jù)不同的應(yīng)用場合進(jìn)行選擇和配置，以最大化飽和性能，例如可以配置合適的耦合電感以滿足5kA峰值的沖擊電流、ns級的脈沖速度的需求。
[0028]避雷器10由氣體放電管或瞬態(tài)二極管構(gòu)成，避雷器10的一端連接延時(shí)電感20的前端，另一端接地。避雷器10將電磁脈沖的一部分低頻能量旁路并引入大地。
[0029]壓敏電阻30的一端連接延時(shí)電感20的后端，另一端接地。壓敏電阻30能夠吸收電磁脈沖中大部分的低頻能量。
[0030]中高頻防護(hù)單元200包括依次串聯(lián)的第一饋通濾波器40、第一濾波電感60、第二濾波電感90、第二饋通濾波器42，以及旁路的LC串聯(lián)諧振電路50、濾波電容70和電阻80。
[0031]第一饋通濾波器40的輸入端為中高頻防護(hù)單元200的輸入端，與低頻防護(hù)單元100的輸出端相連。第二饋通濾波器42的輸出端為電磁脈沖防護(hù)器和中高頻防護(hù)單元200的輸出端。第一饋通濾波器40和第二饋通濾波器42可以吸收電磁脈沖的一部分高頻和射頻能量，降低電磁脈沖防護(hù)器輸入輸出的親合風(fēng)險(xiǎn)。
[0032]LC串聯(lián)諧振電路50的一端連接于第一饋通濾波器40和第一濾波電感60之間，另一端接地。LC串聯(lián)諧振電路50主要將電磁脈沖中I OkHZ-1 OOkHz的中頻能量旁路并弓I入大地。
[0033]第一濾波電感60和第二濾波電感90采用具有高飽和特性的磁性材料和工藝設(shè)計(jì)，能夠滿足瞬態(tài)過載300%電流沖擊的要求。同時(shí)，第一濾波電感60和第二濾波電感90還具有很好的高頻特性，能夠穩(wěn)定工作在IMHz，有效實(shí)現(xiàn)衰減沖擊電流的目的。第一濾波電感60和第二濾波電感90主要吸收電磁脈沖一部分中頻和高頻(至5MHz)能量。根據(jù)具體的防護(hù)要求，第二濾波電感90可以配置耦合電感，第二濾波電感90的耦合電感的作用與延時(shí)電感20的耦合電感相同，此處不贅述。需要說明的是，根據(jù)具體的防護(hù)要求，第二濾波電感90后還可以串聯(lián)若干濾波電感，以擴(kuò)大濾波范圍、增強(qiáng)濾波效果。
[0034]濾波電容70和電阻80的一端連接于第一濾波電感60和第二濾波電感90之間，另一端接地。濾波電容70將電磁脈沖的部分中頻能量旁路并弓I入大地。
[0035]中高頻防護(hù)單元200位于射頻屏蔽區(qū)300中，射頻屏蔽區(qū)300通過封閉的射頻屏蔽殼實(shí)現(xiàn)。射頻屏蔽殼將中高頻防護(hù)單元200向外輻射的射頻能量屏蔽并密封吸收于其殼體中，以防止射頻電磁波對外界敏感設(shè)備造成干擾。第一饋通濾波器40和第二饋通濾波器42設(shè)于射頻屏蔽殼上，中高頻防護(hù)單元200的其他部分設(shè)于射頻屏蔽殼內(nèi)部。需要說明的是，根據(jù)具體的防護(hù)要求，也可以在射頻屏蔽殼上僅設(shè)置第一饋通濾波器40，而不設(shè)置第二饋通濾波器42。
[0036]電磁脈沖防護(hù)器連接于被保護(hù)設(shè)備線路的前端。
[0037]當(dāng)電磁脈沖沖擊未發(fā)生時(shí)，低頻防護(hù)單元100處于待機(jī)狀態(tài)，中高頻防護(hù)單元200處于工作狀態(tài)。此時(shí)中高頻防護(hù)單元200提供常規(guī)電磁兼容濾波器的功能，并且射頻屏蔽區(qū)300發(fā)揮屏蔽作用、抑制外來射頻干擾。
[0038]當(dāng)電磁脈沖沖擊發(fā)生時(shí)，電磁脈沖防護(hù)器中涌入瞬態(tài)的高強(qiáng)度脈沖電流，電磁脈沖防護(hù)器的電磁脈沖防護(hù)功能被激活，低頻防護(hù)單元100和中高頻防護(hù)單元200均進(jìn)入工作狀態(tài)。避雷器10將脈沖的一部分低頻能量旁路。延時(shí)電感20延長剩余脈沖波形的上升沿，使得壓敏電阻30有足夠的時(shí)間將脈沖的大部分低頻能量(1kHz以下)吸收掉。脈沖中剩余的中頻和高頻能量進(jìn)入中高頻防護(hù)單元200，第一饋通濾波器40將一部分高頻和射頻能量吸收，LC串聯(lián)諧振電路50和濾波電容70將1kHz-1OOkHz的中頻能量旁路，第一濾波電感60和第二濾波電感90將另一部分中頻和高頻(至5MHz)能量吸收，第二饋通濾波器42將脈沖中最后的高頻和射頻分量吸收(未設(shè)置第二饋通濾波器42時(shí)，脈沖剩余能量直接輸出)。最后，從電磁脈沖防護(hù)器輸出而進(jìn)入被保護(hù)設(shè)備的殘余電流達(dá)到小于目標(biāo)值(例如10A)的目的。
[0039]本發(fā)明電磁脈沖防護(hù)器具有較強(qiáng)的靈活性，可以通過調(diào)整耦合電感、濾波電感、濾波電容70、饋通濾波器的數(shù)量和參數(shù)，滿足不同應(yīng)用場合下對高插入損耗和低輸出殘余電流的要求。高插入損耗，例如頻率大于I OkHz時(shí)，插入損耗大于I OOdB。低輸出殘余電流，例如輸出殘余電流小于1A。電磁脈沖防護(hù)器可防護(hù)的脈沖電流最大達(dá)到20kA，可防護(hù)脈沖電流的瞬態(tài)作用時(shí)間達(dá)到ns等級。
