下面我們講雷電防護。雷電防護對于發(fā)電機那邊來說已經(jīng)是很成熟了，整天打雷發(fā)電廠都沒有癱瘓，為什么能夠做得這么好？就是把發(fā)電機的中線接地，與大地相連接，以后跟外面輸送電，上面的高壓電塔上一般都拉有一根線或兩根線，就是避雷線，避雷線與中線不同，中線單獨接地，地線是單獨給避雷用的，不電的，這叫三相四線制供電?，F(xiàn)在美國推出一個標準是三相五線制，就是中線接地，用電這邊也要另外接地，接地不與那邊相連，叫做三相五線制，一般中線是不接的，到了變壓器這邊以后，這里也有一個中線，中線也接地，還有變壓器的外殼也接地，這邊有個中線，也接地，三個地最好都不要接在一起，越分開越好，這邊的中線是一個小線路，當成供電線路，對變壓器有保護，對使用設備不保護，名義上是接地的，但那邊實際上沒有接地。接地的概念是這樣，任何一個導線，當你充放電很快的時候電磁波傳播的速度是有限的，比如說電磁波在空氣里面?zhèn)魇?0萬公里/秒，在導體里面?zhèn)鞑]有這么快，一般只有空氣中的1/3或1/2左右，少了之后靈敏度沒有這么高，當放電在每秒計的時候，放電的時候經(jīng)過多少秒鐘才到這里？當電流傳到這邊來，那邊早就燒掉了。所以在快速充放電里面不要隨便把某一點接地，某一點與另外一點看成同樣的功能，因為有一個時間差的問題。你認為它在這里接地是對直流可以，對交流也行，因為是排隊走，沒有輪到你，接地也沒有用。
雷電的原理就是這樣，這一塊是帶電的，降到這兩根線上面去。對地球來說相當于一個分布電容，雷電就是一個共模信號，相當于對整個電容進行放電。放電有幾個回路，上面的電流通過電容到達地，電流通過電容到大地，這是共模電容。這部分電流也通過電容下地，還有一部分通過變壓器分布電容傳到負載這邊，然后通過分布電容下地。你可以認為這個電容是大地的分布電容，實際上不跟大地它本身也是分布電容，任何一個導體只要電位改變就相當于一個電容，比如說你的身體帶電，另外一個不帶電，兩個人握手就會把電荷傳到另外一個人身上，相當于你這個電容對另外一個電容放電，另外一個相對來說是充電，是一個充放電的過程。 [page]

除了共模電流以外，還有一個差模電流，為什么？兩個回路都放電的時候，放電的時間、強度不一樣，有的放快一點，有的放慢一點，如果兩個東西的速度都一樣，任何電位差都是一樣的就不會產(chǎn)生差模電流了。但是有時候有一些是中線接地，放電快一些，相對來說電壓跌得特別快，另外一個跌得特別慢，就會產(chǎn)生差模，首先是共模，然后產(chǎn)生差模。

