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摘要：当前，电力已经融入生产生活的方方面面，因此，电网的安全、稳定运行就显得尤为重要。在电网运行过程中，影响电网安全性与稳定性的因素较多，包括线路搭建、传输设备等等，同时随着各类电子设备的广泛应用，电子设备的可靠性也成为了影响电网安全稳定运行的重要因素之一。当电子线路中出现过电压时，不仅可能导致电子设备损毁，同时还可能导致电网传输中断，因此，设计电子线路多级过电压保护电路极有必要。本文简要阐述设计电子线路多级过电压保护电路的必要性，阐述电子设备中过电压干扰的来源，并具体研究电子线路多级过电压保护电路设计。
关键词：过电压；保护电路；电子线路；必要性分析
当电子线路中出现过电压时，会使电子设备产生叠加的过电压，轻则影响电子设备的正常运行，重则会导致电子设备电源损毁，危害性极大。虽然大多数过电压一般持续的时间很短，且幅值相对较小，对系统不会造成明显损害，但一旦过电压幅值过大，就会引发事故，从而造成严重后果。为了保护电子设备，提升其可靠性与安全性，避免过电压对电子设备以及电网造成不良影响，在电子线路中必须采取过电压保护措施。
1.设计电子线路多级过电压保护电路的必要性分析
电子线路中，传统过电压保护的方法虽然较多，但是都不同程度存在局限性，按照电路类型来分，有单独设置过电压保护的，也有与过电流、欠电压配合设置的；按照元器件来分，有晶体管、集成电路，还有采用继电器与晶闸管作为电子开关的保护装置。目前，采用集成电路实现过电压保护的方式应用较为广泛，尤其是关于多路稳压电源过电压保护，效果相对较好。总体而言，虽然在电子线路及电力系统中有防雷击和过电压的二次设备保护设施，但是根据历史统计分析资料，在雷击损坏设备的事故中，有70%以上是从供电线路侵入的。因此，对电源供电线路实施多级防雷和防过电压是电子设备及整个系统防护的重要环节[1]。当电波动较大时，若在电子设备的电源电路中设置过电压保护电路，一方面可以避免电子设备电源遭到损毁，一方面还可以增强电子设备适应外界环境的能力，提升电子设备运行的稳定性与安全性。
2.电子设备中过电压干扰的来源
电子设备中过电压干扰的来源主要是雷电过电压与电力网络中的操作过电压两种，电网中的操作过电压主要通过与电子设备外配电网相连接的电源侵入，进而对电子设备造成干扰。雷电过电压对电子设备造成干扰的途径有三种：其一是雷电直击避雷系统，雷电流通过建筑内部结构中的钢筋或者其他金属管线泻放至大地，当雷电流经过钢筋或者金属管线时，会对电子设备造成过电压干扰[2]。雷电流还会导致建筑接地装置地电位明显升高，对室内的电子设备也会造成影响。其二是雷电直击连接电子设备的导线，比如信号线、电源线等，此时会在导线上形成雷电过电压；或者雷电直击导线周围大地或者其他物体，导线上会出现感应雷电过电压，两种情况都会电子设备造成影响[3]。其三是雷电直击建筑周围其他物体，如树木、大地等，雷电电磁脉冲通过空间辐射的形式穿透建筑物屏蔽体，进而对电子设备造成过影响。
通常情况下，相较于电气设备，电子设备更容易受到过电压影响，电子设备元件的耐压水平较低，且其信号线或者电源线都可以导入过电压，因此，在电子线路中必须要设计多级过电压保护电路，从而降低过电压对电子设备的影响。
3.电子线路多级过电压保护电路设计
3.1过电压监测线路设计
过电压如果不得到有效控制，会严重影响电子设备的正常运行，甚至导致电子设备损毁，而要有效控制过电压的影响，首先要了解过电压的各种特性，比如持续时间、过电压幅值等，最为直接的方式就是对过电压进行监测。
多级过电压保护电路的基本原理是在过电压出现的瞬间，过电压监测电路检测到过电压信号，并完成信号传输，最后由保护电路发挥保护作用。过电压监测线路的设计中，关键性的元件是电流互感器与压敏电阻，当过电压监测线路发现过电压信号时，压敏电阻承受电压会超过额定电压，进而被击穿，此时电路处于低阻值甚至是短路的状态。同时由于过电压的影响，在电流互感器原级会产生一个大电流，在电流互感器副级会产生一个小电流，精密电阻会将电流信号转化为电压信号，电压信号经过电压比较器时，电压比较器会输出高电平，脉冲会控制电源回路断开，同时启用备用电源。这样不仅可以保护电源电路，并且备用电源的启用也能有效保障电子设备正常运行，不会造成其他影响。
3.2电子线路多级过电压保护电路设计
电子线路在雷击电流的影响下，会产生电压浪涌电压，这对电子线路以及电子设备会造成极大的冲击，直接影响电子线路与电子设备的正常运行。要解决浪涌电压的问题，一方面要合理布置电子线路，一方面要设计吸收电路，对电子线路形成保护[4]。在设计方面，一般采用的是IGBT缓冲过电压保护电路，但是这种电路在设计过程中需要考虑电路当中寄生电感的影响，对于电路布局要求较高，合理布局才能限制电路当中寄生电感和缓冲电容造成的回路震荡，因此，在设计时一方面要注意控制电路当中的寄生电感，一方面要注意简化电路结构[5]。
鉴于IGBT缓冲过电压保护电路的局限性，本文主要研究运用D触发器以及逻辑门等数字元件设计多级过电压保护电路。保护电路由2个单级过电压保护电路构成，每个单级过电压保护电路由比较器、双稳记忆电路、逻辑控制电路以及报警显示器构成。多级过电压保护电路的基本工作原理时：当电源正常运行时，输入比较器同相端电压低于额定保护电压，输入比较器输出低电平，因此，D触发器会保持原本状态，逻辑门输出低电平，报警显示器不发出报警信号，电子线路正常运行。当输入比较器同相端电压超过额定保护电压时，输入比较器会输出高电平，此时D触发器的状态表发生变化，逻辑门输出高电平，报警显示器发出报警信号，脉冲输出会被封锁，若整流桥没有处罚脉冲，整个电子线路就会直接停止运行，进而实现对电子线路的过电压保护。这种设计的优势在于不必考虑电子线路当中的寄生电感，电路结构也比较简单，并且实现了树枝电子技术与电力电子技术的结合，保护电路的可靠性、林敏度较高。
结语
综上所述，设计电子线路多级过电压保护线路可以有效确保电子线路安全运行，避免过电压对线路或者相关电子设备造成干扰或者损毁。本文所设计的保护电路结构较传统保护电路更为简单，但是灵敏度与可靠性更高，成本也较低，具有较高的实用价值。
参考文献：
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