智能家居瞬态干扰的防护

　

摘要：文章结合我国居民生活水平不断提高的现状，阐述了现代住宅中智能家居系统对瞬态干扰防护的必要性，论述了智能家居系统的主要干扰途径及其抑制措施。

关键词：智能家居 瞬态干扰 干扰途径 抑制措施
1 智能家居系统瞬态干扰防护的必要性
　　 瞬态干扰指交流电网上出现的浪涌电压、振铃电压、火花放电等瞬间干扰信号，其特点是作用时间极短，但电压幅度高、瞬态能量大。瞬态干扰会造成控制系统的电源电压的波动；当瞬态电压叠加在控制系统的输入电压上，使输入智能家居系统的电压超过系统内部器件的极限电压时，便会损坏智能家居系统内部的设备，因此必须采用抑制措施。
　　 静电放电（ＥＳＤ）和电快速瞬变脉冲群（ＥＦＴ）对智能家居系统会产生不同程度的危害。静电放电在５～２００ＭＨｚ的频率范围内产生强烈的射频辐射。此辐射能量的峰值经常在３５～４５ＭＨｚ之间发生自激振荡。许多信息传输电缆的谐振频率也通常在这个频率范围内，结果电缆中便串入了大量的静电放电辐射能量。电快速瞬变脉冲群也产生相当强的辐射发射，从而耦合到电缆和机壳线路。当电缆暴露在４～８ｋＶ静电放电环境中时，信息传输电缆终端负载上可以测量到的感应电压可达到６００Ｖ，这个电压远远超出了典型数字电子设备的限电压值０．４Ｖ，典型的感应脉冲持续时间大约为４００纳秒。
　　 家居电子设备在使用中经常会遇到意外的电压瞬变和浪涌，从而导致电子设备的损坏，损坏的原因是电子设备中的半导体器件（包括二极管、晶体管、可控硅和集成电路等）被烧毁或击穿。据统计，电子设备的故障有７５％是由于瞬变和浪涌造成的。电压的瞬变和浪涌无处不在，电网、雷击、爆破，就连人在地毯上行走都会产生上万伏的静电感应电压，这些都是电子设备的隐形杀手。因此，为了提高电子设备的可靠性和人体自身的安全性，必须对电压瞬变和浪涌采取防护措施。
1.1 家居电子设备防电压瞬变浪涌要求
1.1.1耐压要求
　　 当瞬间电压超过电子设备的绝缘耐压值时，其安全性能会降低，甚至被毁。因而电子设备的瞬间过电压应该小于其绝缘耐压值，正常的工作电压应小于保护电压。
1.1.2 过流保护要求
　　 电子设备的过流能力一般设计为额定电流的１．５～２倍，以此为标准选择电子元器件。如额定电流为０．２２ Ａ的计算机其最大过流能力约为０．４５Ａ，当电流大于该值时，电子设备所选用的电子元器件将会烧坏而无法正常工作，因而应该保证到达电子设备的瞬间过电流小于其额定电流的１．５～２倍。
1.1.3 动态响应时间的要求
　　 电子设备在设计过程中已经采用了许多保护器件，如快熔器、压敏电阻、空气开关、继电保护器件等，每种保护器件都有特有的动态响应时间（如空气开关、继电保护器件其动态响应时间约在２００ｍｓ左右），而每种电子设备也有其保护响应时间，因而流过电子设备的浪涌瞬态时间应该大于电子设备的动态响应时间，避免保护器件来不及响应而使浪涌通过电子设备。
1.1.4 接地保护要求
　　 电子设备在安装时，应做到良好接地，否则雷电所产生的浪涌能量将不能有效地对地泄放而击毁器件。接地线在瞬间遭受浪涌以电感方式存在，其典型值为１μＨ／ｍ，接地线上的压降为Ｕ１＝Ｌ×ｄｉ／ｄｔ。对于１．５ｍ长的接地线Ｌ≈１．５μＨ，雷电在瞬间（如１００μｓ）产生的几百安培（５００Ａ）浪涌脉冲，其ｄｉ／ｄｔ＝５×１０６Ａ／ｓ，此时接地线上的压降Ｕ１＝Ｌ×ｄｉ／ｄｔ＝１．５×１０－６×５×１０６＝７．５Ｖ，设备将承受５００Ａ×７．５Ｖ＝３７５０Ｗ的浪涌能量，该能量将可能损伤或毁坏大部分电子设备。因此，对电子设备作可靠的接地保护，能使到达电子设备外壳的电压较小，起到安全保护的作用。但仅作接地保护是远远不够的，还必须加装浪涌保护装置。因为，外界侵入的浪涌能量将首先通过电子设备再对地泄放，这样流经电子设备的浪涌电流基本不变，其能量有可能很大，电子设备仍有可能被损坏，因此接地保护对于电子设备而言只能是一种辅助性保护。

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