一種同軸高清電源視頻二合一防雷器的制作方法

本發明涉及防雷領域，具體涉及一種同軸高清電源視頻二合一防雷器。

背景技術：

電涌保護器(surgeprotectiondevices)，簡稱spd，也稱浪涌保護器、過電壓保護器，俗稱避雷器、防雷器。防雷器元件從響應特性看，有軟硬兩種。屬于硬響應特性的放電元件有火花間隙(基于斬弧技術的角型火花隙和同軸放電火花隙)和氣體放電管屬于軟響應特性的放電元件有金屬氧化物壓敏電阻和瞬態抑制二極管。這些元件的區別在于放電能力、響應特性和殘壓，避雷器就是利用它們不同的優缺點，揚長避短，組合成各種避雷器，保護電路。

其中，放電間隙的原理是兩個如牛角現狀的電極，距離很短，用絕緣材料分開，當兩個電極間的電場強度達到擊穿強度時，電極之間形成電流通路。當雷電波來到的時候首先在間隙處擊穿，使間隙的空氣電離，形成短路，雷電流通過間隙流入大地,而此時間隙兩端的電壓很低，從而達到保護線路的目的。電場強度低于擊穿間隙時，放電間隙型避雷器又恢復絕緣狀態。常用于高壓線路的避雷防護中。在低壓系統,常用于電源的前級保護。

氣體放電管(gasdischargetube，gdt)是一種陶瓷或玻璃封裝，管內再充以一定壓力的惰性氣體(如氬氣)，開關型的保護元件，有二電極和三電極兩種結構。當電場強度達到擊穿惰性氣體強度時，就引起間隙放電，從而限制極間的電壓。8/20μs脈沖電流能夠疏導10ka。放電電壓不穩定，當電壓大于12v、電流電壓100ma時，會產生后續電流。通常用于測量、控制、調節技術電路和電子數據處理傳輸電路中。

視頻防雷器是浪涌保護器中較為常用的一種，是內部防雷的重要體現，也屬于弱電系統的范疇。主要是為了避免視頻監控系統遭受沿線路感應過來的雷電流而加裝的防雷產品。

現有技術中，應用放電間隙原理或者氣體放電管，都只能實現視頻傳輸系統的單向防雷，這樣就導致視頻防雷器在實際安裝使用過程中，安裝的時候可能會出現安裝失誤，導致防雷器失去防雷應有的作用，更大的問題是雷電流對電路或者設備的侵入是不分方向的，現有技術中的防雷器并不能起到應有的全方位的保護作用，由于現有技術防雷器對于視頻數據速率傳輸具有較大影響，導致傳輸速率降低，不能滿足視頻數據傳輸速率要求；同時視頻傳輸系統往往有電源部分和視頻傳輸部分，電源部分與視頻傳輸部分是緊密相連的，而現有技術中的電源與視頻的二合一防雷器對于視頻傳輸速率有很大干擾，進一步導致傳輸速率降低，不能滿足視頻數據傳輸速率要求。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是現有技術中的二合一防雷器只能單向防雷，無法起到全方位的保護作用，對于視頻的傳輸速率也有較大影響，目的在于提供一種同軸高清電源視頻二合一防雷器，實現對輸入端以及設備端的雙向保護，全方位防止雷電流的無方向入侵，降低防雷器對于數據傳輸的影響，提高視頻信息傳輸速率。

本發明通過下述技術方案實現：

一種同軸高清電源視頻二合一防雷器，包括同軸視頻部分和交直流電源部分，同軸視頻部分包括雙向防雷通信模塊、對地放電管g3和對地放電管g4，對地放電管g3一端與雙向防雷通信模塊連接，其另一端接地；對地放電管g4一端與雙向防雷通信模塊連接，其另一端接地；對地放電管g3與對地放電管g4共同接地；

交直流電源部分包括兩個電源正極輸入端l1端和l2端、兩個電源負極輸入端n1端和n2端、溫度保險絲fu1、壓敏電阻v3、壓敏電阻v2、溫度保險絲fu2、壓敏電阻v1和對地放電管g5，l1端、溫度保險絲fu1、壓敏電阻v3、壓敏電阻v2、溫度保險絲fu2、n1端依次連接，所述對地放電管g5一端連接在壓敏電阻v3與壓敏電阻v2連接的線路上，其另一端與對地放電管g4共同接地；所述壓敏電阻v1一端同時連接n1端和n2端，其另一端連接在溫度保險絲fu1與壓敏電阻v3連接的線路上，壓敏電阻v1連接在溫度保險絲fu1與壓敏電阻v3連接的線路上的連接點記為節點e，同時這一端還與l2端連接。

