電子通訊設備的可靠性設計

朱振業

摘 要

進入21世紀以后，我國電子通訊行業發展突飛猛進，市場行業競爭力與需求越來越大，設備的更新換代頻率也在不斷加快。在這種背景下，電子通訊設備的可靠性設計技術就成為關鍵，如何才能確保電子通訊設備在更加安全的技術環境下良好運營發展，本文將以電子通訊設備的雷擊浪涌可靠性保護設計為主展開論述。

【關鍵詞】電子通訊設備 可靠性設計 雷擊浪涌保護 技術分析

目前，電子通訊設備的種類正在不斷增多，它們都對電子設備的運行質量及維護質量提出更高要求，考慮到電子通訊設備體系結構較為精密脆弱，所以對它的可靠性設計必須基于多方面考慮，提出科學的可靠性設計策略。

1 電子通訊設備的雷擊浪涌可靠性保護技術設計

1.1 雷電浪涌效應對電子通訊設備的危害概述

通常情況下，電子通訊設備非常忌憚雷擊浪涌效應，因為他會為設備及相關建筑物、信號電纜、輸電線路以及操作人員本身帶來極大傷害，直接導致設備故障通訊中斷甚至將設備燒毀，造成財產乃至人身生命損失。具體來講，雷電浪涌能夠對結構物、建筑物直接放電，這會嚴重影響到電子通訊設備，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，所以可能會在設備鄰近導體上產生強烈的電磁感應電壓，它會直接侵襲電子通訊設備架空線路與地下電纜附屬設備。例如閃電所產生的雷電電磁脈沖LEMP就會嚴重干擾電子通訊設備的正常工作運行，還會造成電子通訊設備中絕緣體元器件的擊穿與參數劣化，最終導致元器件失效，設備癱瘓。為了減少雷擊浪涌效應所帶來的巨大損失，必須對電子通訊設備進行雷擊浪涌可靠性保護技術設計。

1.2 電子通訊設備對雷擊浪涌可靠性保護設計的基本要求提出

電子通訊設備針對雷擊浪涌進行可靠性保護設計時要遵循以下4點要求：

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

（2）要充分考慮雷擊效應瞬間所產生的電流電壓過大問題，因此針對電子通訊設備的防雷設備千萬不能采用系統工作地線來作為雷電流泄放通道接線，應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備時，應該用接地線分別將保護地、工作地與機殼共同連接引導到接地匯集線位置。而如果是較小的電子通訊設備，則要考慮將上述3者相連專門用地線將他們引導至接地匯集線方面。

（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相互連接，因此電子通訊設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線，需要注意的是，銅導線與扁鋼的連接處應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計技術方案

一般來說，基于雷擊浪涌效應保護的可靠性設計技術方案主要要借助電子設備重要接口，利用二級保護措施來保護設備本身。以設計技術方案來看，它必須圍繞3種器件來實現保護體系構建，它們分別為正溫度系數熱敏電阻PTC、瞬態電壓抑制器TVS以及鉗位二極管。

首先說正溫度系數熱敏電阻PTC，它又叫做自復保險絲，對它的選擇應該基于設備線路平均工作電流及工作電壓來選擇。通常PTC的環境溫度選擇應該20～22℃為基礎標準，如果設備內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備內部最高溫度來檢查電流折減率，最后計算設備的額定電流計算值：

IU=1/電流折減率

在選擇PTC時，應該先模擬用戶電路平均工作電流和工作電壓，保證設備內部最高溫度控制在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，要確定電子通訊設備內部線路電壓，并考慮設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，保證元器件在環境溫度60℃，電流折減率在64%的環境下工作。

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晴電和它的鈴流發生器峰值電壓v，在此基礎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。在可靠性保護設計過程中，設置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 電子通訊設備的其它可靠性設計技術簡析

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

在降額設計方面，主要是針對設備中電子元器件的過多故障所提出的。如果設備元器件的工作應力低于額定值，那么電子元器件的設備故障率機會有所降低，其設備可靠性也會有所上升，反之。因此在電子通訊設備的可靠性設計中應該優先考慮降額設計，確保設備工作應力小于而定設計值。

電磁兼容設計則主要針對目前電子通訊設備的電磁頻譜緊張問題與電磁頻譜兼容問題而提出的。它主要基于接地設計、屏蔽設計和濾波設計展開，在電氣設備的電子環境中，根據電磁環境不會侵擾其它設備的基本原則來搭建防護體系。就目前電子通訊設備的發展現狀來看，電磁兼容所產生的輻射率越來越高，所以需要對電子通訊設備進行行之有效的輻射抑制，因此電磁兼容設計就會重點考慮它的設計、接地與布線等問題，對設備的可靠性保護非常關鍵。

3 總結

電子通訊設備技術先進且精密，需要提高對它的安全保護意識，避免由內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備可靠性保護的設計技術，希望解決制約設備安全運行的主要障礙，全面提升電子通訊設備的整體安全質量。

參考文獻

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[2]龔禧.關于電子通訊設備的可靠性設計技術研究[J].數碼世界，2016（11）：69-70.