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防雷产品优化设计中价值工程的应用
来源:远华伟业 | 作者:futurewa | 发布时间 :2020-01-08 | 4569 次浏览: | 分享到:
价值工程的目的是以最低的寿命周期费用,可靠地实现产品必要的功能。功能分析是价值工程的核心。

因此,可以通过测量MOV和TVS两端的电压U1和U2,算出电阻R的电压,通过欧姆定律I=U/R算出流过TVS的电流I2,从而求出在不同冲击电流下流过TVS的最大电流。

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图3 组合型SPD的电路原理图
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图4 流过采样电阻的电流和电压关系

对组合电路分别冲击3kA、5kA、10kA、15kA、20kA这5组电流,用示波器分别采集退耦电阻为50mΩ和100mΩ时流过TVS的电流。结果发现,当增加退耦电阻的阻抗时,TVS分配到的电流减小。按照设计方案,当退耦电阻为50mΩ时,冲击20kA电流,TVS分配的电流最大为3.92kA;而当退耦电阻为100mΩ时,冲击20kA电流,TVS分配的电流最大只有2.76kA。

将TVS的静态电压由设计方案的270V降到240V,冲击同样5组电流,结果发现,在退耦电阻不变的情况下,静态电压越高,TVS分配到的电流越少。如图5所示,在5组冲击电流下,当退耦电阻为100mΩ时,静态电压为270V的TVS分配的电流均小于静态电压为240V TVS分配的电流。

3.2 有无退耦时MOV与TVS响应与配合验证

在MOV与TVS之间没有退耦电阻的情况下,当冲击电流为20kA时,TVS静态出现异常,说明有过载的可能性。通过测试波形图可以发现,如果没有退耦电阻,TVS就会首先响应,SPD的残压表现为TVS的最高点的转折电压,如图6所示。

当有退耦电阻时,前面的测试已经证明MOV与TVS可以满足能量协调要求,通过TVS的电流小于5kA,且MOV会首先响应,SPD的残压表现为MOV的最大残压,3kA下的残压小于600V,如图7所示。

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图5 退耦电阻和静态电压对TVS分流的影
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图6 没有退耦电阻时雷电冲击的响应特性
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图7 有退耦电阻时雷电冲击的响应特性

以上测试证明,MOV与TVS并联使用时必须加退耦电阻,否则TVS可能会过载,期望通过TVS实现低残压的目的是无法达到的。测试证明,TVS对于SPD的残压没有任何贡献,残压主要表现为MOV的残压。因此,该设计方案中的TVS属于低价值的功能,可将该TVS省去。如果必须保留TVS,那么可以用通流为6kA的TVS来替代10kA的TVS,这样可使TVS模块盒的成本下降79.5%,整个SPD的成本下降57.29%,价值工程之后产品成本的比例分析如图8所示。

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