補全先天缺陷

劉煜康　鄧威

由于打雷造成電器損壞具有非常大的隨機陸，有的人可能幾十年也不會遇到打雷損壞什么電子設備，而有的人可能一年要遇到好幾回。而不幸的是，多數PC電源廠商面對這種隨機事件的時候，選擇了放棄防雷、節省成本的做法。你愿意你的PC在雷雨天氣里祈求上天的概率而活嗎？倘若答案是否，那么不妨詳讀此文，我們要做的就是補全廠商在防雷方面的縮水，而且對具有較強動手能力的DIYer來說，方法并不困難……

“碰到雷雨天氣要趕緊關機”，估計是不少玩家的心理陰影。且不談現在使用PC怕被雷擊損壞，在小時候估計也因雷雨天看電視被長輩訓過多次。不知你有沒有想過，為什么雷電本無法進入室內，卻也會損壞電器呢？尤其是小時候，這是多數長輩們給不出來的答案，也是我們被強迫關機倍感委屈所在。

其實答案很簡單，雷擊的傷害并不只有直接擊中，還有一種叫做感應雷。它來自于雷電發生時產生的巨大電磁脈沖，你可以將其類比為大當量炸彈爆炸時伴隨的沖擊波。當電磁脈沖被導線感應到時，就會在該導線上產生感應電壓。感應電壓大小不等，當其大到上千伏時，我們通常將它稱為感應雷。極高的電壓帶給感應雷很大的能量，沿導線傳播，并損壞與該導線連接的電器。電源作為PC連接電網的入口，自然是感應雷影響的重災區。雖說跟PC相關的設備中，不僅僅只有電源受此影響，所有的閉合路徑都可能產生感應雷，包括網線以及信號天線等等。但對玩家來說，真正有意義的只有PC電源防雷，其他諸如防雷主板等產品只能是錦上添花。

為何說電源防雷比買防雷主板更重要？

針對安全概念，不少廠商已經推出過防雷主板，曾在過去一段時間成為主板功能的一大賣點。仔細分析，我們發現這類產品主要強化了I/O接口上的防“雷”能力。比如音頻口、網口、USB接口等。但由于主板上空間有限，防雷器件的體積都很小，沖擊耐受能量（以下簡稱為沖擊容量）相對有限。更多的是設計一種“強化的巨SD（靜電釋放）抵抗”來對待。相對比較有意義的是網口防雷。而家用環境中，多數情況是進戶線后面掛一個Modem，Modem再連路由器，路由器才直連PC。中間已經過了兩層電氣隔離，所以相對比較安全（正規的網絡設備在網絡接口上都會配備隔離變壓器，起到電氣隔離的作用）。如今進戶主要是光纖，感應雷風險就更加低了。在特殊應用領域則會配備更為專業的防雷電路設計。所以實際上能通過網線沖擊PC的感應雷，或者說高壓浪涌是比較少的。所以這類防雷主板的噱頭較重，實際定位比較尷尬，往往叫好不叫座。

防雷電源意義在于抵抗來自于AC電源線上的感應雷，與防雷主板的側重點并不相同，主要是通過在輸入線端口上增加防雷器件來實現防護功能。這也是絕大部分戶外用電器的做法，比如路燈、廣告屏等。這里需要指出的是，和巨SD產生的上萬伏的電壓而沒什么能量不同，感應雷上的高壓不僅只有高電壓，還具有非常大的能量。不少人玩過打火機里的點火器，別看它小，卻能產生高達6kV的高壓，但被它產生的6kV火花擊中完全不會傷人。與之相比，電網上的220V就算碰到一丁點也會產生強烈的觸電反應。而感應雷則是集兩者強項與一體，具有高壓、高能量的特點，破壞性較高。因此，本文將要指導大家DIY一個AC線防雷器，將它接駁在電源的入戶線口端，起到吸收雷擊能量傷害的作用。

