一種新型基站防雷電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種新型基站防雷電路，包括直流電源/開關鍵控、高壓陶瓷電容C1、C3、C4、天線、氣體放電管U1、TVS瞬變二級管U2、扼流線圈L1、L3，大功率電感L2，所述的天線、扼流線圈L3、L1、大功率電感L2和TVS瞬變二級管U2經電線依次串聯(lián)后接地；所述U1一端電連接于扼流線圈L1、L3之間，另一端接地；所述C1一端電連接于扼流線圈L1、L3之間，另一端接地；所述C3一端電連接于扼流線圈L1和大功率電感L2之間；所述直流電源/開關鍵控電連接于大功率電感L2、TVS瞬變二級管U2之間；所述C4一端電連接于直流電源/開關鍵控、TVS瞬變二級管U2之間，另一端接地。其能節(jié)省兩顆大功率二極管和PCB布板面積，降低成本的同時，提高防雷可靠性。
【專利說明】一種新型基站防雷電路【技術領域】
[0001]本實用新型涉及移動通信領域，尤其涉及一種新型基站防雷電路。
【背景技術】
[0002]為了保護移動通信基站系統(tǒng)后端電路免受雷擊、強靜電等瞬態(tài)高壓信號的破壞，防雷模塊已成為其不可或缺的組成部分。同時，根據(jù)AISG標準通信協(xié)議，防雷模塊還需要對AISG信號有效傳輸(AISG信號采用2.176M正弦載波，開關鍵控(OOK)調制)。
[0003]目前較為常見的防雷電路采用氣體放電管、去耦電阻、TVS管三級防護架構，其工作原理為:雷擊信號通過天線口進入防雷電路時，由于氣體放電管的響應時間一般為數(shù)百ns,因此，當氣體放電管沒有工作之前，電流信號會通過氣體放電管后續(xù)電路，由于TVS管的響應時間非常迅速，為PS級別，在氣體放電管未工作之前，TVS管承受主要的功率消耗，當氣體放電管工作以后，絕大部分的雷擊電流會通過氣體放電管泄放，以此來達到防雷的目的。[0004]同時，如上文所說，防雷電路還需要實現(xiàn)對AISG信號的有效傳輸。氣體放電管的極間電容為一般小于5pF，這對AISG信號衰減很小，但是TVS管在直流通電情況下，呈現(xiàn)出約千PF的電容效應，此時對AISG信號呈現(xiàn)容抗值為Xc=I/(2 JifC) ^73.2Ω，如此小的電抗單獨并聯(lián)在電路上，對AISG信號無疑是一個破壞性的衰減。為了解決TVS管的電容效應對AISG信號的巨大衰減，目前常見的辦法是在TVS管前面串聯(lián)一個電容效應很小的大功率快速二極管，此快速二極管的在2.176M頻率中呈現(xiàn)的電容效應約為lpF，則此時的總電容C=(C1*C2)/ (Cl+C2)~ lpF，這對AISG信號的衰減可以說是微乎其微；同時，考慮到雷擊保護時，負極性雷擊信號的傳輸，還需要在電路上并聯(lián)一個反向大功率快速二極管。其電路如圖一所示。
[0005]上述常見方法雖然在保證防雷效果的同時，也可以有效的實現(xiàn)對AISG信號的傳輸。但是采用大功率快速二極管會增加成本和PCB布板面積，原則上，多用一個器件，可靠性失效的風險會相應增加。

【發(fā)明內容】

[0006]針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種結構簡單、可靠性高、成本更低的基站防雷電路。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0008]一種新型基站防雷電路，包括直流電源/開關鍵控、高壓陶瓷電容Cl、C3、C4、天線、氣體放電管Ul、TVS瞬變二級管U2、扼流線圈L1、L3，大功率電感L2，
[0009]所述的天線、扼流線圈L3、L1、大功率電感L2和TVS瞬變二級管U2經電線依次串聯(lián)后接地；
[0010]所述的氣體放電管Ul 一端電連接于扼流線圈L1、L3之間，另一端接地；
[0011]所述高壓陶瓷電容Cl 一端電連接于扼流線圈L1、L3之間，另一端接地；[0012]所述高壓陶瓷電容C3 —端電連接于扼流線圈LI和大功率電感L2之間；
[0013]所述直流電源/開關鍵控電連接于大功率電感L2、TVS瞬變二級管U2之間；
[0014]所述高壓陶瓷電容C4 一端電連接于直流電源/開關鍵控、TVS瞬變二級管U2之間，另一端接地。
[0015]作為上述方案的進一步優(yōu)化，所述的扼流線圈LI和大功率電感L2之間設有一去耦電阻R，用以適應10/350us，和10/1000us這種時間較長，能量較大的雷擊信號。