下面講一下共模電壓對電路的損害。其實共模電壓對開關電容前面的影響不是很大，最大是后面一點，通過電壓器分布電路，以前的模式電路電壓用得很低，都是1v-5v左右，納米級容易擊穿，電容也相當小。從里面串進去的電壓經(jīng)過濾波不斷的吸收降下來，一般有上千伏，容易把后面的擊穿。在實踐過程中為了防雷，這幾個位置最好在上面布一個雷點電容，對防雷電擊穿很有效。共模電壓進去以后瞬間擊穿，如果電子沒斷開，外面的電流會繼續(xù)延續(xù)下去把它燒掉，如果備一個電容上去，共模電容通過電容一下子把它吸收掉，讓幾個電容互相通電位，幾個模組不會那么容易擊穿。 現(xiàn)在很多防雷都是用壓敏電阻或放電器件，我在這里告訴你，最有效的是在排版的時候，在電源線那個地方排出一個放電裝置，這樣既經(jīng)濟又實用，放電管沒有那么大的功率吸收掉雷電的能量，如果排一個像鋸齒一樣的放電裝置，只要能量不大基本上都能夠吸收。發(fā)電距離一般是6mm，現(xiàn)在規(guī)定低于6mm就不合格，因為測試的時候，打火的時候耐壓2000v，交流2000v，其實正常放電是10000v/mm，也就是說1000v/cm，要留一定的安全系數(shù)，所以不測你，不到6mm就算不合格，所以一定要6mm，真正打雷進來，經(jīng)過放電，電壓輸入進來只有6000v。前面輸入電壓是幾十萬伏都沒有關系，一放電它就在6000v的范圍里面，進來只有6000v了，其他都放掉。放掉以后吸收才有效，最有效的里面有一個限流電感，還有共模電流，對雷電有效。差模會通過差模電容來吸收，放電是一樣的，有一個差模，可以用電容吸收。電容上面標的是耐壓交流250v，實際測的直流耐壓是8000v以上，大家要注意一下。這個CX標的是250v，買的浪涌電壓都在5000v以上，用5000v電壓都打不穿，但是標的是250v，這是安全規(guī)定。 [page]
剛才在休息的時候與大家交流，大家真的很感興趣，熱情也相當高，我也希望大家通過這個機會互相認識，多多交流，特別是這些經(jīng)驗之談在書上是很難找到的。如果還要有更深的研究，我建議你有機會去歐洲最大的物理研究所，現(xiàn)在研究的課題與此相關，就是電磁層理論，現(xiàn)在空間物理也好，電磁層理論是最難解決的問題，現(xiàn)在有四個力，如果能夠把四個力統(tǒng)一起來，宇宙空間的問題基本上都可以解答。一個是重力，原來無法解釋重力如何產(chǎn)生，就有重力層。還有電場力，無法解釋這個怎么產(chǎn)生，就有電場力，還有磁場力、合力，如果四個力統(tǒng)一在一起就可以解決。在書上介紹電磁層，一點點東西都全部解決了，包括量綱都沒有統(tǒng)一，大家都在爭論，電場強度和磁場強度的量綱都沒有解決。按照電場的強度，原來牛頓用力表示，這個東西與現(xiàn)在電工學不搭架了。特別是電流強度通過兩根導線多少，直徑多大、電流多大來量力，這種磁場強度對我們使用有多大關系？當初定下來又不好推翻，現(xiàn)在慢慢引進了磁感應強度，把磁場強度屏蔽掉了，在電壓計算里大家都知道磁感應力度，還有電場強度慢慢也屏蔽掉了，就是用電位梯度。

下面我們講一些具體的。這是一個開關電源，開關電源被雷劈的時候，輸入回路基本上都燒了，假如沒燒是什么樣的？可以看看，這是橋堆，這兩個是Y電容，這里面還有一個壓敏電阻。這是共模線圈，雷劈以后全部燒了，說明壓敏電阻沒有起到什么保護作用，兩個電容都燒了，說明電感相當、相當?shù)馗摺榱朔乐估纂?，首先前面一定要加一個能量吸收，比較大的東西，成本相對來說比較低，像試驗站里面的放電裝置，那個東西沒有地方裝，也貴得很。在硬紙板上面排幾個鋸齒，中間隔一個頭就行了。如果中間隔6mm也可以。有一個一級電感，電感可以使瞬間上去很快的電壓降下來，突然加一個1萬伏、10萬伏，加上去只有這兩端，另外兩端建立不起來，所以剛加進去的時候?qū)纂妬碚f，大部分能量都被吸收掉了。后面經(jīng)過這個以后，剩余部分通過共膜電容繼續(xù)吸收，吸收完以后還有差模部分，產(chǎn)生的差模部分通過電容把差模吸收掉。共模電容和差模電容具有抑制傳導干擾的作用，對雷電也有抑制作用，所以很多人也在問，電容接到前面好還是接在后面好？這個東西看你有什么作用，如果只是為了防EMI電磁干擾的話，接在越前面越好，接在測試儀表的輸入端最好，接到那里把信號全部短路掉了，就看不到了。但是對于雷電，你接到后面要好很多，所以這主要是防雷的，你就不要考慮電磁干擾和EMC了，盡量把兩個放在后面。 另外一個是接地，這個特別重要，不能接到最輸入端的地方，應該接在后面，一打雷造成很大的回路，把里面的東西燒壞、擊穿，這個放電回路是越小越好，這個寬大一點，放電電流都在30個安培以上，如果聽到雷聲的放電都是上萬安培，如果沒有雷聲只是把東西擊穿都有幾萬安培。這樣相對來說電容不是很大，都是幾百安培或幾十安培，盡量把地線、面積加大，而且最好接在機殼上，如果放在機殼上，雷擊一擊，上面帶的電與前面起來就聚集起來，所有的都是擋電位，一有擋電位以后里面不存在充放電的問題了。大家知道吧？一個封閉的金屬里頭，不管外面帶多高的電壓，中間都是不帶電的。一根導線不管通多少安培的電流，中間的電壓、電流也是等于零的。電流分布都是在表面，大家可以做一個試驗，做一個金屬球，在外面充電，看看中間有沒有電壓，應該沒有。一般都是這樣做的，先把一個東西屏蔽起來，或者接大地，不接也沒有關系，里面不帶電的，或者是空的都可以測試出有電壓。因為電場通過互相抵消，這個球外面帶電，大家都是靜電，磁力線都是互相抵消的，電力線互相抵消，中間的電場強度等于零，所以就不帶電。
[page]

