補(bǔ)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(jī)陸，有的人可能幾十年也不會(huì)遇到打雷損壞什么電子設(shè)備，而有的人可能一年要遇到好幾回。而不幸的是，多數(shù)PC電源廠商面對(duì)這種隨機(jī)事件的時(shí)候，選擇了放棄防雷、節(jié)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(bǔ)全廠商在防雷方面的縮水，而且對(duì)具有較強(qiáng)動(dòng)手能力的DIYer來說，方法并不困難……

“碰到雷雨天氣要趕緊關(guān)機(jī)”，估計(jì)是不少玩家的心理陰影。且不談現(xiàn)在使用PC怕被雷擊損壞，在小時(shí)候估計(jì)也因雷雨天看電視被長(zhǎng)輩訓(xùn)過多次。不知你有沒有想過，為什么雷電本無法進(jìn)入室內(nèi)，卻也會(huì)損壞電器呢？尤其是小時(shí)候，這是多數(shù)長(zhǎng)輩們給不出來的答案，也是我們被強(qiáng)迫關(guān)機(jī)倍感委屈所在。

其實(shí)答案很簡(jiǎn)單，雷擊的傷害并不只有直接擊中，還有一種叫做感應(yīng)雷。它來自于雷電發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的巨大電磁脈沖，你可以將其類比為大當(dāng)量炸彈爆炸時(shí)伴隨的沖擊波。當(dāng)電磁脈沖被導(dǎo)線感應(yīng)到時(shí)，就會(huì)在該導(dǎo)線上產(chǎn)生感應(yīng)電壓。感應(yīng)電壓大小不等，當(dāng)其大到上千伏時(shí)，我們通常將它稱為感應(yīng)雷。極高的電壓帶給感應(yīng)雷很大的能量，沿導(dǎo)線傳播，并損壞與該導(dǎo)線連接的電器。電源作為PC連接電網(wǎng)的入口，自然是感應(yīng)雷影響的重災(zāi)區(qū)。雖說跟PC相關(guān)的設(shè)備中，不僅僅只有電源受此影響，所有的閉合路徑都可能產(chǎn)生感應(yīng)雷，包括網(wǎng)線以及信號(hào)天線等等。但對(duì)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(chǎn)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(duì)安全概念，不少?gòu)S商已經(jīng)推出過防雷主板，曾在過去一段時(shí)間成為主板功能的一大賣點(diǎn)。仔細(xì)分析，我們發(fā)現(xiàn)這類產(chǎn)品主要強(qiáng)化了I/O接口上的防“雷”能力。比如音頻口、網(wǎng)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(jiǎn)稱為沖擊容量）相對(duì)有限。更多的是設(shè)計(jì)一種“強(qiáng)化的巨SD（靜電釋放）抵抗”來對(duì)待。相對(duì)比較有意義的是網(wǎng)口防雷。而家用環(huán)境中，多數(shù)情況是進(jìn)戶線后面掛一個(gè)Modem，Modem再連路由器，路由器才直連PC。中間已經(jīng)過了兩層電氣隔離，所以相對(duì)比較安全（正規(guī)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)接口上都會(huì)配備隔離變壓器，起到電氣隔離的作用）。如今進(jìn)戶主要是光纖，感應(yīng)雷風(fēng)險(xiǎn)就更加低了。在特殊應(yīng)用領(lǐng)域則會(huì)配備更為專業(yè)的防雷電路設(shè)計(jì)。所以實(shí)際上能通過網(wǎng)線沖擊PC的感應(yīng)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(shí)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(yīng)雷，與防雷主板的側(cè)重點(diǎn)并不相同，主要是通過在輸入線端口上增加防雷器件來實(shí)現(xiàn)防護(hù)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(chǎn)生的上萬伏的電壓而沒什么能量不同，感應(yīng)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(jī)里的點(diǎn)火器，別看它小，卻能產(chǎn)生高達(dá)6kV的高壓，但被它產(chǎn)生的6kV火花擊中完全不會(huì)傷人。與之相比，電網(wǎng)上的220V就算碰到一丁點(diǎn)也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的觸電反應(yīng)。而感應(yīng)雷則是集兩者強(qiáng)項(xiàng)與一體，具有高壓、高能量的特點(diǎn)，破壞性較高。因此，本文將要指導(dǎo)大家DIY一個(gè)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(diǎn)：

