CN102299512A - 一种采用bod元件的大容量电容器过电压保护电路 - Google Patents

一种采用bod元件的大容量电容器过电压保护电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种采用BOD元件的大容量电容器过电压保护电路,过压保护电路包括大容量BOD1元件、储能电容C1和C2、二极管D1和D2、分压电阻R1和R2、回路放电电阻R3、限流电阻R4和R5以及晶闸管Q1;R1和R2并联;在R1和R2之间的连接线上依次连接有二极管D1、BOD1元件、R4和R5;C1连接在二极管D1的左侧;R3连接在BOD1元件和R4之间;C2连接在R4和R5之间;D2连接在R5的左侧;R2、C1、R3、C2和D2依次并联;Q1和D2并联;本发明提供的电路可在保护电压值时连续触发。

Description

一种采用BOD元件的大容量电容器过电压保护电路
技术领域
[0001] 本发明涉及一种电路,具体讲涉及一种采用BOD元件的大容量电容器过电压保护电路。
背景技术
[0002] 一种采用BOD元件保护晶闸管过电压电路原理图见图1。BOD元件常用于此保护电路中。而且BOD元件可多个串联,以达到合理的保护电压值。BOD元件伏安特性见图2。 图2中的Vm即是BOD元件的动作值,当BOD元件两端电压低于Vto时,流过BOD元件的漏电流很小,约IOOuA左右,当BOD元件两端电压达到Vto时,且流过其电流Im达到约15mA时, BOD元件导通,其两端电压Vh为约4〜6V,流过其电流最大可达0. 9A,具体电流看电路中的限流电阻及电压。
[0003] 参见图1,当晶闸管T端电压超过保护整定值时,BOD元件将被击穿,电容C2充电, 当C2两端电压超过D4稳压管的值时,D4被击穿,将触发晶闸管T的门极,使晶闸管T导通, 晶闸管T两端的电压迅速下降,当其电压小于BOD元件的击穿电压时BOD元件关断,不会再有触发门电流发出。
[0004] 晶闸管T承受的电压有限,所以合理的选择BOD元件的参数,可使得在晶闸管T承受危险的电压之前通过BOD元件将晶闸管T触发导通,避免损坏晶闸管T。
[0005] 以上的常规保护电路在晶闸管T过压时,BOD元件导通将触发晶闸管,晶闸管T两端电压迅速下降,所以在R1上消耗的功率较小,R1可用较小体积的电阻。而如果被保护的是一个大容量电容器,且在电容器过电压时,BOD动作后不能迅速将大容量电容器上的电压降为0,只是将大容量电容器的充电回路切断,导致大容量电容器上的电压将维持较长一段时间,那么R1上消耗的功率将会较大,R1必须用较大体积的电阻才能实现,这就增大了电路板的体积。且不同的保护电压值要用不同的BOD元件,这就使得在工程应用中较为麻烦。
发明内容
[0006] 本发明的目的是为了解决以上的两个问题,采用BOD元件的大容量电容器过电压保护电路,来保护大容量电容器的过电压。
[0007] 本发明采用下述技术方案予以实施:
[0008] 一种采用BOD元件的大容量电容器过电压保护电路,其改进之处在于,所述过电压保护电路包括BODl元件、储能电容、二极管、分压电阻、回路放电电阻、限流电阻及晶闸管Q1。
[0009] 本发明提供的一种优选的技术方案是:所述储能电容包括Cl和C2,所述二极管包括Dl和D2,所述分压电阻包括Rl和R2,所述回路放电电阻为R3,所述限流电阻包括R4和 R5 ;所述分压电阻Rl和R2并联;在所述分压电阻Rl和R2之间的连接线上依次连接有二极管Dl、BODl元件、限流电阻R4和R5 ;所述储能电容Cl连接在二极管Dl的左侧;所述回路放电电阻R3连接在BODl元件和限流电阻R4之间;所述储能电容C2连接在限流电阻R4和R5之间;所述二极管D2连接在限流电阻R5的左侧;所述分压电阻R2、储能电容Cl、回路放电电阻R3、储能电容C2和二极管D2依次并联;所述晶闸管Ql和二极管D2并联。
[0010] 本发明提供的第二优选的技术方案是:所述过电压保护电路具有连续发出触发特性。
[0011] 本发明提供的第三优选的技术方案是:根据公式Rl = υ2/Ρ来确定所述分压电阻 R1,所述U为当C1、R2或者所述过电压保护电路的其他元件短路时Rl承受最高的保护电压值;功率P为6W。
[0012] 本发明提供的第四优选的技术方案是:根据公式Vbq = U*R2/(R1+R2)来确定所述分压电阻R2,所述Vbq为BODl元件的动作值。
[0013] 本发明提供的第五优选的技术方案是:所述储能电容Cl的值为3XVto ;根据公式 Cl * Vb20 /2=C2 *152/2计算所述储能电容C2。
[0014] 本发明提供的第六优选的技术方案是:所述回路放电电阻R3为Ik〜证欧姆。
[0015] 本发明提供的第七优选的技术方案是:所述限流电阻R4为1〜5欧姆;所述限流电阻R5为2〜10欧姆,功率选择为6W。
[0016] 本发明提供的第八优选的技术方案是:所述二极管Dl选择反相电压较高的快恢复二极管;所述二极管D2选择肖特基二极管。
[0017] 与现有技术相比,本发明达到的有益效果是:
[0018] (1)本发明提供的采用BOD元件的大容量电容器过电压保护电路,可保护大容量电容器,其过压后持续一段较长时间,此时过电压保护电路不能损坏;
[0019] (2)本发明提供的采用BOD元件的大容量电容器过电压保护电路可调整一个电阻值,即可设定不同的电压保护值;
[0020] (3)本发明提供的采用BOD元件的大容量电容器过电压保护电路,可在保护电压值时连续触发;
[0021] (4)本发明提供的采用BOD元件的大容量电容器过电压保护电路,其能量取自被保护的大容量电容器。
附图说明
[0022] 图1是大容量电容器C采用BOD元件保护晶闸管过电压电路原理图;
[0023] 图2是采用BOD元件保护晶闸管过电压电路中BOD元件动作伏安特性示意图;
[0024] 图3是本发明采用BOD元件的大容量电容的过电压保护电路原理图;
