防浪涌电路总结

第一篇：防浪涌电路总结

防浪涌电路调研总结

常用的防浪涌电路有三种方案：

一、利用传统的防雷元器件组合成防浪涌电路，例如TVS管（瞬态抑制二极管），气体放电管，PTC（热敏电阻）等。这些防雷元器件的价格都很低。

二、光耦合电路。(光隔离器件，价格较低，TPL521-4价格为2元左右。)

三、磁耦合电路。磁隔离是ADI公司iCoupler专利技术，是基于芯片级变压器的隔离技术。利用该公司生产的相关芯片可以大大简化电路，减少PCB的面积。(adm2483的价格在10元左右，adm3251e的价格在10元~20元之间。)浪涌的来源：浪涌通常由自然界的雷电、电源系统（特别是带很重的感性负载）开关切换时引起的，浪涌的产生将带来能量巨大的瞬变过压或过流，例如感应雷在RS-485传输线上引起的瞬变干扰，其能量可在瞬间烧毁连结传输线上的全部器件。

通常所说的防浪涌，有两个耐压指标，一个是共模，一个是差模。自然界雷电或大电流切换时产生的浪涌一般认为是共模的，而差模形式的浪涌往往是由于数据电缆附近有高压线经过，数据电缆与高压线之间因绝缘不良而产生的，虽然后者比前者产生的电压和电流要小得多，但它不像前者那样只维持很短的几毫秒，而会在数据通信网络中较长时间内稳定地存在。光耦或磁耦器件标称的耐压是共模，也就是前端到后端之间的耐压。如果超过这个耐压，前端后端都一起烧坏；器件不会标称差模的耐压，这个由电路的设计来决定，如果超过这个耐压，前端烧坏，后端不会烧坏。

防浪涌电路通常分为隔离法和规避法：

一、隔离法

光耦合（需要隔离电源）

光耦合器（optical coupler，OC）亦称光电隔离器，简称光耦。光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。

只要浪涌产生的电压幅值不超过光耦器件标称的值（通常为2500V），光耦就不会损坏，即使浪涌电压长时间地存在也不会对被隔离的设备产生损害。值得注意的是，光耦一般只能抑制共模形式的浪涌，不能抑制差模形式的浪涌。光耦

隔离在RS485或RS232通信中应用很广泛。使用光电隔离的优势是可以避免电气或磁场的噪声，而缺点是传输速度受限于LED的转换速度、高功率散射以及磨损，而且还需要一个隔离型DC-DC电源。

图1 光电隔离保护电路

二、磁耦合

磁耦基于ADI公司iCoupler磁隔离专利技术的隔离器件，也称为次隔离器。由于磁耦的目的是将输入和输出信号隔离开来，所以变压器初级端电路与变压器次级端电路必须在隔离的芯片上。变压器本身可以放置在任意芯片上。

以ADI公司的ADM2682E（适用于RS485）为例子来说明磁耦合在防浪涌中的作用。

图2 磁耦合芯片ADM2682e内部结构

ADM268E2是具备±15kV ESD保护功能的完全集成式5kV rm信号和电源隔离数据收发器，适合多点传输线路上的高速通信应用。ADM2682E集成了一个5kV rms隔离DC/DC电源，省去了外部DC/DC隔离模块。

图3 磁耦保护电路

与光耦相比，磁耦不仅仅少了一个隔离型DC-CD电源，还少了一个电平转换芯片，可大大减少PCB的面积。

二、规避法

主设备的地连在一起形成单点接地，一旦有浪涌出现就可以安全转移浪涌能量，此外有必要增加一些抑制浪涌的器件。能将浪涌所产生的额有害电流在到达数据端口前泄放到地回路中去的器件，主要有TVS管、压敏电阻、气体放电管，它们都有一个钳位电压，一旦超过该钳位电压，器件就会在连接点之间产生一个低阻抗，从而转移有害的电流，具体电路如下：