[0040]結(jié)合以上對本發(fā)明的詳細(xì)描述可以看出，相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明至少具有以下有益的技術(shù)效果:通過在低頻階段采用延時(shí)使壓敏電阻30充分吸收脈沖的低頻能量，在中高頻階段配合采用濾波吸收、諧振旁路、電容旁路等方式過濾脈沖中高頻能量，并設(shè)置射頻屏蔽區(qū)300抑制射頻輻射干擾，將脈沖電流衰減到被保護(hù)設(shè)備的正常工作范圍，且可防護(hù)的電磁脈沖強(qiáng)度高(達(dá)到20kA)，可防護(hù)脈沖的瞬態(tài)作用時(shí)間短(達(dá)到ns等級)，能夠適應(yīng)脈沖的覆蓋頻率寬(達(dá)到射頻等級)。此外，本發(fā)明同時(shí)兼有防雷和電磁兼容濾波器的功能，能夠替代防雷設(shè)備和電磁兼容設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的小型化和集成化。
[0041]根據(jù)上述原理，本發(fā)明還可以對上述實(shí)施方式進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兏托薷?。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的【具體實(shí)施方式】，對本發(fā)明的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對本發(fā)明構(gòu)成任何限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電磁脈沖防護(hù)器，包括低頻防護(hù)單元和連接于低頻防護(hù)單元輸出端的中高頻防護(hù)單元；低頻防護(hù)單元包括避雷器、延時(shí)電感和壓敏電阻，延時(shí)電感延長電磁脈沖作用時(shí)間，避雷器和壓敏電阻吸收電磁脈沖低頻能量；中高頻防護(hù)單元包括LC諧振電路、濾波電感和饋通濾波器，LC諧振電路吸收電磁脈沖中頻能量，濾波電感吸收電磁脈沖中頻和高頻能量，饋通濾波器吸收電磁脈沖高頻能量。2.如權(quán)利要求1所述的電磁脈沖防護(hù)器，其特征在于:所述電磁脈沖防護(hù)器還包括射頻屏蔽層，射頻屏蔽層用于密封中高頻防護(hù)單元輻射的射頻電磁波。3.如權(quán)利要求2所述的電磁脈沖防護(hù)器，其特征在于:所述饋通濾波器包括第一饋通濾波器和第二饋通濾波器，第一饋通濾波器和第二饋通濾波器設(shè)于射頻屏蔽層上，中高頻防護(hù)單元的其他部分設(shè)于射頻屏蔽層內(nèi)，電磁脈沖從第一饋通濾波器進(jìn)入中高頻防護(hù)單元，再由第二饋通濾波器輸出。4.如權(quán)利要求3所述的電磁脈沖防護(hù)器，其特征在于:所述延時(shí)電感、第一饋通濾波器、濾波電感、第二饋通濾波器依次串聯(lián)。5.如權(quán)利要求4所述的電磁脈沖防護(hù)器，其特征在于:所述避雷器一端連接于延時(shí)電感前端，另一端接地;所述壓敏電阻一端連接于延時(shí)電感和第一饋通濾波器之間，壓敏電阻另一端接地。6.如權(quán)利要求4所述的電磁脈沖防護(hù)器，其特征在于:所述LC諧振電路為LC串聯(lián)諧振電路，其一端連接于饋通濾波器和濾波電感之間，另一端接地。7.如權(quán)利要求4所述的電磁脈沖防護(hù)器，其特征在于:所述中高頻防護(hù)單元還包括并聯(lián)的濾波電容和電阻，所述濾波電感包括至少兩個(gè)串聯(lián)的濾波電感，濾波電容和電阻的一端連接于任意兩個(gè)串聯(lián)的濾波電感之間，濾波電容和電阻的另一端接地。8.如權(quán)利要求4所述的電磁脈沖防護(hù)器，其特征在于:所述延時(shí)電感配置有第一耦合電感，第一耦合電感用于分擔(dān)延時(shí)電感的磁通量。9.如權(quán)利要求7所述的電磁脈沖防護(hù)器，其特征在于:所述串聯(lián)的濾波電感中，至少一個(gè)濾波電感配置有第二耦合電感，第二耦合電感用于分擔(dān)磁通量。10.如權(quán)利要求2所述的電磁脈沖防護(hù)器，其特征在于:所述饋通濾波器包括第一饋通濾波器，第一饋通濾波器設(shè)于射頻屏蔽層上，中高頻防護(hù)單元的其他部分設(shè)于射頻屏蔽層內(nèi)，電磁脈沖通過第一饋通濾波器進(jìn)入射頻屏蔽層和中高頻防護(hù)單元。
【文檔編號】H02H9/04GK106099885SQ201610652501
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月10日 公開號201610652501.7, CN 106099885 A, CN 106099885A, CN 201610652501, CN-A-106099885, CN106099885 A, CN106099885A, CN201610652501, CN201610652501.7
【發(fā)明人】徐暉
【申請人】徐暉