LED 照明电源防雷击浪涌保护电路

LED路灯雷击浪涌防护技术及相关标准路灯的主要客户是政府单位，而非普通消费者，因而是一个比较特殊、比较封闭的产业。

路灯从初的钠灯、水银灯到现在的灯，经过了一个漫长的发展过程，同时，在这个发展过程中遇到了一些技术性问题。

时至今日，LED路灯在国内已经约有十年之久，包括电源供应器、电源驱动、、光学技术等每年都有新的突破，而一些基本技术在国内却没有得到解决，LED 路灯防雷问题就是有待解决的问题之一。

LED路灯防雷的必要性雷击是一种静电放电现象，通常携带数百万伏特的电压从云层传输到地面或另一云层。

在传输过程中，雷电会在空中产生电磁场，感应出上千伏电压（即浪涌）到电源线路并产生感应电流传输到几英里以外，这些间接的攻击通常发生在户外暴露的电线，例如路灯、交通灯、基站等设备发射电涌。

浪涌保护模块是在电路前端直接面对来自电源线的浪涌干扰。

它将浪涌能量转移或吸收，限度地减少浪涌威胁其他工作电路，例如LED照明灯具中的交流／直流电源单元等设备。

对于LED路灯，雷电在电源线路上产生感应浪涌，这个浪涌的能量会在电线上产生一个突波，即浪涌波，浪涌就是通过这样的感应方式进行传输的，外界来一个浪涌波，就会在220V的输电线中的正弦波上产生一个，这个进入到路灯中，就会对LED路灯电路产生破坏。

路灯已经存在很多年了，为什么现在才提出路灯需要防雷这件事情？其实，在过去使用的高压钠灯和传统水银灯是用高压灯泡设计的，其本身就有防雷的效果。

到近些年，LED灯逐渐普及，LED灯需要供电电压较小，通常是利用电源供应器将交流电转换为直流电来驱动，这使得LED路灯本身的防雷性就没有了，因而需要为路灯设计防雷模块。

路灯防雷的重要性是由投资回收期这一概念决定的。

由于LED路灯比传统路灯价格大概贵一倍，政府在一开始购买时的投资金额较大，所以需要在运行过程中靠节省电力支出来逐渐将成本赚回来，因而，LED灯的寿命很重要。

如果LED灯还没赚回成本就在投资回收期内坏了的话，还需要另外花钱维修，维修时付出的人力成本比安装时要贵一倍。

浪涌防护电路设计一、引言浪涌防护电路是指在电路中采用一定的电气或电子技术手段，以保护设备免受突发的、短暂的高电压脉冲的影响，从而保证设备的正常工作。

浪涌防护电路设计是现代电子技术中非常重要的一部分，因为在工业生产和日常生活中，各种突发事件都有可能导致电网中出现高压脉冲，如果没有浪涌防护措施，就会对设备造成不可逆转的损害。