對于一些比較貴重的儀器、設備，在開關電容電壓器這里最好做靜電比例，在初次級線圈中間做一個鋁箔片都可以，包一層，這層不能短路，短路的話變壓器就會燒掉，包在外面可以短路，包在里面不能短路，包在外面吸收漏電電感，包在里面的主回路里面會短路，然后把它進行接地，這相當于可以隔離掉。這個有一個教訓，前段時間康佳臺灣裝LCD屏測試，打了一個隔離變壓器，后面就是接測試儀表，每個月都有一臺、兩臺測試儀表損壞，查不出原因，最后讓他們把隔離變壓器的中間屏蔽才好。屏蔽以后，進一步有機會的話，在接頭有連接的地方加一個磁環(huán)，讓共模電壓將磁環(huán)速度放慢，緩沖一下，讓瞬間能量降低，瞬間能量緩慢一點，慢慢的過，損傷就會少很多。所有電路都可以把它看成一個分布電流，只要某地方電壓電位在改變，對后面都會產(chǎn)生充放電，從這上面理解就知道了，如果哪個地方構成回路，如果有一個高電壓進來一直傳導到后面，最后充電，充電可以理解成分布電容，如果沒有這個也有一個分布電容在里面，把分布電容放在這里，就比較形象地。就像以前的絕緣長效濾管一樣，手一摸沒有造成回路也壞掉了，絕緣的濾管很容易壞，一從里面拿出來，手一摸就壞掉，一個身上面帶正電，或者你作為天線有感應電壓，感應一下來回充放電就壞掉了。

對于濾波電容，大家注意前面的EMC濾波，這個電容不是理想電容，里面有一個電感，還有漏電電阻，里面有串聯(lián)電阻，電感和電容有沒有產(chǎn)生串聯(lián)諧振？曲線是這樣一條斜線，串聯(lián)諧振相當于把信號短路掉了，信號短路的阻礙很大，這里面有一個最佳值，然后成為感線，進行EMC電路設計的時候最好用不同的電容進行配模，這是0.4的曲線，33nF并聯(lián)就可以保證在上面不是好的，單獨一個電容后面覆蓋不到，以后有機會我講這些元器件，你們在大學里面學的是符號，對電阻電容基本是不懂的，還有電組電容這方面的問題最多，還有電容，電容來回極化的時候，速度跟不上外面的變化，會損耗相當大，會燒壞，特別是脈壓電容，很多人認為體積越小越好，但沒有考慮在開關上容易出現(xiàn)問題。 [page]