图4 防雷器件TVS保护电路

但这些器件由于转移的能量很大而不能长时间维持。一般这些器件安装在数据线与地之间，对于RS485或RS422系统来说，应该选择额定电压为6~8V的器件，同时，它们通常会给数据线带来一些容性负载，因此在设计系统时有必要考虑减少整个系统数据线的长度。安装器件时应尽可能地靠近被保护的设备，另外，用户必须保证被保护设备的接地点与地之间的阻抗非常小，而且接地点与地连接用的线最好又粗又短，若超出1m，应使用铜带线或编制电缆。（1）单级防护

数据线只需接一个TVS。（2）三级防护

第一级是气体放电管，可泄放大电流，由于浪涌同时产生非常高的尖峰电压，气体放电管太慢不能保护后面的固态电路；第二级是小电阻，一方面可限流，另一方面在第一级与第三级产生一个压降；第三级是TVS管，可足够快地保护后面的固态电路，将电压钳位在一个安全的水平，从而保护数据线。

图5 TVS管、气体放电管及PTC组成的保护电路（RS485）

图6 TVS管、气体放电管及PTC组成的保护电路（RS232）

三、隔离法与规避法的结合

图7 隔离器件与TVS管的结合（信号地与大地连接）

若将隔离法与规避法相结合，则可更好地保护系统，具体电路如上图。图中，信号地与大地是连接的，有了隔离器件就可使主设备不受接地点上可能产生的电压降的影响。另外，规避器件一方面可抑制浪涌保护隔离器件，另一方面也可抑制数据线上产生的差模形式的浪涌。图8中，信号地未与大地连接，规避器件可抑制数据线上产生的差模形式的浪涌，同时差模形式的浪涌被平衡转化成共模形式的浪涌，隔离器件正好可抑制它，从而保护主设备。

图8 隔离器件与TVS管的结合（信号地与大地不连接）

第二篇：snubber电路总结

电阻的用法

一、RC-SNUBBER电路

Snubber电路中文为吸收电路。公司的板子上，其最常应用场合如下图所示。

VCC5R3918.2K 1%1000PF 50V+CE33220uF 10V+CE34220uF 10VC3522uF 25V1C3622uF 25V1C370.1uF 16V1C404DQ14FDD88801GR440Ω 5%UGATE_UES43L411.7uH,13A,DCR6.36mΩ2MAX:11AOCP:13A+CE35470uF 4V+CE36470uF 4VC45C461VCC1_8DDRDLGATE_UEQ15FDD88961R462.2Ω 5%R48C481000PF 50VR492.21K 1%11GSC4710uF 16V22uF 25V110.1uF 16VX_10K 1%C49X_0.01uF 25VC52UD_COMPR50112PF 50V133K 5%C540.01uF 50V3R511.78K 1%

为了便于说明问题，将上图简化。

实际的没有snubber的电路中各点的波形如下图所示。

从上图的波形即客观现象表明在PHASE点会出现电压尖峰。这种尖峰会对L-MOS造成威胁，根据电源组同事的观察，有些板子的L-MOS经常烧坏或寿命大幅缩短，就是PHASE点电压尖峰造成的。实际测量没有SNUBBER的PHASE点波形如图所示（上图红圈内的波形放大）。

造成电压尖峰及其危害的原因是什么呢？为了更严谨更准确说明电路的工作情况设想模型如下。

上图分别是电路中寄生电感和MOS管极间等效电容的示意图。简化之后如下图。

+vI寄生电感储能大电感PHASEMOS管的等效电容滤波电容负载-线路上的等效电阻

上图虚线框内的是PHASE后的线路，由于有储能大电感的存在，瞬时变化的电流I不能通过进入虚线框内。所以对瞬时（高频）电压电流而言，其路径只能是通过L-MOS。为了验证这种设想的真实性，本文建立仿真模型进行验证。

2VL12n1V1 = 0V2 = 5TD = 30nsTR =TF =PW =PER =V1VI500p0R10.10V0

电压源是一个上升沿模仿H-MOS导通的动作。电容模仿L-MOS的等效电容大概有500pF。

0V电感模仿电路上的寄生电感。电阻模仿线路上的等效电阻。仿真波形如下。红色为PHASE点电压，黄色为PHASE点电流，绿色为输入电压。

和实际没有snubber电路的PHASE点波形比较。可以发现两者在波形特征是很相似的。所以可以基本认为，设想的模型是能说明问题的。

分析产生电压尖峰的原因。将上图放大。得下图。红色为PHASE点电压，黄色为PHASE点电流，绿色为输入电压。

时间段1（30ns~A）：H-MOS管导通，5V电压输入。寄生电感中的电流以正弦波的形式增大。同时这个增大的电流给L-MOS的等效电容充电，使得PHASE点的电压上升。