二、浪涌现象及其影响1.浪涌现象浪涌是指突发的、短暂的高压脉冲，通常由雷击、开关操作、线路故障等原因引起。

在实际应用中，由于各种原因导致的高压脉冲可能会以不同形式进入电子设备内部。

2.影响当高压脉冲进入设备内部时，就会对设备产生不同程度的影响。

例如：（1）直接损坏器件：当高压脉冲达到一定程度时，可能会直接击穿器件内部的绝缘层，导致器件损坏。

（2）降低器件寿命：即使高压脉冲没有直接击穿器件，也会在器件内部产生热量，从而使器件温度升高，进而缩短器件的寿命。

（3）引起系统故障：高压脉冲可能会干扰设备内部的信号传输，从而引起系统故障。

三、浪涌防护电路设计原则1.选择合适的防护元件在浪涌防护电路中，选择合适的防护元件非常重要。

一般来说，常用的浪涌防护元件有气体放电管、金属氧化物压敏电阻、二极管等。

不同类型的防护元件具有不同的特点和应用范围，在选择时需要根据实际情况进行考虑。

2.合理布局在电路设计中，合理布局也是非常重要的一点。

例如，在PCB板上布局时，需要将输入端和输出端分开布置，并尽量减少线路长度和环形线路等因素对信号稳定性造成影响。

3.保证接地良好良好的接地是保证浪涌防护电路有效的关键。

在电路设计中，需要保证接地点的数量充足，并尽量减小接地电阻，从而提高接地效果。

四、浪涌防护电路设计实例以下是一种简单的浪涌防护电路设计实例：1.选择合适的防护元件在本例中，选择了气体放电管作为浪涌防护元件。

气体放电管具有响应速度快、容量大、寿命长等优点，在浪涌防护中得到了广泛应用。

2.合理布局在PCB板上，将输入端和输出端分开布置，并采用短线连接，避免环形线路对信号稳定性造成影响。

一种防雷击浪涌的开关电源电路设计防雷击和浪涌是电路设计中必须要考虑的重要因素，它们可以对电气设备和电子元件造成严重的损害。

下面将介绍一种针对防雷击和浪涌的开关电源电路设计。

开关电源是一种将交流电转换为稳定输出直流电的电源。

在设计开关电源时，需要考虑输入端的防雷击和浪涌保护。

防雷击保护主要考虑雷电产生的高压瞬态脉冲对电路带来的损害。

为了降低这种损害，可以采用以下措施：1.使用射频滤波器：在输入端加入适当的射频滤波器可以减少高频噪声和干扰。

这些滤波器可以阻止雷击电流进入电路，保护负载电路免受雷击的影响。

2.使用整流器和大容量电容：在输入端加入整流器和大容量电容可以对电路进行平滑滤波，减少电路中的纹波电流。

这可以保护电路免受雷击电流的影响。

3.使用继电器：在输入端加入一个继电器可以在雷击发生时隔离电路。

当雷击产生时，继电器可以迅速切断电源电路，保护电路免受雷击的影响。

在设计开关电源时，浪涌保护也是一个重要的考虑因素。

浪涌是指短时间内大电流脉冲通过电路。

为了防止浪涌对电路造成的损害，可以采取以下措施：1.使用过电压保护器：过电压保护器可以检测并限制过电压的电流。

当浪涌电流超过设定值时，过电压保护器会迅速切断电路，保护电路免受浪涌的影响。

2.使用过流保护器：过流保护器可以检测并限制过大的电流。

当浪涌电流超过设定值时，过流保护器会迅速切断电路，保护电路免受浪涌的影响。

3.使用TVS二极管：TVS二极管可作为浪涌保护器，可以在系统发生浪涌时迅速反应并引导过电流。

TVS二极管用作浪涌保护器时，在未触发时表现为开路状态，当瞬态电压超过其额定电压时，TVS二极管将变为低阻抗状态，并通过引导大电流来保护电路。

综上所述，防雷击浪涌保护开关电源电路设计需要综合考虑多个因素，包括射频滤波器、整流器和大容量电容、继电器、过电压保护器、过流保护器和TVS二极管等。

这些措施可以有效地保护电路免受雷击和浪涌的影响。

浪涌电流限制电路图开关电源在加电时，会产生较高的浪涌电流，因此必须在电源的输入端安装防止浪涌电流的软启动装置，才能有效地将浪涌电流减小到允许的范围内。

浪涌电流主要是由滤波电容充电引起，在开关管开始导通的瞬间，电容对交流呈现出较低的阻抗。