這是網(wǎng)友提出的一些問題，我放在這里。大家討論一下：

1、防雷是否一定要接地？對于感應雷而言，局部等電位連接是否可以取代接地，設備能否得到足夠的保護？
大家想想看，跟前面我們所說的，感應雷這個東西沒有一個標準的概念說什么叫做感應雷。只要打雷的話，外面打雷，窗戶上面的金屬，如果夜間都可以看到放電產(chǎn)生火花，這就是通過電磁感應產(chǎn)生的位移電流原理。從原理上來說，三相四線或三相五線，發(fā)電機有中線接地，設備使用者的外殼接地是最有效的避雷方法，但現(xiàn)在很多設備都不接地，沒有辦法接，只有很貴重的進口設備用三相電源，中間那一條地線，地線不是中線，大家要搞清楚。中線雖然是接地的，但在這里不能當成地線，地線一定是自己大樓本身的地，而且要量好接地的地線。因為地線接進去以后，大樓對外面的電磁層進行屏蔽了，大樓相對來說也是導電的，就算不導電，現(xiàn)在國家都有安全要求，大樓超過多少層都要加上避雷針，就是防雷的。如果不能接地，你就要考慮充放電的問題。前面最好的共模電容我覺得還是要，我認為這個共模電容最好連接上，不能接大地，要接在外殼上，接到外殼上有什么好處？共模電壓一進來，雖然電流沒有通過地放電回路，把電壓舉高起來了，與外面輸入電壓是一樣的，外殼電壓取的一樣，起到了屏蔽作用。如果這個接地的話會更加安全，但是地線要足夠粗，回路也足夠，因為放電的電流很大，很容易燒掉。這幾個東西是經(jīng)過很多年的試驗，8是很成熟的東西，不管做共模還是防雷都要做上，如果連機殼都沒有，只是塑料殼，也要考慮這根線接到什么位置最好？是接到里面面積最大的地方，就是公共地面積最大的地方，讓電位舉起來，其他電位差不會產(chǎn)生很大的電容回路。主要是考慮充放電回路，電流越小越好，兩個電位差越小越好。

2、我們是做防雷模塊的，在實際應用中，現(xiàn)場通常會碰到?jīng)]有地可接，這時我們首先建議客戶做一個接地系統(tǒng)，但如果因為造價或者其他原因確實接地有困難，我們建議客戶把防雷器的地和其他設備做等電位連接后懸浮，是否妥當？
這個防雷模塊一般都是放電管，一般在外面賣的都是壓敏電阻或者氣體放電管，相當于穩(wěn)壓二極管一樣的，比較先進一點的就是與硅一樣的，就是電壓超過多少的時候，壓敏管就導通，或者氣體放電管，壓敏電阻比較便宜，但是最不可靠的。首先壓敏電阻過壓沖擊的時候，壽命有限的，只有十幾次就不能用了，壓敏電阻是一堆亂七八糟的二極管在里面互相接觸，就是兩個不同金屬氧化物之間互相接觸相當于一個二極管，以前我們用礦石收音機或者用礦石整流，就是拿兩塊氧化銅或者氧化礦石連接以后就可以當成整流二極管使用，原理是一樣的，里面一大堆氧化鉛，每個界面都相同，相當于一個二極管，二極管有一個耐壓，通過里面來控制耐壓的參數(shù)。這種一次擊穿以后二極管壞掉了，選另外一個渠道。二極管都是哪個電壓高擊就穿哪一個，另外一個低的就不擊穿，哪個電壓高就損壞那一個，然后再損壞另外一個，最多只能損十幾次，壓敏電阻就壞了。用普通穩(wěn)壓二極管功率不夠，分布電容比較大。用空氣的話相對放電管恢復時間很長，點火時間也長，導通時間很長，恢復時間很長，對于高速的保護來不及。比如說作為傳輸線之類的保護是不行的，過壓以后一導通了，導致長時間難以恢復。防雷模塊我建議用在最后面，就是作為后備來使用，就是在IC輸入角可以接輸入輸出接口的位置，在電源輸入的地方絕對不能用，一個是用上去沒有效，另外成本很高，作為輸入端用人工排一個放電裝置，在后面再加上防雷模塊，互相組合起來使用。

3、關于EMI電磁干擾，我們的防雷元器件是否能夠奏效？還是主要依靠設計、合理布局更有效？
按照道理EMI是電磁干擾，避雷元器件按照道理并不聯(lián)系在一起，但EMC濾波里面，與EMC濾波器同樣有防雷功能，就是前面的幾個電感和共模電容還有差模電容對防雷都起到作用，大家要理解，EMC濾波是用于設備上的，但反過來考慮雷電的時候，你就要把干擾信號從外面輸進來，要這樣考慮了，不能單方面，最好在防雷加上一個放電裝置加在電感后面，共用共模濾波電容。