[0025] 图4是Cl两端的单次触发波形图;
[0026] 图5是Cl两端的连续触发波形图;
[0027] 图6是C1、C2两端波形图。
具体实施方式
[0028] 下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
[0029] BOD元件为击穿二极管,为Breakover Diodes的缩写。图3是采用BOD元件的大容量电容的过电压保护电路原理图,包括BODl元件、储能电容Cl和C2、二极管Dl和D2、分压电阻Rl和R2、回路放电电阻R3、限流电阻R4和R5以及晶闸管Ql ;分压电阻Rl和R2并联;在分压电阻Rl和R2之间的连接线上依次连接有二极管D1、B0D1元件、限流电阻R4和 R5 ;储能电容Cl连接在二极管Dl的左侧;回路放电电阻R3连接在BODl元件和限流电阻R4 之间;储能电容C2连接在限流电阻R4和R5之间;二极管D2连接在限流电阻R5的左侧; 分压电阻R2、储能电容Cl、回路放电电阻R3、储能电容C2和二极管D2依次并联;晶闸管Ql
和二极管D2并联。
[0030] 大容量电容器C连接在过电压保护电路的左端,以起到保护大容量电容器C的作用。
[0031] 采用BOD元件的大容量电容的过电压保护电路的工作原理为:确定保护电压值后,确定分压电阻R1、R2的值,使得R2的分压值等于BODl元件动作值,BODl元件动作后将 Cl上储存的能量通过R4传递给C2,C的电容值远大于Cl,那么C2上的电压就远小于Cl,在通过限流电阻R5触发晶闸管,使得晶闸管导通,切断给电容器充电的回路。如果大容量电容器上的电压在保护值以上,那么本电路可连续发出触发晶闸管脉冲,连续时间间隔约为t =R1*C1充电时间常数。
[0032] 本电路不需要大功率电阻,减小了电路板的尺寸。BOD元件选用一种常用型号,调整电路中电阻即可完成不同保护电压的目的,调整电阻值比选用不同动作值的BOD元件方便而且精确。其难点就是本电路中的组容元件参数的选择。
[0033] 本电路参数的选择如下:
[0034] (I)Rl参数的选择:当确定保护电压值U后,先确定Rl的值,根据公式Rl = U2/P 来确定,其中P选择6W,此方法选择Rl值是考虑当Cl、R2或者其他元件短路时Rl要承受最高的保护电压值U,在承受此电压值的情况下Rl要正常工作,不能过功率、不能燃烧。
[0035] (2) R2参数的选择:当确定Rl后,根据公式Vbq = U*R2/ (R1+R2)来确定R2的值, 其中Vbq为BODl元件的动作值已确定,U保护电压值已确定,Rl在(1)中已经确定,R2选择功率为6W的电阻。
[0036] (3)Cl参数的选择:为了安全考虑,Cl的耐压值选择为3XVto。电容值选择在此电压下合适的电容值,因为BODl元件在通过15mA时工作最可靠,所以选择合适的Cl容值。 如果Cl的容值选用在此电压等级下的最大容值仍不够大,可考虑2个或者多个并联以增大容值。Cl两端的单次触发波形和连续触发波形如图4和5所示。
[0037] (4)R3参数的选择:R3为回路放电电阻,其值要远大于(R4+R5)的值,如果R3的值与(R4+R5)的值相当,那么将会有一半的能量消耗在R3上,导致不能触发晶闸管,同时R3 的体积也会增大。一般选择Ik〜证欧姆左右。
[0038] (5) R4参数的选择:R4为限流电阻,通过R4,将Cl上的能量传递给C2,同时通过R5 触发晶闸管。R4不能选择太大,否则影响及时性,且功耗增加,R4的功率选择为6W,其阻值选择为1〜5欧姆。
[0039] (6)C2参数的选择:因为触发晶闸管门极电压不需要太高,所以C2上的电压控制在15V左右,C2的耐压值可选择63V,3倍以上的裕量。C2的容值可根据公式: Cl*VB2Q/2=C2*152/2计算,其中Cl、Vbo已确定,那么C2可计算确定,C2可适当选择偏小的值,因为部分能量要触发晶闸管。如图6所示,上面的波形为Cl两端的波形,下面的波形为 C2两端的波形。
[0040] (7)R5参数的选择:R5为触发晶闸管门极的限流电阻,其阻值不能太大,否则影响触发电流太小,不能触发导通晶闸管,选择2〜10欧姆,功率选择为6W。
[0041] (S)Dl参数的选择:D1的主要功能是防止BODl元件承受反相电压是被击穿损坏, 因为BODl元件承受反相电压大约既几十伏左右,所以加入D1,用于保护BODl元件,选择反相电压较高的快恢复二极管,如FR307等。
[0042] (9)D2参数的选择:D2为保护晶闸管Ql的二极管,防止晶闸管Ql的阴极电压高于门极电压而损坏晶闸管Ql的门极,需要导通压降要低,反相电压要求不高,所以选择肖特基二极管,如SR206。
[0043] 本发明提供的保护电路,保护的是一个大容量电容器过电压,电容器的容量约为 6mF,正常工作电压值约为1. 3kVDC,过电压保护值整定为2kVDC。当电容器上的电压超过了 2kVDC,保护电路动作,切断给电容器充电的回路,电容器上的电压不再上升,并通过与其并联的约40k欧姆电阻开始放电,直到电容器上的电荷放完为止。
[0044] 本发明提供的电路是当电容器过电压时的可靠动作,而且电容器的能量较大,其放电时间较长,在较长的一段时间内本电路需要承受较高的电压,在此期间,本电路不能损坏,以确保在下一次过压时又能可靠动作。
[0045] 本发明提供的电路用晶闸管作为切断给电容器充电回路中的开关器件,当电容器过电压时本电路要连续触发晶闸管,让其导通,直到切断电容器充电回路为止。
[0046] 如图5所示,图5为电容器Cl 一直过压时的连续触发特性,图5只是显示了 2个完整波形,如果电容器Cl 一直过压,那么将一直连续触发,直到切断给电容器Cl充电回路为止。
[0047] 最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换,这些变更、修改或者等同替换,其均在其申请待批的权利要求范围之内。