如果不采取任何保护措施，浪涌电流可接近数百A。

开关电源的输入一般采用电容整流滤波电路如图2所示，滤波电容C可选用低频或高频电容器，若用低频电容器则需并联同容量高频电容器来承担充放电电流。

图中在整流和滤波之间串入的限流电阻Rsc是为了防止浪涌电流的冲击。

合闸时Rsc限制了电容C的充电电流，经过一段时间，C上的电压达到预置值或电容C1上电压达到继电器T动作电压时，Rsc被短路完成了启动。

同时还可以采用可控硅等电路来短接Rsc。

当合闸时，由于可控硅截止，通过Rsc对电容C 进行充电，经一段时间后，触发可控硅导通，从而短接了限流电阻Rsc。

开关电源中浪涌电流抑制模块的应用[导读]分析了电容输入式滤波整流器上电时对电源的浪涌电流冲击及危害，介绍了常规解决办法及存在的问题，提出一种实用解决方案。

1 上电浪涌电流目前，考虑到体积，成本等因素，大多数AC/DC变换器输入整流滤波采用电容输入式滤波方式，电路原理如图1所示。

由于电容器上电压不能跃变，在整流器上电之初，滤波电容电压几乎为零，等效为整流输出端短路。

如在最不利的情况（上电时的电压瞬时值为电源电压峰值）上电，则会产生远高于整流器正常工作电流的输入浪涌电流，如图2所示。

当滤波电容为470μF并且电源内阻较小时，第一个电流峰值将超过100A，为正常工作电流峰值的10倍。

浪涌电流会造成电源电压波形塌陷，使得供电质量变差，甚至会影响其他用电设备的工作以及使保护电路动作；由于浪涌电流冲击整流器的输入熔断器，使其在若干次上电过程的浪涌电流冲击下而非过载熔断。

为避免这类现象发生，而不得不选用更高额定电流的熔断器，但将出现过载时熔断器不能熔断，起不到保护整流器及用电电路的作用；过高的上电浪涌电流对整流器和滤波电容器造成不可恢复的损坏。

电源模块防浪涌电路参考设计方案
由于电源模块应用的场合也越来越广，应用场合错综复杂，电源模块的输入端时常会伴随浪涌冲击，若超过本身模块能抗的浪涌电压，模块会损坏失效，导致系统的异常，为保证系统的可靠性，电源的前端防浪涌电路如何设计？
一、浪涌电压来源
1、雷击引起的浪涌，当发生雷击时，通讯电路会产生感应，形成浪涌电压或电流；
2、系统应用中负载的切换及短路故障也会引起浪涌；
3、其他设备频繁开关机引起的高频浪涌电压。

据某些权威机构报道，一年之中发生的浪涌电压超过应用电压一倍以上的次数就高达800余次，电压超1000V以上的就有300余次，这是一个相当大的数据，平均每天就有两次，所以浪涌防护电路是必不可少的。

二、电源为何需要浪涌防护电路
电源模块是系统与外部接触、接口的，外部传来的浪涌都经过电源模块，所以需要浪涌防护电路。

由于电源模块体积小，集成度高，内部的控制芯片和晶体管等器件最大耐压和最大电流都比较极限，一个浪涌电压过来可能就使模块损坏失效，导致整个系统的瘫痪，即使没有立马损坏，器件受到应力冲击，也会影响寿命和可靠性，所以为了保证电源模块持续可靠的应用，一般都需要加上浪涌防护电路。

电源模块受限于体积小，很多模块内部不能加上防浪涌电路，所以需要在模块的外部加上防浪涌电路。

三、浪涌测试标准
电源模块的浪涌测试标准是参照IEC61000-4-5。

该标准适用于电气和电子设备在规定的工作状态下工作时，对由开关或雷电作用所产生的有一定危害电平的浪涌电压的反应。

该标准不对绝缘物耐高压的能力进行试验，也不考虑直击雷。

该标准的试验等级分类如下：。

常用的防浪涌电路有三种方案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。

ttl浪涌保护电路浪涌保护电路？你可能觉得这是什么高大上的东西，听着就让人一头雾水，实际上一点都不难。

想象一下，家里的电器突然炸了，电线冒烟了，这是不是很糟心？可是，有了浪涌保护电路，很多电器就能避免这种命运，听起来是不是很神奇？其实它就像是电器的“保险”，一旦电流异常，它就会迅速出手拯救，让你的电器安然无恙，真是一个隐形的守护神。