進一步地，雙向防雷通信模塊包括接口端子j1、接口端子j2，所述接口端子j1包括j1-1號接線端和j1-2號接線端，所述接口端子j2包括j2-1號接線端和j2-2號接線端，所述j1-1號接線端與j2-1號接線端通過信號線連接，該信號線記為a信號線；所述j1-2號接線端與j2-2號接線端通過信號線連接，該信號線記為b信號線，其特征在于，a信號線與b信號線之間設置有兩個橋路，兩個橋路并聯，其中，

靠近接口端子j1的橋路包括線間放電管g1、低電容二極管f1，所述線間放電管g1一端連接在b信號線上，線間放電管g1與b信號線的連接點記為節點c，線間放電管g1的另一端與低電容二極管f1一端連接；所述低電容二極管f1連接線間放電管g1端的另一端連接在a信號線上，低電容二極管f1與a信號線的連接點記為節點a；

靠近接口端子j2的橋路包括線間放電管g2、低電容二極管f2，所述線間放電管g2一端連接在a信號線上，線間放電管g2與a信號線的連接點記為節點b，線間放電管g2的另一端與低電容二極管f2一端連接；所述低電容二極管f2連接線間放電管g2端的另一端連接在b信號線上，低電容二極管f2與b信號線的連接點記為節點d；

所述對地放電管g3一端連接在a信號線上，對地放電管g3與a信號線的連接點處于節點a與節點b之間，對地放電管g3的另一端接地；所述對地放電管g4一端連接在b信號線上，對地放電管g4與b信號線的連接點處于節點c與節點d之間，對地放電管g4的另一端接地。

放電管是一種使用于設備輸入端的高壓保護元件。若其兩端的電壓高過其保護規格值時，其內部會出現短路現象，并吸收掉輸入的過高壓。放電管分為氣體放電管和半導體放電管。其中，氣體放電管可以看成一個具有很小電容的對稱開關，在正常工作條件下它是關斷的，其極間電阻達兆歐級以上。當浪涌電壓超過電路系統的耐壓強度時，氣體放電管被擊穿而發生弧光放電現象，由于弧光電壓低，僅為幾十伏，從而可在短時間內限制了浪涌電壓的進一步上升。氣體放電管就是利用上述原理來限制浪涌電壓，對電路起過壓保護作用的。半導體放電管也稱固體放電管是一種pnpn元件，它可以被看作一個無門電極的自由電壓控制的可控硅，當電壓超過它的斷態峰值電壓或稱作雪崩電壓時，半導體放電管會將瞬態電壓箝制到元件的開關電壓或稱轉折電壓值之內。電壓繼續增大時，半導體放電管由于負阻效應進入導通狀態。只有在當電流小于維持電流時，元件才會復位并恢復到它的高阻抗狀態。因此，從兩種放電管的工作原理以及過程可以得出，放電管在沒有遭遇雷電流這樣的浪涌電流時，放電管是未導通的。

本發明中，接口端子j1可以連接信號輸入端或者設備端，接口端子j2可以連接信號輸入端或者設備端，為了描述方便，以下描述的前提是接口端子j1連接信號輸入端，接口端子連接設備端。此處的設備端為bnc接口方式連接的同軸視頻信號傳輸設備。

雷電流的侵入是不分方向的，雷電流可能從信號輸入端進入，也可能從設備端進入。

在沒有雷電流侵入的時候，由于放電管的工作特性，a信號線與b信號線之間的兩個橋路相當于斷路，接口端子j1與接口端子j2之間通過a信號線和b信號線進行正常的數據傳輸；同時，對地放電管g5也是斷路，l1端和n1端之間串聯有溫度保險絲fu1、壓敏電阻v3、壓敏電阻v2、溫度保險絲fu2，電流依次經過溫度保險絲fu1、壓敏電阻v3、壓敏電阻v2、溫度保險絲fu2進行正常供電；并且兩個電源正極輸入端l1端和l2端、兩個電源負極輸入端n1端和n2端的電源正負可以反接。

當雷電流從接口端子j1流入，也就是從信號輸入端流入，具體情況如下：

當雷電流從防雷單元的b信號線進入，由于a信號線與b信號線之間的電壓突然增大，線間放電管g1導通，b信號線與a信號線之間節點c與節點a之間的橋路導通，雷電流從接口端子j1進入，從節點c依次通過線間放電管g1、低電容二極管f1流經節點a，由于對地放電管g3一端接在a信號線，另一端接地，對地放電管g3兩端的電壓很高，因此，對地放電管g3也是導通的，雷電流從節點a流出后流經對地放電管g3對地泄流；

