[发明专利]一种用于电源线的高功率电磁脉冲防护模块

说明书

技术领域

本发明涉及高功率电磁脉冲防护技术领域，尤其是涉及一种用于电源线的高功率电磁脉冲防护模块。

背景技术

高功率电磁脉冲武器的发展对电子电力系统的安全造成了严重的威胁，高功率电磁脉冲具有功率高，脉冲上升时间快，频带宽的特点。高功率电磁脉冲可通过信息化设备的电源线耦合并传导进入设备内部造成破坏。随着电子设备微电子化程度的提高，设备内部半导体器件的耐压阈值越来越低，针对电源线的传导骚扰防护引起了越来越多的重视。

使用浪涌防护模块是抑制设备传导骚扰的重要方法，目前浪涌防护技术在防雷领域应用得较为成熟。与雷电相比，高功率电磁脉冲信号在线缆上耦合的骚扰波形，高频成分更多，时域上具有更快的上升沿，典型波形上升沿为几纳秒，传统的雷电防护模块无法有效用于高功率电磁脉冲的防护，电子信息设备面临着被高功率电磁脉冲损毁的危险。

目前国内针对电源线的高功率电磁脉冲防护多使用暂态抑制和频域滤波的方法，相应的防护产品有浪涌保护器和电源滤波器等。针对暂态抑制部分防护器件的选型，多基于经验判断，缺乏较为深入的研究和方案设计。针对防护模块的防护效果，也缺乏有效的试验检验。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于电源线的高功率电磁脉冲防护模块,在于解决现有防护模块防护特性不理想，防护器件选型缺乏合适方案和理论依据等问题。

为了实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种用于高功率电磁脉冲防护的综合模块，包括时域瞬态抑制部分和频域滤波部分，整体使用金属外壳屏蔽；所述时域瞬态抑制部分由响应速度较快的压敏电阻和TVS二极管采用高低配合的方式组合，包括压敏电阻M、M1、M2、去耦电感L1、L2以及TVS二极管，压敏电阻M1、M2 用以滤除线地间的共模干扰，压敏电阻M用以滤除线线间的差模干扰，压敏电阻输出端两端分别通过去耦电感L1、L2和TVS二极管组并联，TVS二极管也分为滤除共模干扰和差模干扰的部分，TVS二极管组后接频域滤波部分；所述的频域滤波部分由π型滤波和电容滤波相结合，包括电容C1、C2和电感线圈L，电容C3、C4；电容C1、C2和电感线圈L共同构成π型滤波电路，其中电感线圈L绕制成共模扼流圈的形式，电容C3、C4接在线地间用以滤除共模干扰；高功率电磁脉冲到来时，响应速度极快的的TVS二极管首先动作，发挥保护作用，在快前沿脉冲作用下，压敏电阻两端电压会快速升高导致器件动作，起到泄放大部分浪涌能量的作用，电磁脉冲能量进入到频域滤波部分，通过调节滤波器的通频带，使得漏过瞬态抑制模块的大部分电磁脉冲能量在敏感设备端口前被有效抑制。

本发明具有以下有益效果和优点：

本发明提供了一种综合防护模块，可用于220V电源线的高功率电磁脉冲防护，采用多级防护理念，第一部分为时域瞬态抑制电路，第二部分为频域滤波电路。瞬态抑制部分采用响应速度较快的压敏电阻和TVS二极管组合，并通过参数计算选取合适的去耦电感值，调节器件间的时间配合和能量配合，使第一部分具有纳秒级的响应速度和kA级的通流能力。频域滤波电路采用π型滤波和电容滤波相结合，通过调节滤波器的通频带，使得漏过瞬态抑制模块的大部分电磁脉冲能量在敏感设备端口前被有效抑制。考虑到高功率电磁脉冲能量较大，频域滤波电路的电感电容元件选取具有较高耐压值的器件。使用将时域瞬态抑制和频域滤波集成到一个模块的方法设计综合防护模块，其创新之处在于在典型防护器件纳秒脉冲响应测试的基础上，重点对瞬态抑制电路中防护器件的选取配合规则和频域滤波电路的参数设计进行了研究，并以220V电源线为例，设计了一种综合防护模块，该模块经根据IEC标准搭建的试验系统检测具有良好的防护效果。

附图说明

图1为高功率电磁脉冲防护模块示意图。

其中M、M1、M2压敏电阻型号为S20K550号，TVS二极管型号为HFA-430L号，电感L1=0.5μH，L2=1000μH，C1=C2=25.3μF，C3=C4=253nF。

图2为第一部分暂态抑制电路原理图。

其中R1为压敏电阻，R2为TVS二极管。

图3为图2所示电路的SPICE仿真图。

图4为第二部分频域滤波电路的原理图。

图5为图4所示电路的扫频分析图。

图6为压敏电阻响应曲线。

图7为TVS二极管响应曲线。

图8为防护模块高功率电磁脉冲测试系统示意图。

图9为防护模块高功率电磁脉冲注入源波形与残压波形对比图。