[0016]作為上述方案的進一步優(yōu)化，還包括濾波器和等效電容C2，所述的濾波器(FILTER)、等效電容C2依次串聯(lián)后電連接于天線和扼流線圈L3之間，等效電容的作用為抑制直流電通過，射頻信號可通過。
[0017]作為上述方案的進一步優(yōu)化，所述的扼流線圈LI電感量為45nH?55 nH。
[0018]作為上述方案的進一步優(yōu)化,所述的大功率電感的電流有效值大于5A，最大工作電流為2.3A。
[0019]本實用新型的有益效果主要表現(xiàn)為:既省去了兩顆大功率二極管，又節(jié)省了 PCB布板面積，降低成本的同時，可靠性也得到進一步提高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是現(xiàn)有技術中抵消TVS電容效應電路圖。
[0021]圖2是本實用新型實施例1的防雷電路示意圖。
[0022]圖3是本實用新型實施例2的示意圖。
[0023]圖4中虛線框內是本實用新型中五階低通濾波器示意圖。
[0024]圖5是本實用新型中5階低通濾波器等效原理圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和優(yōu)選實施例對本實用新型作進一步的描述。
[0026]實施例1:如圖2所示，一種新型基站防雷電路，包括直流電源/開關鍵控(00K/00、高壓陶瓷電容(:1工3、(:4、天線(ANT)、氣體放電管U1、TVS瞬變二級管U2、扼流線圈L1、L3、大功率電感L2、濾波器(FILTER)和等效電容C2，
[0027]所述的天線、扼流線圈L3、L1、大功率電感L2和TVS瞬變二級管U2經電線依次串聯(lián)后接地；
[0028]所述的氣體放電管Ul 一端電連接于扼流線圈L1、L3之間，另一端接地；
[0029]所述高壓陶瓷電容Cl 一端電連接于扼流線圈L1、L3之間，另一端接地；
[0030]所述高壓陶瓷電容C3 —端電連接于扼流線圈LI和大功率電感L2之間；
[0031]所述直流電源/開關鍵控電連接于大功率電感L2、TVS瞬變二級管U2之間；
[0032]所述高壓陶瓷電容C4 一端電連接于直流電源/開關鍵控、TVS瞬變二級管U2之間，另一端接地；
[0033]所述的濾波器、等效電容C2依次串聯(lián)后電連接于天線和扼流線圈L3之間；所述的扼流線圈LI電感量為50 nH左右；所述的大功率電感的電流有效值大于5A，最大工作電流為 2.3A。
[0034]在本實施例中，避開了思維定勢，與現(xiàn)有技術相反，并沒有去注重如何抵消TVS管的電容效應，而是利用該電容效應，搭建一個2.176 M的五階低通濾波器，從而既簡單又高效的實現(xiàn)防雷和傳輸AISG信號的功能。AISG協(xié)議要求直流供電電壓范圍為12?30V，該實施例采用某知名系統(tǒng)集成商的一款應用平臺，DC直流電為12V，2.176 M通道的差損〈ldB，回損<-10dB，防雷要求為8/20us，8KA，殘壓要求〈30V。
[0035]本實施例的電路原理圖如圖二所示。
[0036]其中Ul為貼片氣體放電管(O)T)，型號為2RP090M-8S，20KA ；
[0037]Cl為100PF/1000V陶瓷電容，主要作用為配合L3 3圈繞線線圈抑制濾波器射頻信號，減少Bias-T電路對濾波器造成的影響，同時為2.176MHz信號的匹配電路的組成部分；
[0038]LI為6圈繞線扼流線圈，電感量為50nH左右。主要作用為通直流和OOK信號，并提高電路對濾波器射頻信號的抑制；
[0039]L2為PB03316大功率貼片電感，感值為3.3uH，電流有效值(Irms)>5A，滿足最大工作電流2.3A，要求主要作用為對雷擊電流信號的通過進行有效的延緩，承受部分雷擊功率，同時為2.176MHz信號的匹配電路的組成部分；
[0040]C3為1000PF/1000V陶瓷電容，為2.176MHz信號的匹配電路的組成部分；
[0041]U2為TVS瞬變二極管，型號為SMCJ16A (1500W)，主要作用為對雷擊殘壓進行限制，保護后續(xù)電路的正常工作，同時也為2.176MHz信號的匹配電路的組成部分。在本實施例中，防雷電路的原理與常見電路同樣采用了氣體放電管和TVS管組合進行防護。
[0042]本實施例的防雷部分，為⑶T+功率電感+TVS管三級防雷模式。