4、ESD在PCB設計中應注意的事項有哪些？
ESD一般除了防雷以外，還有一些別的相關內(nèi)容，里面有一些IC很容易受到周邊電壓比較高的器件干擾或損壞，比如說在電視機里面，電視機里面的高壓包產(chǎn)生的高壓是上萬的，里面的CPU等模式電路你絕對不能靠近高壓電源部分，必須遠離它。以前我們試過，都是因為與高壓包靠得太近了，把里面的起動器干擾，把里面的數(shù)據(jù)打亂，我們只是在上面貼了一塊示波片，最開始是過濾嘴香煙里面有示波片，我們從垃圾堆里面撿來，應急處理往上面貼，讓修理部這樣來應付處理。慢慢我們對這個東西認識很清楚了，現(xiàn)在很多集成電路采取這種方式，有的在上面帶一個散熱片，本身可以做屏蔽，或者在上面貼一個膠紙，膠紙有導電的作用，可以放上去，這是ESD方面的防護方法。因為貼了一塊以后，哪怕電離層很高的打下去都不會擊壞，所以在貴重集成電路里面，在電路板上面貼一塊有一邊絕緣的，兩邊的絕緣都是零，但是有一塊示波片，外面都有賣，非常方便?，F(xiàn)在電視機里面都大量采用這種技術。對于排線的輸入輸出線、信號線都是靠得越近越好，兩根線一定要找出來哪個是輸入，哪個是輸出，電流流進去還是流出來的，線靠近得越近越好，里面的面積越縮小越好，如果電流很小，信號功率很小，盡量用小而不是用大，如果大了分布電容也大，分布電容大的以后容易接受電子干擾和電容損壞，里面的長效管用眼睛看不到，用放大鏡放大幾百倍也是看不到的，隱線可以看到，里面隱線的電容相對來說高很多，接一點點正電進去以后擊穿了，所以里面的導線越短越好。集成電路的輸入輸出都一般，加了一個二極管，就是與電容接在一起，本身在電路里面都有保護作用，如果沒有接到電路里面用手去摸是壞掉的，接到里面有信號作用了就不會壞。
[page]

5、在射頻電路中，敏感線路（如數(shù)據(jù)線等）如何保護？
數(shù)據(jù)線大家都已經(jīng)有很多方法，一般數(shù)據(jù)線最好用差分，將兩根線扭在一起，扭在一起以后一個流進去，一個流出來，雙絞在一起，外面加一層屏蔽線，外面只有一條接地，不要兩條都接，接一頭就可以了，雙絞線對電子干擾互相抵消，同一個方向流出來的電流產(chǎn)生的方向正好相反，互相抵消，差分是最好的，不要接到公共地上，用差分。很簡單，這個線加一個磁環(huán)，兩端都加一個磁環(huán)，這個磁環(huán)對差模有相當?shù)扔诹?，流過的信號一個是差模信號，干擾信號大部分是共模的，加上電感上面對共模很有效，ESD放電基本上都是共模，加載上面對ESD起到保護作用。充放電加一個小磁環(huán)，如果沒有小磁環(huán)，用適配器往插頭上一插，瞬間選擇突然充電會有損壞，不要輕易把磁環(huán)去掉，那就是讓你對充放電抑制速度的降慢。

6、IC引腳的靜電防護，加什么器件既經(jīng)濟又有效？
如果不考慮速度，最好是在輸入端加一個電阻，靠近IC加一個電容，這只有幾十PU加大，如果信號頻率很高，盡量想辦法把信號線的阻耗降低，不要搞得很高?，F(xiàn)在一般的信號線，高頻都是50歐姆，兩個之間接一個75安培或50安培的，把阻礙降低，直沖放電就是兩個電位。75歐姆以上，一根線上面加的1v電壓上去，流過的電流多大？或者說一個毫安的電流在上面的電壓也很小，因為ESD放電的電壓很高，電流很小，放電電壓馬上掉下來，不會沖擊到集成電路里面去。所以在要求不是特別高上面，盡量把輸入降低。

7、ESD防護器件什么時候應該放在端口處，什么時候該放在芯片管角？
保護單個集成電路就放在集成電路的地方最好，如果保護整個設備就放在端口。放在集成電路這個地方，后面那一段照樣有電壓可以感應到別的IC上，對別的IC會產(chǎn)生損壞，所以你要保護好IC，就在IC加上ESD的保護，如果對整個設備進行保護的話，所有的接口都加ESD保護就足夠了，這個成本是最低的。因為你把數(shù)據(jù)輸出、輸入接一個保護，里面本身不會產(chǎn)生ESD放電，如果里面產(chǎn)生ESD放電早不能過關，ESD放電肯定從外面進去的，把所有的口都封住就不會有問題。所以，我建議你如果從設備考慮，從成本考慮就接輸入輸出口的地方，為了保護集成電路，對其他不管的話就接在集成電路上。