雷击和静电保护

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tion: widow-orphan" class="MsoNormal" align="left">随着电子技术的不断进步, 人们对电子产品的雷击和静电防护的要求越来越高, 顾客对产品的可靠性和是否符合安全标准越来越关注, 对设计工程师来讲, 如何对应不同的情况使用不同的防雷和防静电的器件, 是一个重要的课题。

在即将于4月9日在深圳会展中心牡丹厅举行的第四届电路保护和电磁兼容研讨会上（立即注册预订坐席：http://www.cntronics.com/public/seminar/emc），全球电路保护的领军厂商Littelfuse的专家将在研讨会上进行雷击和静电保护的专题讲座。

根据统计，地球每一秒钟就有100多次闪电，每次闪电产生的能量可供一个100瓦的灯泡点亮3个月；在雨季，平均每6分钟就有一个人被雷电击中；每年有成千上万的人因雷电击中而丧伤，还有大片的森林因雷电击中而起火烧毁，雷电还经常使高压电网、以及通信出现故障，使城市供电和通信中断，引起城市交通失控出现混乱；连英国的白金汉宫也曾遭受过雷电严重破坏，上个世纪50年代，白金汉宫就是因一块窗帘布被雷电击中而起火燃烧；上海电视台平均每年要遭受33次大的雷击，每次雷击都会使电子设备遭受不同程度的损坏；1992年6月22日，北京国家气象中心多台计算机接口因感应雷击被毁，损失二仟多万元；1992年8月23日，赣州市60%的有线电视和50%闭路电视遭受过雷击，其中91台电视机因感应雷击而毁于一旦；2006年6月9日，南韩一架大型客机在空中遭受雷击，头部解体脱落，幸好没有人员伤亡。

很多人都不清楚，地球也是一个带电体。根据实验测试，在地球表面存在一个垂直向下的稳定电场，电场强度E约为100伏/米，场强的大小随高度的增加而减弱。另外，根据实验测试，在地面附近大气的电导率σ0约为3×10-14西蒙/米，且随高度的增加而增加。

前面已经指出，地球平均每一秒钟有100多次闪电，而闪电也是一个放电过程，由此可知，原来每秒中流进地球1.4×103安培的电流就是用来打雷放电的。如果地球不经常打雷放电，试想，地球电位正好是每秒要增加1.4×103伏特，一小时后地球电位就可以增加到500多万伏，一天之后地球电位又会增加到12000多万伏，这是一个多么巨大的数字，在此电场强度之下，任何东西都可能会被击穿。所以，地球时时刻刻都在放电才应该是正常的。

防止雷电的最有效方法就是静电屏蔽，例如，高压电网为了避免雷击，除了电线塔的高度要求比高压电网线的高度高之外，在高压电网线的最上面还要设置一根屏蔽线，这根屏蔽线通过电线塔与大地连接。当遇到打雷时，屏蔽线首先与雷电接触，把产生雷电物体（云）的电荷通过屏蔽线，再经电线塔传入大地而被释放掉。避雷针也是这个道理，在物体的高处安装针状导体，并把它连接到大地，把空中带电物体（云）的电荷通过避雷针放电引入大地，以降低带电物体（云）对其它物体或人体感应产生放电的机会。还有，在高速公路两旁安装电线竿也是一种保护人类免遭雷击的有效方法。

除了屏蔽可以防止雷击以外，很多贵重电器设备还需要对雷电感应进行保护，因为，当雷电击中某个建筑物的机房，或某个供电设备的时候，瞬间几十万安培以上的电流通过这些建筑物或设备，也会对周围几十米范围内的电器设备产生电磁感应，使周围的电线或设备，不管是否与雷击物体直接接触或不接触，都会通过电磁感应产生高压脉冲，很容易把电器设备中的电子器件击穿损坏。因此，对那些与长电缆线连接的设备，如：电话机、传真机、电视机等，对它们进行过压保护还是必要的。目前，避免电器设备遭受雷击或雷电感应产生高压脉冲击穿损坏的最有效的方法，还是用放电管和压敏电阻。

对于交流供电系统设备的防雷，一般都是用压敏电阻跨接于电源线与地线之间，用于对雷电感应高压电脉冲进行放电，避免设备被高压电脉冲击穿损坏；而小电器设备或器件防雷电击穿损坏，可选用放电管或压敏二极管，也可以选用压敏电阻等跨接于输入线与大地之间，例如，一般家中的电话插座以及有线电视插座内部都应该连接一个或两个放电管到大地。放电管的工作原理是在玻璃管或陶瓷管中注入惰性气体，惰性气体平时不导电，当电场强度强到一定的时候，惰性气体开始电离导电；压敏二极管和压敏电阻的工作原理与稳压管的工作原理很接近，平时也不导电，当电压超过一定值后，压敏二极管或压敏电阻就击穿导通，不过这种击穿是可以恢复的。

