電子通訊設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)

朱振業(yè)

摘 要

進(jìn)入21世紀(jì)以后，我國電子通訊行業(yè)發(fā)展突飛猛進(jìn)，市場(chǎng)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力與需求越來越大，設(shè)備的更新?lián)Q代頻率也在不斷加快。在這種背景下，電子通訊設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)就成為關(guān)鍵，如何才能確保電子通訊設(shè)備在更加安全的技術(shù)環(huán)境下良好運(yùn)營發(fā)展，本文將以電子通訊設(shè)備的雷擊浪涌可靠性保護(hù)設(shè)計(jì)為主展開論述。

【關(guān)鍵詞】電子通訊設(shè)備 可靠性設(shè)計(jì) 雷擊浪涌保護(hù) 技術(shù)分析

目前，電子通訊設(shè)備的種類正在不斷增多，它們都對(duì)電子設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量及維護(hù)質(zhì)量提出更高要求，考慮到電子通訊設(shè)備體系結(jié)構(gòu)較為精密脆弱，所以對(duì)它的可靠性設(shè)計(jì)必須基于多方面考慮，提出科學(xué)的可靠性設(shè)計(jì)策略。

1 電子通訊設(shè)備的雷擊浪涌可靠性保護(hù)技術(shù)設(shè)計(jì)

1.1 雷電浪涌效應(yīng)對(duì)電子通訊設(shè)備的危害概述

通常情況下，電子通訊設(shè)備非常忌憚雷擊浪涌效應(yīng)，因?yàn)樗麜?huì)為設(shè)備及相關(guān)建筑物、信號(hào)電纜、輸電線路以及操作人員本身帶來極大傷害，直接導(dǎo)致設(shè)備故障通訊中斷甚至將設(shè)備燒毀，造成財(cái)產(chǎn)乃至人身生命損失。具體來講，雷電浪涌能夠?qū)Y(jié)構(gòu)物、建筑物直接放電，這會(huì)嚴(yán)重影響到電子通訊設(shè)備，其快速上升及大幅值的電流脈沖會(huì)形成高電壓進(jìn)而對(duì)放電點(diǎn)物體造成毀滅性打擊。由于雷電流變化率相當(dāng)之大，所以可能會(huì)在設(shè)備鄰近導(dǎo)體上產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁感應(yīng)電壓，它會(huì)直接侵襲電子通訊設(shè)備架空線路與地下電纜附屬設(shè)備。例如閃電所產(chǎn)生的雷電電磁脈沖LEMP就會(huì)嚴(yán)重干擾電子通訊設(shè)備的正常工作運(yùn)行，還會(huì)造成電子通訊設(shè)備中絕緣體元器件的擊穿與參數(shù)劣化，最終導(dǎo)致元器件失效，設(shè)備癱瘓。為了減少雷擊浪涌效應(yīng)所帶來的巨大損失，必須對(duì)電子通訊設(shè)備進(jìn)行雷擊浪涌可靠性保護(hù)技術(shù)設(shè)計(jì)。

1.2 電子通訊設(shè)備對(duì)雷擊浪涌可靠性保護(hù)設(shè)計(jì)的基本要求提出

電子通訊設(shè)備針對(duì)雷擊浪涌進(jìn)行可靠性保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)要遵循以下4點(diǎn)要求：

（1）因?yàn)殡娮油ㄓ嵲O(shè)備的外連線與接口線都是容易遭受雷擊的危險(xiǎn)區(qū)，所以要對(duì)諸如接口線、中繼線、天饋線等等部位實(shí)施優(yōu)先雷擊保護(hù)。

（2）要充分考慮雷擊效應(yīng)瞬間所產(chǎn)生的電流電壓過大問題，因此針對(duì)電子通訊設(shè)備的防雷設(shè)備千萬不能采用系統(tǒng)工作地線來作為雷電流泄放通道接線，應(yīng)該采用專門的防雷地線與保護(hù)地線。

（3）在針對(duì)較大的電子通訊設(shè)備時(shí)，應(yīng)該用接地線分別將保護(hù)地、工作地與機(jī)殼共同連接引導(dǎo)到接地匯集線位置。而如果是較小的電子通訊設(shè)備，則要考慮將上述3者相連專門用地線將他們引導(dǎo)至接地匯集線方面。

（4）接地匯集線方面必須遵循接地線引入線就近原則來與地網(wǎng)相互連接，因此電子通訊設(shè)備機(jī)房在接地引入線選擇方面必須采用大于60mm×6mm且截面面積大于150mm2的鍍鋅扁鋼或多股銅導(dǎo)線，需要注意的是，銅導(dǎo)線與扁鋼的連接處應(yīng)該采用氣焊焊接的方式。

