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信息产业报道|SPD 生产自动化的设计与实现( 二 )


气体放电管是一种开关型保护器件 ， 工作原理是气体放电 。 当两极间电压足够大时 ， 极间间隙将放电击穿 ， 由原来的高组状态变为类似短路状态［2］ 。 此时 ， 两极间维持的电压很低 ， 一般在20～50 V ， 因此可以起到保护后级电路的效果 。 气体放电管的响应时间可达数百 ns 到数μs ， 在保护器件中是较慢的 。 它主要可应用于: 交流电源的 N-PE 保护、信号线-地保护、天馈口馈线芯线对屏蔽层的保护 。
1．1．2 压敏电阻
压敏电阻是一种限压型保护器件 。 当电压出现在压敏电阻的两极间 ， 压敏电阻可以将电压箝位到一个相对固定的值 ， 从而实现对后级电路的保护［3］ 。 压敏电阻的响应时间为 ns 级 ， 比气体放电管快 ， 比 TVS 稍慢一些 。 它主要可应用于: 直流电源、交流电源、低频信号线路、带馈电的天馈线路的保护 。
1．1．3 瞬态电压抑制二极管
瞬态电压抑制二极管(TVS)是一种限压保护器件 。 其作用与压敏电阻很类似 ， 也是利用非线性特性将过电压箝位到一个较低的电压值［4］ ， 实现对后级电路的保护 。 TVS 的响应时间可以达到 ps 级 ， 是限压保护器件中较快的 。 它主要可应用于直流电源、信号线路、天馈线路的防雷保护 。
1．2 SPD 的结构和电路设计
1．2．1 低压配电系统SPD
低压配电系统SPD用于限制瞬态过电压和泄放电涌电流 ， 至少包含一个非线性元件［5］ 。 其中 ， 普遍采用的是MOV 元件 。 MOV 元件常为圆片或方片状 ， 由多种金属氧化物 ( 主要是ZnO) 组成 。 以T2 类电源SPD为例 ， 其典型结构是分体型、可插拔式 。 这类 SPD由底座和模块两部分组成 。 安装时 ， 底座固定在 DIN35mm 导轨上 。 将模块插入底座固定 ， 再将导线连接到底座端子上 。 模块内置热脱扣机构 ， 并具有联动状态指示窗口 ， 用来显示SPD是否失效［6］( 红色为失效)。 若模块已失效 ， 可只将其拆下更换 。 模块内部是压敏电阻或气体放电管 。 它们的组装和焊接是电源 SPD 生产的主要工序 。 首先要将塑料脱扣指示机构、压敏电阻及其电极安装好 ， 然后将金属电极、金属弹片采用不同熔点的锡丝( 或锡膏) 进行焊接 。 其中 ， 弹片和电极之间还有铜编织带 ， 事先已通过电流点焊连接在一起 。
信息产业报道|SPD 生产自动化的设计与实现
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1．2．2 信号网络SPD
信号网络SPD的设计主要考虑两个方面: 一 是SPD安装后保证信号的正常传输 ， 二是SPD 安装后的保护效果 。 以分布式控制系统 ( distributed controlsystem ， DCS) 用的信号网络 SPD 为例 ， 主要用在机柜中 ， 采用导轨安装方式 ， 可并排密集安装 。
信号网络 SPD 内部多数采用二级防雷 ， 由气体放电管、退耦电阻或电感 ， 以及 TVS 管组成［7］ 。 这些元器件都用于板级电涌防护设计 。
信号网络SPD的印刷电路板 ( printed circuit board ， PCB) 设计各不相同 ， 但生产工艺相似 ， 都是通过 SMT 贴片和 THT 插件焊接 。
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2SPD 的生产工艺
2．1 SPD 传统的生产工艺流程
SPD 生产工艺流程如图 1 所示 。
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尽管低压电源 SPD 和信号网络 SPD 的结构有区别 ， 但是产品的生产工艺流程大同小异 。 对于不同结构和电路的产品 ， 需要增加或减少某些生产工序 。
图 1 中 ， 虚线框为可选工序 ， 有的产品可能不需要 。 这些工序中相对比较复杂的就是焊接和检验 ， 是生产的瓶颈 。 尤其是对于结构比较复杂的电源 SPD ， 焊接效率和质量都难以提高 。


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