當雷電流從防雷單元的a信號線進入，由于a信號線與b信號線之間的電壓突然增大，線間放電管g2導通，b信號線與a信號線之間節點b與節點d之間的橋路導通，雷電流從接口端子j1進入，從節點b依次通過線間放電管g2、低電容二極管f2流經節點d，由于對地放電管g4一端接在a信號線，另一端接地，對地放電管g4兩端的電壓很高，因此，對地放電管g4也是導通的，雷電流從節點d流出后流經對地放電管g4對地泄流；從而防止了雷電流侵入接口端子j2連接的設備端，保護了連接的設備。

當雷電流從接口端子j2流入，也就是從設備端流入，具體情況如下：

當雷電流從防雷單元的b信號線進入，由于a信號線與b信號線之間的電壓突然增大，線間放電管g2導通，a信號線與b信號線之間節點b與節點d之間的橋路導通，雷電流從接口端子j2進入，從節點b依次通過線間放電管g2、低電容二極管f2流經節點d，由于對地放電管g4一端接在b信號線，另一端接地，對地放電管g4兩端的電壓很高，因此，對地放電管g4也是導通的，雷電流從節點d流出后流經對地放電管g4對地泄流；

當雷電流從防雷單元的a信號線進入，由于a信號線與b信號線之間的電壓突然增大，線間放電管g1導通，a信號線與b信號線之間節點c與節點a之間的橋路導通，雷電流從接口端子j2進入，從節點c依次通過線間放電管g1、低電容二極管f1流經節點a，由于對地放電管g3一端接在a信號線，另一端接地，對地放電管g3兩端的電壓很高，因此，對地放電管g3也是導通的，雷電流從節點a流出后流經對地放電管g3對地泄流；從而防止了雷電流侵入接口端子j1連接的信號輸入端，保護了接口端子j1連接的相關設備。

當雷電流從交直流電源本部分的l1端或l2端侵入時，首先壓敏電阻v3兩端電壓增大，溫度升高，溫度保險絲fu1檢測到溫度升高，溫度保險絲fu1熔斷，形成第一級保護；此時，對地放電管g5兩端電壓迅速增大導通，從而對地放電泄流，形成第二級保護。

當雷電流從交直流電源本部分的n1端或n2端侵入時，首先壓敏電阻v2兩端電壓增大，溫度升高，溫度保險絲fu2檢測到溫度升高，溫度保險絲fu2熔斷，形成第一級保護；此時，對地放電管g5兩端電壓迅速增大導通，從而對地放電泄流，形成第二級保護。

并且，l2端和n2端之間通過壓敏電阻v1抑制，形成全保護。

交直流電源部分和同軸視頻部分均通過對地放電管進行隔離，互不干擾，保障信號傳輸良好，保障了視頻信號的高速傳輸。

由此，實現了防雷器兩側設備的雙向保護，解決了本申請提出的問題。

進一步地，節點a與低電容二極管f1之間的線路上還串聯有單向二極管d1，所述單向二極管d1的陽極與低電容二極管f1連接，所述單向二極管d1的陰極與節點a連接；節點d與低電容二極管f2之間的線路上還串聯有單向二極管d2，所述單向二極管d2的陽極與低電容二極管f2連接，所述單向二極管d2的陰極與節點d連接。

當a信號線和b信號線的信號頻率或傳輸速率較高時，如果a信號線與b信號線之間的線對間等效電容較高，會降低信號線的信號頻率或傳輸速率，因此，為了降低總的等效電容，在兩個橋路中均設置了單向二極管，用于提高傳輸信號頻率或傳輸速率。本發明在線間通過放電管放電，再通過低電容二極管結合單向二極管，降低了整個線路的等效電容，等效電容cj≤3pf，對整個線間實現充分保護，并實現高速率的數據傳輸。

如表一所示，表一為25℃時測得的電特性數據表，從表中可以得出，結電容即等效電容很小，可以對整個線間實現充分保護，并實現高速率的數據傳輸。

表一

進一步地，當接口端子j1與接口端子j2之間的信號頻率w≥10mhz或者接口端子j1與接口端子j2之間的傳輸速率r≥10mb/s，a信號線與b信號線之間的線對間等效電容cj≤60pf。

進一步地，當接口端子j1與接口端子j2之間的信號頻率w≥100mhz或者接口端子j1與接口端子j2之間的傳輸速率r≥100mb/s，a信號線與b信號線之間的線對間等效電容cj≤20pf。

進一步地，所述低電容二極管f1和低電容二極管f2均采用selc08ci系列二極管。選用selc08ci系列二極管，是為了降低信號線之間總的等效電容，用于提高傳輸信號頻率或傳輸速率。