1、防雷效果出色。

2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作非常容易。

3、適用于“所有”家庭環(huán)境。

4、不僅僅是保護(hù)PC，還能兼顧保護(hù)周圍的所有用電器。

電路原理簡(jiǎn)介

在制作之前我們需要先講解一下原理。一個(gè)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(dāng)雷擊發(fā)生時(shí)，可能在火線零線之間產(chǎn)生好幾千伏的能量脈沖，甚至有時(shí)是邊上有大型電機(jī)起停也會(huì)產(chǎn)生這樣的脈沖。差模雷一般損壞開關(guān)電源的原邊器件。所以差模防雷就是保護(hù)電源的原邊免受損壞。

共模防雷是指火線對(duì)地或零線對(duì)地之間的高壓抑制。相對(duì)差模雷來說，共模雷更常見也更加危險(xiǎn)。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(duì)地的電流通路，同時(shí)破壞路徑上的所有器件。而副邊比較典型的對(duì)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(gè)簡(jiǎn)單但不是非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦斫饩褪牵翰钅＠状蛩离娫矗材＠状蛩涝撾娫吹捉玉g的所有電器。在PC領(lǐng)域內(nèi)，我們能夠看見有一些電源里面會(huì)有一點(diǎn)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(lián)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(yīng)速度合適，能量等級(jí)也比較高，缺點(diǎn)就是經(jīng)受過較多次的沖擊以后會(huì)產(chǎn)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(qiáng)，不會(huì)有漏電流，性能也不會(huì)劣化，但是反應(yīng)速度偏慢，而且在輝光放電后有一段較長(zhǎng)的持續(xù)導(dǎo)通時(shí)間。

由于各種防雷器件特性不同，一個(gè)綜合性能優(yōu)秀的防雷器肯定會(huì)是好幾種防雷器件的組合。本電路中，MOV1與MOV2并聯(lián)，扛電流能力翻倍。它們串聯(lián)在保險(xiǎn)絲上，一方面為了防止巨量過壓過流時(shí)MOV擊穿產(chǎn)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(dǎo)致發(fā)熱起火。同時(shí)，與保險(xiǎn)絲串聯(lián)的LED支路起到指示燈的作用，在保險(xiǎn)絲熔斷后能夠發(fā)光顯示，提醒用戶及時(shí)維護(hù)。MOV3、MOV4與GDT串聯(lián)則是速度互補(bǔ)。另外MOV能夠夾斷GDT在輝光后的持續(xù)導(dǎo)通，GDT也能阻擋MOV的對(duì)地漏電流。如果使用的器件正規(guī)，這樣一個(gè)防雷器的吸收能力達(dá)到差模6kV，共模10kV。endprint

制作要點(diǎn)

Step1：打磨電路板

電路原理圖非常簡(jiǎn)單，筆者也提供一個(gè)器件擺放方式，如圖6。在動(dòng)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(hào)筆圈出所用的焊點(diǎn)，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(fā)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(shí)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(dǎo)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(diǎn)要焊牢，導(dǎo)線用稍粗一點(diǎn)的，避免在防雷器吸收能量時(shí)被幾千安培的電流熔斷。當(dāng)然，為了方便和安全，給輸入接線做一個(gè)插頭是最好的選擇。

Step3：線路檢驗(yàn)