时间段2（A~B）：当PHASE点电压达到5V时，则寄生电感两端的电压开始反向。但寄生电感中的电流不能瞬变，而是以正弦波的形式减小。这时这个减小的电流也在给L-MOS的等效电容充电，使得PHASE点的电压继续上升。

时间段3（B~C）：当寄生电感中的电流减小到0时，L-MOS的等效电容刚好充电到最多的电荷形成PHASE点的电压极大值。此时PHASE点的电压大于输入电压，则电容开始放电PHASE点电压开始减小，电感的电流反向开始增大。

时间段4（C~D）：当PHASE点电压减小到5V时，电感两端的电压有反向了，电流（标量）开始减小，电容中的点放完，但由于电感中的电流还存在，电容被反向充电。PHASE点电压继续下降。

综上所述，电压尖峰是由于寄生电感不能瞬变的电流给L-MOS等效电容充电造成的。而振荡是由于电感和电容的谐振造成的。实际电路中多余的能量大部分是由L-MOS的内阻消耗的。这部分多余的能量等于PHASE点电压为5V时，电流在电感中对应的电磁能。由于等效电容很小，所以多余能量（电荷）能够在电容两端造成较大的电压。所以减小电压尖峰的方法是减小流入等效电容的电荷数量。对于振荡则可以选择阻尼电阻一方面减少振荡次数，一方面减小L-MOS的消耗能量。

因此设计出了snubber电路。如图所示。+v寄生电感PHASEIMOS管的等效电容Snubber电阻线路上的等效电阻-Snubber电容

RC-snubber电路从两个方面去解决电压尖峰的问题。

1、对PHASE点电压等于输入电压时的电感电流分流，这样使得流入L-MOS等效电容的电流大大减小。而snubber电容的容值选取较大，吸收了多余的能量后产生的电压不会太大。这样使得PHASE点的电压尖峰减小。

2、RC中的电阻起到阻尼作用，将谐振能量以热能消耗掉。仿真结果如下

2VL12n1R2I2.2V1 = 0V2 = 5TD = 30nsTR =TF =PW =PER =V1VI3000p500p0R10.10V0

红色为PHASE点电压，黄色为PHASE点电流，绿色为输入电压。天蓝色为snubber分流的电流。

0V0V0V

所以RC-snubber电路的好处有：

1、增强phase点的信号完整性。

2、保护L-MOS提高系统可靠性。

3、改善EMI。坏处：

1、PHASE点电压等于输入电压时需要更多的能量，所以在每次开关时都要消耗更多的能量，降低了电源转换效率。

2、RC选取不好就会起反作用。

Snubber电路的位置选择。大家都知道snubber电路的摆放应该靠近PHASE点。但是有一个细节很有意思。看下图。

图中的寄生电感共4个，给L-MOS造成影响的是上面3个，snubber电路接在PHASE点上。现在有两个问题

1、H-MOS管的等效电容也应该有相似的电压尖峰效应怎么办？

2、snubber电路无法保护第三个寄生电感的造成的过压，可是为什么实际上的吸收效果却很好？

解释上面的问题，可以看一下这里用的MOS管封装便可知道。

在电容总结里讲过，寄生电感主要分布在引脚和走线上。在电源线路的PCB走线是又宽又短的，所以这里的寄生电感主要来源于引脚封装。MOS管的漏极宽大的设计就是为了能够减小寄生电感（当然也可以利于散热），而源极寄生电感在正向导通时不会对MOS管的等效电容造成威胁。

Snubber器件的选取。

首先是电容，snubber电容的作用是为L-MOS等效电容分流而不产生大的过压，所以选取的容值要大于等效电容。但是它使得PHASE点电压等于输入电压时需要更多的能量，所以太大会降低电源的转换效率。这里需要折中考虑。