Claims (9)

1. 一种采用BOD元件的大容量电容器过电压保护电路,其特征在于,所述过电压保护电路包括BODl元件、储能电容、二极管、分压电阻、回路放电电阻、限流电阻及晶闸管Q1。
2.如权利要求1所述的采用BOD元件的大容量电容器过电压保护电路,其特征在于, 所述储能电容包括Cl和C2,所述二极管包括Dl和D2,所述分压电阻包括Rl和R2,所述回路放电电阻为R3,所述限流电阻包括R4和R5 ;所述分压电阻Rl和R2并联;在所述分压电阻Rl和R2之间的连接线上依次连接有二极管D1、B0D1元件、限流电阻R4和R5 ;所述储能电容Cl连接在二极管Dl的左侧;所述回路放电电阻R3连接在BODl元件和限流电阻R4之间;所述储能电容C2连接在限流电阻R4和R5之间;所述二极管D2连接在限流电阻R5的左侧;所述分压电阻R2、储能电容Cl、回路放电电阻R3、储能电容C2和二极管D2依次并联; 所述晶闸管Ql和二极管D2并联。
3.如权利要求1所述的采用BOD元件的大容量电容器过电压保护电路,其特征在于,所述过电压保护电路具有连续发出触发特性。
4.如权利要求1所述的采用BOD元件的大容量电容器过电压保护电路,其特征在于,根据公式Rl = U2ZP来确定所述分压电阻R1,所述U为当Cl、R2或者所述过电压保护电路的其他元件短路时Rl承受最高的保护电压值;功率P为6W。
5.如权利要求3所述的采用BOD元件的大容量电容器过电压保护电路,其特征在于,根据公式Vbq = U*R2/(R1+R2)来确定所述分压电阻R2,所述Vbq为BODl元件的动作值。
6.如权利要求1所述的采用BOD元件的大容量电容器过电压保护电路,其特征在于,所述储能电容Cl的值为3XVb。;根据公式Cl* Vb2WK^IS2 /2计算所述储能电容C2。
7.如权利要求1所述的采用BOD元件的大容量电容器过电压保护电路,其特征在于,所述回路放电电阻R3为Ik〜证欧姆。
8.如权利要求1所述的采用BOD元件的大容量电容器过电压保护电路,其特征在于,所述限流电阻R4为1〜5欧姆;所述限流电阻R5为2〜10欧姆,功率选择为6W。
9.如权利要求1所述的采用BOD元件的大容量电容器过电压保护电路,其特征在于,所述二极管Dl选择反相电压较高的快恢复二极管;所述二极管D2选择肖特基二极管。
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