DIY防雷器特點：

1、防雷效果出色。

2、結構簡單、制作非常容易。

3、適用于“所有”家庭環境。

4、不僅僅是保護PC，還能兼顧保護周圍的所有用電器。

電路原理簡介

在制作之前我們需要先講解一下原理。一個完整的AC線防雷器需包含兩重防雷，共模防雷與差模防雷。

差模防雷指火線零線之間的高壓抑制。比如我們用的交流電是220V，火線零線之間的峰值電壓差約為220×1.414=311V。但當雷擊發生時，可能在火線零線之間產生好幾千伏的能量脈沖，甚至有時是邊上有大型電機起停也會產生這樣的脈沖。差模雷一般損壞開關電源的原邊器件。所以差模防雷就是保護電源的原邊免受損壞。

共模防雷是指火線對地或零線對地之間的高壓抑制。相對差模雷來說，共模雷更常見也更加危險。它可以通過丫電容穿過原副邊隔離，跑到電源副邊的輸出電壓上去尋找對地的電流通路，同時破壞路徑上的所有器件。而副邊比較典型的對地電流通路就是主板上的聲卡輸出，或者顯卡輸出了。所以共模雷造成危害的典型特征是一壞就壞一大片，而不僅僅是電源。

一個簡單但不是非常嚴謹的理解就是：差模雷打死電源，共模雷打死該電源底接駁的所有電器。在PC領域內，我們能夠看見有一些電源里面會有一點差模防雷，但是基本上所有電源都不具備共模防雷。

原理由圖2所示。它由MOV1與MOV2并聯組成差模防雷，由MOV3-GDT與MOV4-GDT組成共模防雷。MOV，metal-oxide-varistor的縮寫，即金屬氧化物壓敏電阻，它的反應速度合適，能量等級也比較高，缺點就是經受過較多次的沖擊以后會產生漏電流，最大鉗位電壓也難以超過1000V。GDT是GaS discharge tube的縮寫，即氣體放電管，它的原理就是大家生活中常見的熒光燈管。GDT吸收電壓高，耐沖擊能力非常強，不會有漏電流，性能也不會劣化，但是反應速度偏慢，而且在輝光放電后有一段較長的持續導通時間。

由于各種防雷器件特性不同，一個綜合性能優秀的防雷器肯定會是好幾種防雷器件的組合。本電路中，MOV1與MOV2并聯，扛電流能力翻倍。它們串聯在保險絲上，一方面為了防止巨量過壓過流時MOV擊穿產生明火，另一方面防止器件劣化后的漏電流過大消耗大量電能，導致發熱起火。同時，與保險絲串聯的LED支路起到指示燈的作用，在保險絲熔斷后能夠發光顯示，提醒用戶及時維護。MOV3、MOV4與GDT串聯則是速度互補。另外MOV能夠夾斷GDT在輝光后的持續導通，GDT也能阻擋MOV的對地漏電流。如果使用的器件正規，這樣一個防雷器的吸收能力達到差模6kV，共模10kV。endprint

制作要點

Step1：打磨電路板

電路原理圖非常簡單，筆者也提供一個器件擺放方式，如圖6。在動手之前，我們必需將MOV與GDT底部的萬用板鏤空，并去掉除了連線以外的多余焊盤，以增加爬電距離、避免高壓拉弧。這就需要先將所有的器件插到萬用板上，用記號筆圈出所用的焊點，畫上連線和開槽的位置。畫好后拆下器件，用小刀等工具將萬用板上的銅焊盤刮掉，注意要刮干凈。然后在一些距離較近的位置開槽處理。搞破壞的方法與工具多種多樣，大家可以即興發揮。

Step2：包裹熱縮套管

接下來為所有的元器件都包上一層熱縮套管（如圖8），防止高能擊碎時傷害到人或物。其中體積較大的MOV不方便為其包套管的話，用電工膠布纏上幾圈也可以。處理好后將它們裝到板子上，導線連通就完成了防雷器的主體（如圖9、10）。需要注意的是焊點要焊牢，導線用稍粗一點的，避免在防雷器吸收能量時被幾千安培的電流熔斷。當然，為了方便和安全，給輸入接線做一個插頭是最好的選擇。