从原理上说，绝对不带电的物体是不存在的，任何物体都会不知不觉地就会带上电。每种物质都有一个代表自己性质的位能，两种不同性质的物体靠近在一起就会产生“接点电位差”。当两种不同性质的物体接触在一起时，这两种物质在其体内就要对电荷进行重新分布，使物体保持电中性，例如：P型半导体与N型半导体互相接触，在两物体的交界处就会产生PN结，在PN结内部会产生一个空间电荷区，这个空间电荷区的产生，必然要进一步使P型半导体和N型半导体——两个物体的内部都要对电荷进行重新分布。这时，如果再把两个物体分开，两个物体都将会带电，一个带正电，另一个带负电。

物体带电，相当于自身的位能增加或降低了，若带电物体再次与其它不同性质的带电物体接触后又分开，两带电物体又会带上更多的电荷，即：位能在不断增加或降低，静电感应发电机就是根据这个原理制造的。

在两个用有机玻璃材料做成的轮子上，按等分距离把两种不同性质的条状金属片，分别镶在两个有机玻璃轮子某一则的表面之中，相当于金属片一面绝缘，一面暴露。然后，把两个镶有条状金属片的有机玻璃轮子的绝缘面互相靠在一起，并按相反方向转动，两个轮子上不同性质金属片将互相感应带电，同时也使两个有机玻璃轮子局部极化带电，两个有机玻璃轮子上的金属片每对上一次，通过静电感应，一个金属片的电位会继续升高，而另一个却要降低。这样，两边金属片上积累的电荷将越来越多，最后，可以分别用两个金属毛刷把金属片上积累的电荷收集到莱顿瓶中（用玻璃瓶做成的电容器），当莱顿瓶中积累的电荷达到一定的数量后，即：电压超过某个值后，莱顿瓶的两个电极开始放电，并产生火光及响声。

冬天人们走在地毯上也经常会发现，当手突然碰到楼梯金属扶手的时候，会感到手被麻电，这也是因为人体穿的皮鞋与地毯摩擦产生带电，然后传到人的身体上。其实人体带电一般自己是没有感觉的，哪怕人体带上几万伏的电压，一般人体也没有感觉，只有带电人体与其它物体接触产生放电时才会感觉麻电。例如：在冬天没有灯光的夜里，人们脱尼龙衫或毛线衣的时候，会发现衣服之间有蓝色火光，并且还伴随着啪、啪、啪的放电声，这证明衣服已经带上非常高的电压。

在电子设备中，由于MOS电路的阻抗很大，而其电容非常小，因此，只要带电体产生很小能量的电荷转移，或静电感应，就能把MOS电路击穿。因此，在生产或调试含MOS电路的电子设备的时候，要注意静电感应和工作人员的身体不能带电。在没有采取任何措施的情况下，人体一般都带有几十伏甚至数百伏的静电电压，当人手触及还没有接入电路中的IC时，很容易会把IC击穿。对还没有使用的IC保存或者包装也要注意静电感应，最好把IC保存在金属盒或具有防止静电感应的塑料盒内。防静电感应塑料一般都是在塑料中混入导电物质。

Littelfuse积累80多年的电路保护专业知识,不断开发满足客户特殊需求的创新电路保护解决方案，提供全面的产品技术组合，今天Littelfuse的产品组合已包括通孔及表面貼装保险丝丶硅控保护列阵（SPA）丶TVS二极体丶PLED（用于LED照明应用的新产品，能够确保LED长寿命和阵列的可靠性）丶PulseGuard?静电放电抑制器丶晶闸管丶可恢复保险丝（PTCs）丶压敏电阻丶气体放电管（GDTs）丶SIDACtor?等；全是国内的电子丶电信丶汽车丶电力与工业设备制造商不可或缺的重要元件。

在即将于4月9日在深圳会展中心举行的第四届电路保护和电磁兼容研讨会上，Littelfuse的中国华南区技术支持工程师蒋浩峰先生将从策略性的角度分析如何应用电路保护器件以达到最好的效果。这部分会涵盖短路器器件(SIDACtor)到嵌位器件(TVS Diode, MOV)以及ESD硅保护阵列。（立即注册预订坐席：http://www.cntronics.com/public/seminar/emc）

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