PCB防雷设计
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前言 (2)
摘要： (2)
关键词： (2)
缩略词解释 (2)
一.目的 (2)
二.适用范围 (2)
三.引用/参考标准或资料 (2)
四.名词解释 (2)
五.指导书内容及其它 ....................................................................... 错误!未定义书签。
六.附录................................................................................................ 错误!未定义书签。
前言
本规范/指导书由公司研发部发布实施，在研发部内执行, 适用于指导本公司的产品设计开发及相关活动。
摘要：
本指导书介绍了我司产品防雷电路在PCB设计时的注意事项及规则。
关键词：
防雷电路PCB设计
缩略词解释
一. 目的
为了规范公司产品防雷电路的PCB设计，研发电子工艺部和防雷产品开发部共同组织编写了防雷布线设计操作指导书。
二. 适用范围
本指导书主要针对公司产品防雷电路的PCB设计，适用于产品设计中的所有成员，特别包括硬件设计工程师和CAD设计工程师。
本指导书适用于公司所有用Mentor Graphics及Power PCB软件进行防雷电路PCB设计。
本指导书由公司研发部电子工艺部、防雷产品开发部主管或其授权人员，负责解释、维护、发布，研发部QA负责监督执行。
三. 引用/参考标准或资料
[1]. YD/T 1235.1-2002 通信局(站)低压配电系统用电涌保护器技术要求
[2]. YD/T 1235.2-2002 通信局(站)低压配电系统用电涌保护器测试方法
[3]. YD/T 944-2007通信电源设备的防雷技术要求和测试方法
[4]. GB/T 17626.5-1999 电磁兼容试验和测量技术浪涌（冲击）抗扰度试验
[5]. IEC 61643系列标准
四. 名词解释
1、电涌保护器（SPD）
俗称防雷器。
是通过抑制瞬态过电压以及旁路电涌电流来保护设备的一种装置。
它至少含有一个非线性元件，即SPD器件。
2、SPD器件
俗称防雷器件。
是电涌保护器中用以实现抑制瞬态过电压以及旁路电涌电流的非线性元件。
根据其电压电流特性，可分为限压型SPD器件和开关型SPD器件。
3、限压型SPD器件
在无电涌时呈高阻态，但随着电涌的增大，其阻抗不断降低的一种SPD器件。
常用的有压敏电阻器、瞬态抑制二极管（TVS管）等。
4、开关型SPD器件
在无电涌时呈高阻态，但对电涌响应时，其阻抗突变为低阻值的一种SPD器件。
常用的有火花间隙、气体放电管等。
5、开关型SPD器件
在无电涌时呈高阻态，但对电涌响应时，其阻抗突变为低阻值的一种SPD器件。
常用的有火花间隙、气体放电管等。
五．雷电路PCB设计要求：
5．1：器件布局：
5．1．1：所有端口，凡是有防雷器件的，应将防雷器件置于靠近端口处，其后才是其它器件。
5．1．2：应合理布放防雷器件，以满足下述“布线设计”的相关要求。
5．2：布线设计：
5．2．1：防雷电路的PCB走线，应优先放置在表层。
5．2．2：防雷电路的PCB走线，应坚持短、直、宽的原则。
5．2．3：防雷电路的PCB走线，尽可能不通过过孔换层走线；确需换层时，要添加孔径为20MIL的过孔4个及以上。
5．2．4：对于所有按5KA设计的防雷电路，其PCB走线，铜厚为2OZ时线宽不得小于60MIL；铜厚为1OZ 时线宽不得小于80MIL。
5．2．5：对于所有按3KA设计的防雷电路，其PCB走线，铜厚为2OZ时线宽不得小于40MIL；铜厚为1OZ 时线宽不得小于60MIL。
5．2．6：防雷电路处的地线应尽可能的短、粗，且不得小于上述（5．2．4）（5．2．5）要求的线宽。
六．附录
6．1 防雷测试项目简介
目前，我司产品涉及雷电浪涌的测试项目主要有两大类：雷击测试和浪涌测试。
前者采用8/20us 冲击电流进行测试，而后者则采用1.2/50-8/20us混合波进行测试。
根据我司现有的测试资源以及相关
部门间的约定，6kV/3kA 及以下的浪涌测试由EMC 室负责，雷击测试和6kV/3kA 以上的浪涌测试则由防雷试验室负责。