Step3：線路檢驗

仔細檢查線路，無誤的話接下來是上電嘗試。雖然電路簡單，但還是進行檢測避免裝錯或者買到劣質零件。否則冒然給防雷器上電使用可能會導致損失。這一步涉及到220V危險電壓，所以大家需要注意安全。在通電檢驗前，必須確認現場可以承受跳閘的風險（比如白天，沒有什么家用電器工作時）。首先找兩個有開關的插排，保持插排關閉狀態，插排1接在電網端，插排2接在插排1上并下掛防雷器。然后將插排2的開關打開，用個小箱子把插排2與防雷器罩起來，小箱子開個小洞保證能夠看見防雷器的LED燈。接下來打開插排1的開關，給防雷器通電。正常情況下，除了指示燈亮起以外不會出現任何的現象。持續上電3-5分鐘，LED燈應該是持續亮起的。斷電，2秒后用手觸摸防雷器的器件，沒有任何器件發熱說明一切正常，這就算制作成功了。這里筆者將準備過程說得小心翼翼有點嚇人，其實正確操作并沒有這么可怕，只是本著安全第一為大家提醒。

Step4：裝盒待用

經過測試后，剩下的就是找一個大小合適的絕緣盒子將我們DIY的防雷器裝起來，不僅為了好看也為了安全和更可靠。盒子可以是不用的塑料小瓶，當然如果有條件的話盡量用RTV膠，或者熱熔膠將它灌封。最后還需要接駁一公口、一母口插座，公口連接插線板，母口直接接駁電源，把LNE三條線對應的接到插座上就可以長期使用了（如圖11所示）。在電路上看來所有的用電器都是并聯在電網上的，所以一只防雷器可以守護不止一個電器。另由于該防雷器容量冗余非常的大，在室內使用的情況下，這樣一個防雷器用上十好幾年都是很可能的。

效果驗證

為了驗證DIY防雷器的效果，筆者貢獻出自己的一臺電源為大家了做個示范。實驗用雷擊浪涌發生器與耦合網絡產生人工雷擊，同時需要一個專用的隔離電源來把試驗區域與電網隔離開來。由于該防雷器已經是成熟的設計，筆者就直接上差模6kV、共模10kV的高指標為讀者們進行演示，這個指標對于室內應用而言基本上是不會出現的高能量級別。

差模分正負脈沖每30秒一次共打12次，共模也是每30秒一次打16次，打雷期間機器是上電工作的。6kV差模打下來測量到的最大電流是兩千余安培，10kV共模測量到的最大電流是千余安培。打完一輪雷擊下來機器沒有損壞，負載上面也沒有發現過高的電壓，除了共模雷擊釋放時GDT發生輝光放電以外，全程并沒有什么特別的事情發生。事實上為了抓拍到效果理想的示意圖，筆者又額外打了好幾輪。最后防雷器和機器均沒有損壞，甚至毫無沖擊抵抗能力的LED指示燈也沒有損壞。可見該防雷器是很皮實的。

接下來把防雷器去掉，為了避免損壞儀器，筆者將放電等級調低至4kV差模、6kV共模再打一輪。結果在差模第4個脈沖的時候，X電容爆裂，但機器尚能夠正常工作。第六個脈沖時機器連續出現3處火花，停止了工作——顯然壞得不輕。由于機器還沒挺過差模實驗就已經死亡，所以共模雷擊就沒有進行實驗。拆解分析發現PFC控制芯片表面燒焦、MOS管擊穿、保險絲熔斷，三處火花由此來，仔細看母線電容也輕微鼓起，估計還有更多損壞部位。前后對比，可知DIY防雷器的優秀效果。

很顯然，經過我們的驗證，該防雷器確實能起到防雷的作用。但是由于鉗位電壓依然高于電網電壓，所以一些劣質或者設計不完善的電器還是有可能被打雷損壞。“任何防雷設備都不可能做到100%的防護”這一點是業界公認的。所以筆者并不敢肯定有它之后，你的所有家電都能固若金湯，但至少風險已經大大降低，且DIY操作并不復雜，為自己的設備增加一層保護何樂而不為呢？endprint