仔細(xì)檢查線路，無誤的話接下來是上電嘗試。雖然電路簡(jiǎn)單，但還是進(jìn)行檢測(cè)避免裝錯(cuò)或者買到劣質(zhì)零件。否則冒然給防雷器上電使用可能會(huì)導(dǎo)致?lián)p失。這一步涉及到220V危險(xiǎn)電壓，所以大家需要注意安全。在通電檢驗(yàn)前，必須確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)可以承受跳閘的風(fēng)險(xiǎn)（比如白天，沒有什么家用電器工作時(shí)）。首先找兩個(gè)有開關(guān)的插排，保持插排關(guān)閉狀態(tài)，插排1接在電網(wǎng)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(guān)打開，用個(gè)小箱子把插排2與防雷器罩起來，小箱子開個(gè)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(guān)，給防雷器通電。正常情況下，除了指示燈亮起以外不會(huì)出現(xiàn)任何的現(xiàn)象。持續(xù)上電3-5分鐘，LED燈應(yīng)該是持續(xù)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(fā)熱說明一切正常，這就算制作成功了。這里筆者將準(zhǔn)備過程說得小心翼翼有點(diǎn)嚇人，其實(shí)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(jīng)過測(cè)試后，剩下的就是找一個(gè)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(dāng)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(duì)應(yīng)的接到插座上就可以長(zhǎng)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(lián)在電網(wǎng)上的，所以一只防雷器可以守護(hù)不止一個(gè)電器。另由于該防雷器容量冗余非常的大，在室內(nèi)使用的情況下，這樣一個(gè)防雷器用上十好幾年都是很可能的。

效果驗(yàn)證

為了驗(yàn)證DIY防雷器的效果，筆者貢獻(xiàn)出自己的一臺(tái)電源為大家了做個(gè)示范。實(shí)驗(yàn)用雷擊浪涌發(fā)生器與耦合網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生人工雷擊，同時(shí)需要一個(gè)專用的隔離電源來把試驗(yàn)區(qū)域與電網(wǎng)隔離開來。由于該防雷器已經(jīng)是成熟的設(shè)計(jì)，筆者就直接上差模6kV、共模10kV的高指標(biāo)為讀者們進(jìn)行演示，這個(gè)指標(biāo)對(duì)于室內(nèi)應(yīng)用而言基本上是不會(huì)出現(xiàn)的高能量級(jí)別。

差模分正負(fù)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(jī)器是上電工作的。6kV差模打下來測(cè)量到的最大電流是兩千余安培，10kV共模測(cè)量到的最大電流是千余安培。打完一輪雷擊下來機(jī)器沒有損壞，負(fù)載上面也沒有發(fā)現(xiàn)過高的電壓，除了共模雷擊釋放時(shí)GDT發(fā)生輝光放電以外，全程并沒有什么特別的事情發(fā)生。事實(shí)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(jī)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(shí)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(jí)調(diào)低至4kV差模、6kV共模再打一輪。結(jié)果在差模第4個(gè)脈沖的時(shí)候，X電容爆裂，但機(jī)器尚能夠正常工作。第六個(gè)脈沖時(shí)機(jī)器連續(xù)出現(xiàn)3處火花，停止了工作——顯然壞得不輕。由于機(jī)器還沒挺過差模實(shí)驗(yàn)就已經(jīng)死亡，所以共模雷擊就沒有進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。拆解分析發(fā)現(xiàn)PFC控制芯片表面燒焦、MOS管擊穿、保險(xiǎn)絲熔斷，三處火花由此來，仔細(xì)看母線電容也輕微鼓起，估計(jì)還有更多損壞部位。前后對(duì)比，可知DIY防雷器的優(yōu)秀效果。

很顯然，經(jīng)過我們的驗(yàn)證，該防雷器確實(shí)能起到防雷的作用。但是由于鉗位電壓依然高于電網(wǎng)電壓，所以一些劣質(zhì)或者設(shè)計(jì)不完善的電器還是有可能被打雷損壞?！叭魏畏览自O(shè)備都不可能做到100%的防護(hù)”這一點(diǎn)是業(yè)界公認(rèn)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(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)大大降低，且DIY操作并不復(fù)雜，為自己的設(shè)備增加一層保護(hù)何樂而不為呢？endprint