下面仅对雷击测试的相关情况加以简单介绍。
产品的雷击测试一般可按端口划分为：交流电源口雷击测试、直流电源口雷击测试、信号（通信）口雷击测试。
不同产品、不同端口的雷电流幅值要求不尽相同，具体请参见相关产品规格书的要求。
标准的雷击测试波形为8/20us ，其波形图及相关参数如下所示：
视在原点（O 1）：通过冲击电流峰值的10%和90%所画直线与时间坐标轴的相交点；
视在波头时间（T 1）：其值等于冲击电流峰值的10%增加到90%(见图1)所需时间T 的1.25倍； 视在波尾（或半峰值）时间（T 2）：冲击电流视在原点O 1与电流下降到峰值一半的时间间隔。
测试波形的容许偏差为：
峰值 ±10％
视在波头时间
±10％ 视在半峰值时间 ±10％
允许有小的过冲或振荡，但是单个幅值不应超过其峰值的5％。
当电流下降到零后，反极性的振荡幅值不应超过峰值的20％。
6．2 防雷试验室雷击发生器简介
目前，公司防雷试验室有8/20us 冲击电流发生器、1.2/50-8/20us 混合波发生器、10/1000us 冲击电流发生器各一套。
其中10/1000us 冲击电流发生器仅供器件测试，在此不作进一步介绍。
冲击电流发生器是产生冲击电流的试验设备，其主要作用是模拟各种器件、设备以及系统耐受瞬
0图1 冲击电流波形图
态大电流的能力。
8/20μs冲击电流发生器用于产生8/20μs冲击电流，包括一套主回路和一套测量控制系统。
主回路除了发生器本体外，还包括自动接地装置和分压器、罗哥夫斯基线圈等测量单元。
测量控制系统包括电压比较器、可编程控制器、计数器、工控机、示波器等。
8/20μs冲击电流发生器的主要技术指标为：
a．最高充电电压：70kV
b．输出电流波形：8/20μs，容许偏差符合IEC60-1及GB/T 16927.1的有关规定
c．输出电流幅值：10kA～60kA
d．测试精度：测量系统包括分压器、罗哥夫斯基线圈、示波器。
分压器和罗哥夫斯基线圈的方波响应符合IEC60-2及GB/T 16927.2的有关规定。
e．使用条件：
环境温度：15~35℃
相对湿度：45%~75%
电源：220V，50Hz
压缩空气：流量≥0.3m3/min，压力≥0.40Mpa
更多资讯请参见《8/20μs冲击电流发生器（大系统）使用说明书》。
1.2/50-8/20μs混合波发生器除了能产生混合波外，还可用于产生8/20μs冲击电流（10kA以下）。
设备包括一套主回路和一套测量控制系统。
主回路除了发生器本体外，还包括自动接地装置和分压器、分流器等测量单元。
测量控制系统包括电压比较器、可编程控制器、计数器、工控机、示波器等。
1.2/50-8/20μs混合波发生器的主要技术指标为：
a．最高充电电压：20kV
b．输出波形：
1.2/50-8/20μs混合波，容许偏差符合IEC60-1及IEC 61000-4-5的有关规定；
8/20μs冲击电流，容许偏差符合IEC60-1及GB/T 16927.1的有关规定。
c．输出电压/电流幅值：
混合波：最大20kV/10kA；
8/20μs冲击电流：10kA
d．测试精度：测量系统包括分压器、分流器、示波器。
分压器、分流器的方波响应符合IEC60-2及GB/T 16927.2的有关规定。
e．使用条件：
环境温度：15~35℃
相对湿度：45%~75%
电源：220V，50Hz
压缩空气：流量≥0.3m3/min，压力≥0.40Mpa
更多资讯请参见《1.2/50-8/20μs混合波发生器（含小8/20μs冲击电流发生器）使用说明书》。
6．3 雷击测试方法
下面以单相交流电源端口为例，说明其测试方法。
三相交流电源端口、直流电源端口以及信号(通信)端口的测试方法与此类似，不做重复说明。
图2 单相交流电源口的雷击试验电路
试验步骤如下：
a) 试验接线图如图2所示。
b) 进行冲击试验时，待测设备应处于正常工作状态。
c) 开关k1和k2分别放在1，2或3的位置，冲击电流试验波形的极性采用正极性、负极性
各重复试验5次，每次间隔不少于1min。
d) 电流幅值按试品耐雷电标称放电电流确定。
e) 冲击电流试验后，试品应工作正常，通信接口应工作正常。
（试验判据应满足相关产品规
格书的规定）。