進一步地，所述接口端子j1與接口端子j2之間的電路以及器件集成在pcb板上，所述pcb板為四層結構，pcb板由上至下依次為頂層、pe1層、pe2層和底層，其中，對地放電管g3、對地放電管g4設置在pe2層和pe1層；靠近接口端子j1的橋路、靠近接口端子j2的橋路設置在底層和頂層。

目前，防雷器中使用的都是雙層布線，由于高速數據信號在傳輸時會有很強的穿透性，容易產生線間、線對的噪聲干擾，因此，本發明在頂層和底層之間設置了pe1層和pe2層兩層隔離層地，并與內外層板引出的地線連在一起，這樣組合成多層電路板，實現良好的接地和隔離，降低了線間、線對的噪聲干擾，保證了高速信號的高速率傳輸。現有技術中高速信號也就是同軸視頻信號的傳輸速率為20mbps，少數產品能達到1.485gbps，本發明能達到的傳輸速率為3gbps，在目前現有技術中的傳輸速率上提升了100％以上。

進一步地，所述pcb板厚度為1.60±0.18mm。板材越厚對數據穿透性和干擾越小，而1.60±0.18mm是板材厚度與抗干擾性能雙保證的較好的厚度保證，既節約了板材，保證了尺寸較小，又能實現抗干擾性能。

進一步地，所述pcb板上使用的銅箔厚度為1/1oz，即1盎司分之一。銅箔越厚通耐沖擊越強，但是銅箔的厚度越大，成本越高，1盎司分之一能很好的平衡成本與耐沖擊性能之間的矛盾。

進一步地，交直流電源部分還包括二極管d1、二極管d2和電阻r1，所述二極管d2的陽極連接在節點e與壓敏電阻v3連接的線路上；電阻r1一端與二極管d2的陰極連接，其另一端與二極管d1的陽極連接；二極管d1的陰極連接在壓敏電阻v2與溫度保險絲fu2連接的線路上。其中，二極管d1和二極管d2為單向tvs管。

本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果：

1、本發明通過在信號線之間設置兩個特定的橋路以及對地泄流的線路，實現了對輸入端以及設備端的雙向保護，全方位防止雷電流的無方向入侵；

2、本發明提供了四層布線，在頂層和底層之間增設兩層隔離層地，降低了線間、線對的噪聲干擾，保證了了高速信號的高速率傳輸；

3、本發明的同軸視頻數據傳輸能達到的傳輸速率為3gbps，而現有技術中存在的最高速率是1.485gbps，在目前現有技術中的傳輸速率上提升了100％以上；

4、本發明在交直流電源部分采用全模保護以及對地放電管實現了交直流電源部分的二級防雷保護。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本發明實施例的限定。在附圖中：

圖1為本發明結構示意圖；

圖2為本發明pcb板層狀結構示意圖；

圖3和圖4為現有技術中防雷器的簡易電路圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發明作進一步的詳細說明，本發明的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本發明，并不作為對本發明的限定。

實施例1

如圖1所示，一種同軸高清電源視頻二合一防雷器，包括同軸視頻部分和交直流電源部分，同軸視頻部分包括雙向防雷通信模塊、對地放電管g3和對地放電管g4，對地放電管g3一端與雙向防雷通信模塊連接，其另一端接地；對地放電管g4一端與雙向防雷通信模塊連接，其另一端接地；對地放電管g3與對地放電管g4共同接地；

交直流電源部分包括兩個電源正極輸入端l1端和l2端、兩個電源負極輸入端n1端和n2端、溫度保險絲fu1、壓敏電阻v3、壓敏電阻v2、溫度保險絲fu2、壓敏電阻v1和對地放電管g5，l1端、溫度保險絲fu1、壓敏電阻v3、壓敏電阻v2、溫度保險絲fu2、n1端依次連接，所述對地放電管g5一端連接在壓敏電阻v3與壓敏電阻v2連接的線路上，其另一端與對地放電管g4共同接地；所述壓敏電阻v1一端同時連接n1端和n2端，其另一端連接在溫度保險絲fu1與壓敏電阻v3連接的線路上，壓敏電阻v1連接在溫度保險絲fu1與壓敏電阻v3連接的線路上的連接點記為節點e，同時這一端還與l2端連接。

雙向防雷通信模塊包括接口端子j1、接口端子j2，所述接口端子j1包括j1-1號接線端和j1-2號接線端，所述接口端子j2包括j2-1號接線端和j2-2號接線端，所述j1-1號接線端與j2-1號接線端通過信號線連接，該信號線記為a信號線；所述j1-2號接線端與j2-2號接線端通過信號線連接，該信號線記為b信號線，其特征在于，a信號線與b信號線之間設置有兩個橋路，兩個橋路并聯，其中，