下面是EC4-1811上1.8V的BUCK电路snubber电路的实验。如图所示。

上图的snubber电路PHASE点波形（黄色）容值1000pF，电阻2.2欧姆。和没有snubber电路的PHASE点波形（白色）的比较。显然振荡减小了，可是电压尖峰去除的效果不好。所以我们将电容增大。

上图PHASE点波形（黄色）容值2000pF，电阻2.2欧姆。和没有snubber电路的PHASE点波形（白色）的比较。和上图比较电压尖峰去除的效果好了一些。再增大电容。

上图PHASE点波形（黄色）容值3000pF，电阻2.2欧姆。和没有snubber电路的PHASE点波形（白色）的比较。和上图比较电压尖峰去除的效果又好了一些。再增大电容。

上图PHASE点波形（黄色）容值4000pF，电阻2.2欧姆。和没有snubber电路的PHASE点波形（白色）的比较。和所以上图比较电压尖峰去除的效果最好。波形较理想。

电阻的选取。Snubber电阻的作用是阻尼作用。选小了，则PHASE点振荡会不容易消除。选大了，则会阻碍snubber电路吸收电流的能力，使得等效电容承受的电流增加，增大PHASE点的电压尖峰。下面是具体实验。电容都是4000pF，电阻分别是0；2.2；5；10。

上图是2.2欧姆的PHASE点波形。

上图是5欧姆的PHASE点波形。

上图是10欧姆的PHASE点波形。

从实验可以很清楚的看出snubber电阻取得大了会使snubber电路的功能丧失。其次，关于L-MOS内肖特基二极管的问题。如下图。

PHASE肖特基二极管body二极管0.7V管压降0.3V管压降

在H-MOS关断到L-MOS打开的死区内。续流是通过L-MOS旁并联的肖特基二极管实现的。负压尖峰是由于瞬时电流对L-MOS反向充电造成的。大概持续了25ns的-0.7V是因为肖特基二极管没有导通，电流从L-MOS的体内二极管通过的管压降。之后的-0.3V左右的负压是因为肖特基二极管导通的管压降造成的。之后L-MOS导通，管压降几乎为0。

回顾之前的MOS总结，L-MOS往往两个并联的目的除了减小导通电阻外，还有减小电压尖峰（正；负）对L-MOS管的损伤，同时还起到备用的作用。

第三篇：电路课程总结

“电路分析基础”是高等学校电子与电气信息类专业重要的基础课程。该课程理论严密、逻辑性强，具有广阔的工程背景。通过本课程的学习，对树立学生严肃认真的科学作风和理论联系实际的工程观点，培养学生的科学思维能力、分析计算能力、实验研究能力和科学归纳能力都有重要的作用。同时使学生掌握电路的基本理论知识、电路的基本分析方法和初步的实验技能，为进一步学习电路理论打下基础，为学习后续课程准备必要的电路知识。

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第四篇：电路知识点总结

电路知识点总结

电路]物体带电的标志：能够吸引轻小物体。(带电体的性质)摩擦起电：用摩擦的方法使物体带电，叫摩擦起电。摩擦起电的原因：不同物质的原子核束缚电子的能力不同，在摩擦时，束缚电子能力强的物质就得到电子带负电，束缚电子能力差的物质就失去电子带正电。正电荷：绸子摩擦过的玻璃棒上带的电荷叫做正电荷。

负电荷：毛皮摩擦过的橡胶棒上带的电荷叫做负电荷。电荷的相互作用规律：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。验电器的作用：用来检验物体是否带电。

验电器的工作原理：利用同种电荷相互排斥的原理工作的。电量：电荷的多少叫做电量。电量的单位是库仑，简称库。电子电量：一个电子所带的电量叫电子电量。它是1.6*10^-19库。中和：放在一起的等量异种电荷完全抵消的现象，叫做中和。1897年英国科学家汤姆逊发现了电子。电流方向：把正电荷移动的方向规定为电流的方向。电子移动方向与它正好相反。12 导体：容易导电的物体叫导体。如金属、石墨、人体、大地及酸碱盐水液。绝缘体：不容易导电的物体叫绝缘体。如橡胶、玻璃、陶瓷、塑料、油等。13 电源:能够提供持续电流的装置。在干电池中电能是以化学能的形式存在。14 自由电子:在金属导体中能脱离原子核束缚而在金属内部自由移动的电子。15 电路：把用电器、电源、开关用导线连接起来的电流路径。

