電子通訊設(shè)備的可靠性設(shè)計

朱振業(yè)

摘 要

進入21世紀以后，我國電子通訊行業(yè)發(fā)展突飛猛進，市場行業(yè)競爭力與需求越來越大，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設(shè)計為主展開論述。

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

目前，電子通訊設(shè)備的種類正在不斷增多，它們都對電子設(shè)備的運行質(zhì)量及維護質(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，所以對它的可靠性設(shè)計必須基于多方面考慮，提出科學的可靠性設(shè)計策略。

1 電子通訊設(shè)備的雷擊浪涌可靠性保護技術(shù)設(shè)計

1.1 雷電浪涌效應(yīng)對電子通訊設(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)，因為他會為設(shè)備及相關(guān)建筑物、信號電纜、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，這會嚴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形成高電壓進而對放電點物體造成毀滅性打擊。由于雷電流變化率相當之大，所以可能會在設(shè)備鄰近導(dǎo)體上產(chǎn)生強烈的電磁感應(yīng)電壓，它會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就會嚴重干擾電子通訊設(shè)備的正常工作運行，還會造成電子通訊設(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，必須對電子通訊設(shè)備進行雷擊浪涌可靠性保護技術(shù)設(shè)計。

1.2 電子通訊設(shè)備對雷擊浪涌可靠性保護設(shè)計的基本要求提出

電子通訊設(shè)備針對雷擊浪涌進行可靠性保護設(shè)計時要遵循以下4點要求：

（1）因為電子通訊設(shè)備的外連線與接口線都是容易遭受雷擊的危險區(qū)，所以要對諸如接口線、中繼線、天饋線等等部位實施優(yōu)先雷擊保護。

（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地線。

（3）在針對較大的電子通訊設(shè)備時，應(yīng)該用接地線分別將保護地、工作地與機殼共同連接引導(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 基于雷擊浪涌保護可靠性的設(shè)計技術(shù)方案

一般來說，基于雷擊浪涌效應(yīng)保護的可靠性設(shè)計技術(shù)方案主要要借助電子設(shè)備重要接口，利用二級保護措施來保護設(shè)備本身。以設(shè)計技術(shù)方案來看，它必須圍繞3種器件來實現(xiàn)保護體系構(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)保險絲，對它的選擇應(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)標準，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，最后計算設(shè)備的額定電流計算值：

IU=1/電流折減率

在選擇PTC時，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，計算它的額定電流計算值（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。

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)上再實施有效保護措施，一般都會采取兩級Tvs，并同時保證兩級Tvs的截止電壓不同。在可靠性保護設(shè)計過程中，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

基于上述兩式計算出兩級截止電壓，最終確定TVS。

2 電子通訊設(shè)備的其它可靠性設(shè)計技術(shù)簡析

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

在降額設(shè)計方面，主要是針對設(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)備故障率機會有所降低，其設(shè)備可靠性也會有所上升，反之。因此在電子通訊設(shè)備的可靠性設(shè)計中應(yīng)該優(yōu)先考慮降額設(shè)計，確保設(shè)備工作應(yīng)力小于而定設(shè)計值。

電磁兼容設(shè)計則主要針對目前電子通訊設(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、屏蔽設(shè)計和濾波設(shè)計展開，在電氣設(shè)備的電子環(huán)境中，根據(jù)電磁環(huán)境不會侵擾其它設(shè)備的基本原則來搭建防護體系。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，所以需要對電子通訊設(shè)備進行行之有效的輻射抑制，因此電磁兼容設(shè)計就會重點考慮它的設(shè)計、接地與布線等問題，對設(shè)備的可靠性保護非常關(guān)鍵。

3 總結(jié)

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

參考文獻

[1]羅牧歌.有關(guān)電子通訊設(shè)備的雷擊浪涌保護設(shè)計分析[J].廣東科技，2009（04）：54-55.

[2]龔禧.關(guān)于電子通訊設(shè)備的可靠性設(shè)計技術(shù)研究[J].數(shù)碼世界，2016（11）：69-70.