靠近接口端子j1的橋路包括線間放電管g1、低電容二極管f1，所述線間放電管g1一端連接在b信號線上，線間放電管g1與b信號線的連接點記為節點c，線間放電管g1的另一端與低電容二極管f1一端連接；所述低電容二極管f1連接線間放電管g1端的另一端連接在a信號線上，低電容二極管f1與a信號線的連接點記為節點a；

靠近接口端子j2的橋路包括線間放電管g2、低電容二極管f2，所述線間放電管g2一端連接在a信號線上，線間放電管g2與a信號線的連接點記為節點b，線間放電管g2的另一端與低電容二極管f2一端連接；所述低電容二極管f2連接線間放電管g2端的另一端連接在b信號線上，低電容二極管f2與b信號線的連接點記為節點d；

所述對地放電管g3一端連接在a信號線上，對地放電管g3與a信號線的連接點處于節點a與節點b之間，對地放電管g3的另一端接地；所述對地放電管g4一端連接在b信號線上，對地放電管g4與b信號線的連接點處于節點c與節點d之間，對地放電管g4的另一端接地。節點a與低電容二極管f1之間的線路上還串聯有單向二極管d1，所述單向二極管d1的陽極與低電容二極管f1連接，所述單向二極管d1的陰極與節點a連接；節點d與低電容二極管f2之間的線路上還串聯有單向二極管d2，所述單向二極管d2的陽極與低電容二極管f2連接，所述單向二極管d2的陰極與節點d連接。

當接口端子j1與接口端子j2之間的信號頻率w≥10mhz或者接口端子j1與接口端子j2之間的傳輸速率r≥10mb/s，a信號線與b信號線之間的線對間等效電容cj≤60pf。

當接口端子j1與接口端子j2之間的信號頻率w≥100mhz或者接口端子j1與接口端子j2之間的傳輸速率r≥100mb/s，a信號線與b信號線之間的線對間等效電容cj≤20pf。

交直流電源部分還包括二極管d1、二極管d2和電阻r1，所述二極管d2的陽極連接在節點e與壓敏電阻v3連接的線路上；電阻r1一端與二極管d2的陰極連接，其另一端與二極管d1的陽極連接；二極管d1的陰極連接在壓敏電阻v2與溫度保險絲fu2連接的線路上。

低電容二極管f1和低電容二極管f2均采用selc08ci系列二極管。

線間放電管g2-g4：1206封裝，精度1％，90v

對地放電管g1-g2：1812封裝，精度1％，90v

對地放電管g5：1206封裝，精度1％，230v

低電容二極管：selc08ci系列，3216封裝，12.0ca

單向二極管：1210封裝，12.0ca

壓敏電阻：20d511或者20d560

溫度保險絲：set115℃，5a或10a

電阻：1206封裝，精度1％，3.3ω

如圖3和圖4所示，都是現有技術中防雷器的工作電路，都嚴格區分了進出方向，這就不符合雷電流流竄特點即不分方向；使用器件的放電管和tvs的電容都較大，這就限制了帶寬，達不到本發明能達到的高帶寬。

實施例2

本實施例與實施例1的區別在于，接口端子j1與接口端子j2之間的電路以及器件集成在pcb板上，如圖2所示，所述pcb板為四層結構，pcb板由上至下依次為頂層、pe1層、pe2層和底層，其中，靠近接口端子j1的橋路、靠近接口端子j2的橋路設置在底層和頂層。

整個pcb板厚度1.60±0.18mm，表面鍍層為化學鎳金。pcb板材為fr4與rogers4350射頻板材混合壓制而成。該板材的介質損耗在相同標準下測量，僅為0.0009，極低的介質損耗使其非常適用于要求最小化色散和損耗的高頻和寬頻段應用，其最高支持頻率可達ku波段甚至更高頻率。此外還具有極低的吸濕率，僅為0.02％，該特性使它成為高濕度環境應用的理想選擇。

頂層：由1/1oz銅箔結合接口端子引腳，布局1-2線對；

pe1層：由1/1oz銅箔對地放電泄流；

pe2層：由1/1oz銅箔對地放電泄流；

底層：由1/1oz銅箔結合接口端子引腳，布局1-2線對；

內外層中間設計2層隔離地，對數據高速傳輸的穿透性有很好保護。

pcb板上使用的銅箔厚度為1/1oz，即1盎司分之一。

以上所述的具體實施方式，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式而已，并不用于限定本發明的保護范圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。