1.3 基于雷擊浪涌保護(hù)可靠性的設(shè)計(jì)技術(shù)方案

一般來說，基于雷擊浪涌效應(yīng)保護(hù)的可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)方案主要要借助電子設(shè)備重要接口，利用二級(jí)保護(hù)措施來保護(hù)設(shè)備本身。以設(shè)計(jì)技術(shù)方案來看，它必須圍繞3種器件來實(shí)現(xiàn)保護(hù)體系構(gòu)建，它們分別為正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC、瞬態(tài)電壓抑制器TVS以及鉗位二極管。

首先說正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC，它又叫做自復(fù)保險(xiǎn)絲，對(duì)它的選擇應(yīng)該基于設(shè)備線路平均工作電流及工作電壓來選擇。通常PTC的環(huán)境溫度選擇應(yīng)該20～22℃為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，如果設(shè)備內(nèi)部溫度超出這一范圍，就要通過降低電流并配合電流折減率來表示。通常情況下它會(huì)通過電子通訊設(shè)備內(nèi)部最高溫度來檢查電流折減率，最后計(jì)算設(shè)備的額定電流計(jì)算值：

IU=1/電流折減率

在選擇PTC時(shí)，應(yīng)該先模擬用戶電路平均工作電流和工作電壓，保證設(shè)備內(nèi)部最高溫度控制在60～65℃左右。具體來講，PTC熱敏電阻的選擇步驟分為以下兩步：

第一步，要確定電子通訊設(shè)備內(nèi)部線路電壓，并考慮設(shè)備的供電線直接接觸問題，可以工作電壓在60～250V范圍的TR系列PTC，保證元器件在環(huán)境溫度60℃，電流折減率在64%的環(huán)境下工作。

第二步，計(jì)算它的額定電流計(jì)算值（利用上式IU=1/電流折減率），最后在TR系列中選出具體的適合于電子通訊設(shè)備的元器件型號(hào)。

最后在TVS的選擇上，要率先考慮SLIC的饋電電壓V晴電和它的鈴流發(fā)生器峰值電壓v，在此基礎(chǔ)上再實(shí)施有效保護(hù)措施，一般都會(huì)采取兩級(jí)Tvs，并同時(shí)保證兩級(jí)Tvs的截止電壓不同。在可靠性保護(hù)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)置Tvs1和Tvs2的截止電壓分別為vNM1和vNM2，然后列出以下兩式：

vNM1（1.1～1.2）v=（1.1～1.2）v

vNM2（1.1～1.2）v=（1.1～1.2）V晴電

基于上述兩式計(jì)算出兩級(jí)截止電壓，最終確定TVS。

2 電子通訊設(shè)備的其它可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)簡(jiǎn)析

電子通訊設(shè)備除上述的雷擊浪涌可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)以外，還有其它可靠性設(shè)計(jì)，例如降額設(shè)計(jì)、余度設(shè)計(jì)、電磁兼容設(shè)計(jì)等等。

在降額設(shè)計(jì)方面，主要是針對(duì)設(shè)備中電子元器件的過多故障所提出的。如果設(shè)備元器件的工作應(yīng)力低于額定值，那么電子元器件的設(shè)備故障率機(jī)會(huì)有所降低，其設(shè)備可靠性也會(huì)有所上升，反之。因此在電子通訊設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)中應(yīng)該優(yōu)先考慮降額設(shè)計(jì)，確保設(shè)備工作應(yīng)力小于而定設(shè)計(jì)值。

電磁兼容設(shè)計(jì)則主要針對(duì)目前電子通訊設(shè)備的電磁頻譜緊張問題與電磁頻譜兼容問題而提出的。它主要基于接地設(shè)計(jì)、屏蔽設(shè)計(jì)和濾波設(shè)計(jì)展開，在電氣設(shè)備的電子環(huán)境中，根據(jù)電磁環(huán)境不會(huì)侵?jǐn)_其它設(shè)備的基本原則來搭建防護(hù)體系。就目前電子通訊設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀來看，電磁兼容所產(chǎn)生的輻射率越來越高，所以需要對(duì)電子通訊設(shè)備進(jìn)行行之有效的輻射抑制，因此電磁兼容設(shè)計(jì)就會(huì)重點(diǎn)考慮它的設(shè)計(jì)、接地與布線等問題，對(duì)設(shè)備的可靠性保護(hù)非常關(guān)鍵。

3 總結(jié)

電子通訊設(shè)備技術(shù)先進(jìn)且精密，需要提高對(duì)它的安全保護(hù)意識(shí)，避免由內(nèi)外部因素所帶來的不必要風(fēng)險(xiǎn)。本文僅僅簡(jiǎn)要介紹了集中基于電子通訊設(shè)備可靠性保護(hù)的設(shè)計(jì)技術(shù)，希望解決制約設(shè)備安全運(yùn)行的主要障礙，全面提升電子通訊設(shè)備的整體安全質(zhì)量。

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