咱们得搞明白，什么是“浪涌”。

简单说，浪涌就是电流在某一时刻暴涨，或者电压不正常地升高。

比如你家突然停电，电力恢复时，电流就会猛地冲一下，这时候没个浪涌保护电路可真不行。

否则，你的电器可就得遭殃，冰箱、电视、电脑什么的，都可能被瞬间“电炸”。

说白了，浪涌保护电路就像是给电器装了一个“安全气囊”，它能够在电流一旦超标时及时切断，防止过高的电流把电器弄坏。

你要是家里有贵重电器，这个小小的电路可就显得格外重要了。

浪涌电流产生的原因其实不少。

比如雷电、设备的开关操作，甚至电力公司的电压波动都可能引发浪涌。

你可能不信，咱们这些日常生活中根本感受不到的电力问题，实际上对电器的伤害可大了去了。

所以，浪涌保护电路就成为了“家电守护神”，它帮你隔绝那些你看不见、摸不着的电流变化，把你家电器从暴风雨般的电流冲击中“保护”起来。

你肯定也在想，浪涌保护电路到底是怎么工作的？嗯，这个其实没那么复杂。

它通常是由一个叫“瞬态抑制二极管”（TVS二极管）的小小元件组成。

想象它是一个敏感的“开关”，当电压超过一定值时，瞬间动作，把多余的电流给吸收掉。

它有点像高速公路上的收费员，车流过多时，收费员迅速开闸放行，避免“车祸”发生。

至于具体的运作方式，它其实很简单：浪涌保护电路一旦检测到电流波动，像狙击手一样秒杀过高的电流，把电器送到安全区。

所以说，有了这个“高手”在，家里那些高科技电器，就不用担心电流突击啦。

说了这么多，可能有些朋友会问，浪涌保护电路有必要装吗？肯定有！尤其是住在高楼的人，或者靠近雷电频发地区的人。

室内灯具浪涌防护方案咱这室内灯具可金贵着呢，浪涌那家伙一来，就可能把灯具整得“晕头转向”，所以得好好给它们搞个防护方案。

一、浪涌是啥玩意儿以及为啥要防护灯具。

浪涌就像是电路里突然闯进来的小怪兽，电压一下子变得超高，可能是因为外面打雷啦，或者是电网里的一些小状况。

咱们室内的灯具，可没那么强壮能随便经受这种冲击。

一旦被浪涌袭击，灯泡可能会突然闪瞎（爆掉），灯具里面那些小电路元件就像被龙卷风席卷过一样，变得乱七八糟，然后灯具就罢工啦。

这可不行，咱还得靠它照亮咱们的美好生活呢。

二、具体防护方案。

1. 安装浪涌保护器（SPD）这就像是给灯具安排个保镖。

浪涌保护器要装在灯具电路的前端，也就是电流进入灯具之前的地方。

就好比在门口安排个守卫，把那些不怀好意的浪涌电压拦住。

选择浪涌保护器的时候，要看看它的标称放电电流和最大持续工作电压这些参数。

比如说，对于普通的室内灯具，选择一个标称放电电流为5kA（千安）左右，最大持续工作电压适合咱们室内电网电压（像220V的就选相应适配的）的浪涌保护器就挺不错。

安装的时候呢，要按照说明书来，可不能乱接。

一般来说，它有输入和输出端口，要确保电流正确地从输入口进去，经过它的“魔法防护”，再从输出口乖乖地流到灯具那里。

2. 接地要做好。

接地就像是给灯具的电路找个“泄洪口”。

如果有浪涌电压过来，它可以通过接地线把多余的电安全地释放到大地里去。

对于室内灯具，要确保灯具的金属外壳接地良好。

如果是那种有金属灯杆或者金属底座的灯具，就得用合适的接地线把它和家里的接地系统连接起来。

接地线要粗一点，像2.5平方毫米的铜芯线就比较靠谱，这样才能保证在有浪涌的时候，能够快速地把电放走，就像洪水来了，有个宽阔的河道把水排走一样。

3. 优化电路布线。

电路布线就像给灯具铺的道路。

要避免把灯具的电线和那些容易产生干扰的电线（比如大功率电器的电线）混在一起。

想象一下，灯具的电线是小绵羊走的小道，大功率电器的电线是大卡车走的大道，要是混在一起，大卡车产生的浪涌就像扬起的灰尘，很容易就把小绵羊给弄得灰头土脸（影响灯具电路）。

前言：在电路保护解决方案中，雷击浪涌防护是电子工程师尤为关注的一个防护重点，浪涌也叫突波，顾名思义就是超出正常工作电压的瞬间过电压，浪涌保护器，也叫防雷器，是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置。

当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中其他设备的损害，本质上讲，浪涌是发生在仅仅几百万分之一秒时间内的一种剧烈脉冲。