电路图：用符号表示电路连接情况的图。通路：处处接通的电路。开路：某处断开的电路。

短路：不经过用电器直接把导线接在电源两端的电路。串联电路：把电路元件逐个顺次连接起来的电路。特点：电流依次通过每个用电器。并联电路：把电路元件并列连接起来的电路。特点电流在某处分支，再在某处会合。

第五篇：电路计算题总结

2.图示电路中，已知：US1=100V，US2=80V，R2=2，I=4A，I2=2A，试用基尔霍夫定律求电阻R1和供给负载N的功率。

I1R1+U－S 19.某感性电路施加一正弦交流电压u2202sin314tV，.RI2+I有功功率P＝7.5kW，无功功率Q=5.5kvar。求：(1)电路的功率

因数;(2)若电路为R，L并联，R，L值为多少? N2(1)tanQP0.73PSo 36.25

US 2.－ I1=2A

cos(2)R0.81

22023

由KCL定律I1I2－I=0

U2由KVL定律R1I1－R2I2US2－US1=0 R1=12

P7.5106.45

供给负载N的功率P＝I(US2－R2I2)=304W

3.图示电路中，已知：US1=15V，US2=30V，R1=0.5，R2=0.2，R3=2，R4=3，R5=4。用电源等效变换法求电流I。

XLU2Q220235.5108.8

IR5.R3.R4..IIS 1RS 1.R1R2.R5++IS 2RS 2U－.S 1U－S 2.原图

图中：IS1US1R30A RS1R1//R30.4

1IS2S2UR150A RS2R2//R40.19

2－+－+US 3US 4R6R5I 图中：US3=RS1IS1=12V US4=RS2IS2=28.5V R6=RS1+RS2=0.59 8 IUS3US4R8.82A

6R57.图示电路中，已知:US=15V，IS1=3A，IS2=2A，R1=3，R2=8，R3=4，R4=12，R5=2。用戴维宁定理求电流I。

.A.IR5A+II..S 1S 2US...+－IS 1USR3R5－RR4R21R1.....BBA+.I+UAB0US－－R0R1.B

将US支路移开： UAB0=R5IS1=6V R0=R5=2 化为如下电路：I=UAB0USR1.8A

0R=1LXL8.831428mH

11.在R，L，C串联电路中，L=0.5H，若施加

u70.7sin(100t30o)V的电源电压，电路中电流为i1.5sin100tA。试求电路参数R和C。

Z70.71.547.13

RZcos30o47.133240.82

XZsin30o47.131223.57

XLL1000.550

XXLXC XCXLX=26.43

C13.78102X1F

C10026.4322.图示电路中，已知：R1=R2=3，R3=R4=6，US=27V，IS=3A。用叠加原理求各未知支路电流。

.I2R2.R2I'2I1I..3II'I4I'I3I'I4R31ISR1+R4ISR1RU3R4S..－..解：IS单独作用时

IR2R3//R41R1R2R3//RIS2A

4I2ISI11A I3I40.5A

US单独作用时

R2I“I2.I”III“13I”I4RR31R4+US.－ I3USR3(R1R2)//R43A

I1I2I41.5A

叠加得：I1=I1'+I1“=3.5A I2=I2'－I2”=－0.5A

I3=－I3'+I3“=2.5A I4=I4'+I4”=2A

23.图示电路原已稳定，t=0时将开关S闭合。已知：US!=6V，US2=24V，R1=3，R2=6，C=0.5F。求S闭合后的uC(t)。

S+RUS11+uCR2+US2－C－－ uC(0)uC(0)US16 VUS1R2R1R2US2R1R1R26uC()12 V =R1R2R1R2C110 s

t

 6

106uC(t)uC()uC(0)uC()e =126et V