[0043]8/20US沖擊電流為雷擊時線纜上產生的感應過電流模擬波形，雷擊信號通過天線口進入Bias-T防雷電路時，由于氣體放電管的響應時間一般為數(shù)百ns，沖擊擊穿電壓一般大于600V，因此，當氣體放電管沒有工作之前，電流信號會通過氣體放電管后續(xù)電路，該實施例采用3.3uH功率電感替代常規(guī)的功率去耦水泥電阻，一方面，雷擊電流信號為一個急速變化的信號，功率電感會產生一個反向電動勢抑制雷擊電流的通過，相當于起到一個延遲電路的作用，另一方面，功率電感本身也有一定的內阻，與去耦電阻一樣也會起到承受部分電流功率的作用，末級防雷電路采用一個1500W的單向TVS管SMCJ16A，由于TVS管的響應時間非常迅速，為PS級別，在氣體放電管未工作之前，TVS管承受主要的功率消耗，而在us級的瞬間里，該TVS管可以承受超過IOKW以上的瞬態(tài)功率。當氣體放電管工作以后，絕大部分的雷擊電流會通過氣體放電管泄放，這時，TVS起到一個殘壓限制的作用，該實施例選用的TVS管SMCJ16A鉗位電壓為24V左右，滿足殘壓小于30V的指標要求。
[0044]2.176 M信號通過性的工作原理:由于TVS管在直流電下呈現(xiàn)的電容為千PF級另O，對載波頻率為2.176M的AISG信號來說是一個很大的衰減，現(xiàn)有技術方案采用大功率二極管來抵消TVS的電容效應，該方案成本高，PCB布板面積大，本實施例在不增加大功率二極管和PCB布板面積的基礎上，利用現(xiàn)有防雷部分的元件，采用低通濾波器的方式來實現(xiàn)
2.176M信號的導通，成本和可靠性上均比現(xiàn)有的技術方案有優(yōu)勢。
[0045]圖2中的Cl，LI，C3，L2，U2構成一個五階的低通濾波器，如圖4所示。其等效原理圖如圖5所示。
[0046]實施例2:
[0047]由于8/20us相對來說，為一個比較短暫的雷擊電流波形，如果涉及到10/350us，和lO/lOOOus這種時間較長，能量較大的雷擊信號，則需要實施例1的基礎上，在大功率電感L2前面增加一個適合的去耦電阻R，以起到一個更好的保護作用，其電路原理圖如圖3所
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[0048]從實施例1和2可知，本實用新型適用防雷標準波形包括:8/20us，10/350us，lO/lOOOus。另外，防雷等級可以根據(jù)不同的要求采用不同的器件靈活配置。
[0049]上面結合附圖對本實用新型優(yōu)選實施方式作了詳細說明，但是本實用新型不限于上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本實用新型宗旨的前提下做出各種變化。
[0050]不脫離本實用新型的構思和范圍可以做出許多其他改變和改型。應當理解，本實用新型不限于特定的實施方式，本實用新型的范圍由所附權利要求限定。
【權利要求】
1.一種新型基站防雷電路，其特征在于，包括直流電源/開關鍵控、高壓陶瓷電容Cl、C3、C4、天線、氣體放電管Ul、TVS瞬變二級管U2、扼流線圈L1、L3，大功率電感L2， 所述的天線、扼流線圈L3、L1、大功率電感L2和TVS瞬變二級管U2經電線依次串聯(lián)后接地； 所述的氣體放電管Ul —端電連接于扼流線圈L1、L3之間，另一端接地； 所述高壓陶瓷電容Cl 一端電連接于扼流線圈L1、L3之間，另一端接地； 所述高壓陶瓷電容C3 —端電連接于扼流線圈LI和大功率電感L2之間； 所述直流電源/開關鍵控電連接于大功率電感L2、TVS瞬變二級管U2之間； 所述高壓陶瓷電容C4 一端電連接于直流電源/開關鍵控、TVS瞬變二級管U2之間，另一端接地。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種新型基站防雷電路，其特征在于，所述的扼流線圈LI和大功率電感L2之間設有一去耦電阻R。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種新型基站防雷電路，其特征在于，還包括濾波器和等效電容C2，所述的濾波器、等效電容C2依次串聯(lián)后電連接于天線和扼流線圈L3之間。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種新型基站防雷電路，其特征在于，所述的扼流線圈LI電感量為45nH?55 nH。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種新型基站防雷電路，其特征在于，所述的大功率電感的電流有效值大于5A，最大工作電流為2.3A。
【文檔編號】H02H9/06GK203491692SQ201320606937
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權日:2013年9月30日
【發(fā)明者】張偉生 申請人:邁特通信設備（蘇州）有限公司