1最原始的浪涌防雷保护器羊角形间隙，出现于19世纪末期，用于架空输电线路，防止雷击损坏设备绝缘而造成停电，故称“浪涌保护器”，20世纪20年代，出现了铝浪涌保护器，氧化膜浪涌保护器和丸式浪涌保护器，30年代出现了管式浪涌保护器，50年代出现了碳化硅防雷器，70年代又出现了金属氧化物浪涌保护器，现代高压浪涌保护器，不仅用于限制电力系统中因雷电引起的过电压，也用于限制因系统操作产生的过电压。

1、浪涌防雷保护器按工作原理分：浪涌保护器中的元件（压敏电阻MOV，硅雪崩二极管SAD、空气导管、大放电电容）是采用损耗自身的方式对冲击电流进行消解(发热,融化)，从而使导入地下的冲击电流在安全范围之内，不会形成二次反击。

抑制元件的自身寿命会因为反复承受电流冲击而缩短，SineTamer采用了40模块和热、电熔断双保险、热分担算法等，确保了SineTamer的使用寿命。

SineTamer约消解90％的过电压和过电流，剩余的10％则导入地下。

2SPD并联于线路（L/N）与大地之间，在正常工作电压情况下，MOV处于高阻状态，相当于线路对地开路，不影响线路正常工作，故障显示窗口呈绿色，当线路由于雷电或开关操作出现瞬时脉冲过电压时，防雷模块在纳秒级时间内迅速导通，将过电压短路到大地泄放，当该脉冲过电压消失后，防雷模块又自动恢复高阻状态，不影响用户供电。

当防雷模块长期工作在超负荷工作状态，其性能劣化而发热到一定温度，模块中的热感断路器（K1）会自动断开避雷模块回路，保护电源电路工作不受影响，防止火灾发生，当线路感应过大雷电流时，过流断路器（K2）迅速断开，防止SPD爆炸。

6个实例电路，详解雷击浪涌的防护1、电子设备雷击浪涌抗扰度试验标准电子设备雷击浪涌抗扰度试验的国家标准为GB/T17626.5（等同于国际标准IEC61000-4-5 ）。

标准主要是模拟间接雷击产生的各种情况：（1）雷电击中外部线路，有大量电流流入外部线路或接地电阻，因而产生的干扰电压。

（2）间接雷击（如云层间或云层内的雷击）在外部线路上感应出电压和电流。

（3）雷电击中线路邻近物体，在其周围建立的强大电磁场，在外部线路上感应出电压。

（4）雷电击中邻近地面，地电流通过公共接地系统时所引进的干扰。

标准除了模拟雷击外，还模拟变电所等场合，因开关动作而引进的干扰（开关切换时引起电压瞬变），如：（1）主电源系统切换时产生的干扰（如电容器组的切换）。

（2）同一电网，在靠近设备附近的一些较小开关跳动时的干扰。

（3）切换伴有谐振线路的晶闸管设备。

（4）各种系统性的故障，如设备接地网络或接地系统间的短路和飞弧故障。

标准描述了两种不同的波形发生器：一种是雷击在电源线上感应生产的波形；另一种是在通信线路上感应产生的波形。

这两种线路都属于空架线，但线路的阻抗各不相同：在电源线上感应产生的浪涌波形比较窄一些（50uS），前沿要陡一些（1.2uS）；而在通信线上感应产生的浪涌波形比较宽一些，但前沿要缓一些。

后面我们主要以雷击在电源线上感应生产的波形来对电路进行分析，同时也对通信线路的防雷技术进行简单介绍。

2、模拟雷击浪涌脉冲生成电路的工作原理上图是模拟雷电击到配电设备时，在输电线路中感应产生的浪涌电压，或雷电落地后雷电流通过公共地电阻产生的反击高压的脉冲产生电路。

4kV时的单脉冲能量为100焦耳。

图中Cs是储能电容（大约为10uF，相当于雷云电容）；Us为高压电源；Rc为充电电阻；Rs为脉冲持续时间形成电阻（放电曲线形成电阻）；Rm为阻抗匹配电阻Ls为电流上升形成电感。

雷击浪涌抗扰度试验对不同产品有不同的参数要求，上图中的参数可根据产品标准要求不同，稍有改动。