CN102709902A - 浪涌电流保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种浪涌电流保护装置，所述装置包括：差模电压输入端，用于为通信设备提供工作电压；放电管单元，并联在所述差模电压输入端之间，用于当所述差模电压输入端受到过电压干扰时吸收浪涌电流，减小所述差模电压输入端之间的过电压，从而保护利用所述差模电压输入端供电的所述通信设备。本发明实施例提出的浪涌电流保护装置，通过采用具有较高弧光电压的放电管单元，放电管单元导通后的过电压低，可有效用于长波防雷，同时放电管单元的弧光电压高于差模电压输入端电压，从而在浪涌电流过后，放电管单元自动开路，实现了续流遮断。
Description
技术领域
本发明实施例涉及通信设备领域，尤其涉及一种浪涌电流保护装置。
背景技术
通信设备的电源口，经常会受到过电压的干扰，包括设备遭受直击雷或感应雷产生的过电压和供电系统内部过电压，如工频过电压、操作过电压和谐波过电压等。过电压将威胁人身和设备安全以及保护装置运行的可靠性，为此必须采取防范措施，设法将过电压降低到允许的水平。通常通过增加浪涌电流保护电路来保护通信设备不受过电压袭击。浪涌电流保护电路是指施加在差模电压输入端的防护措施，如交流供电系统中的火线和零线之间、直流供电系统中的-48V和RTN(Return，电流回路)之间。图1为现有技术浪涌电流保护电路示意图，如图1所示，现有技术浪涌电流保护电路采用两级防护方案，第一级采用通流能力强，动作电压高的压敏电阻并联；第二级采用通流能力较弱，动作电压低的瞬态电压抑制器，TVS管(Transient VoltageSuppressor，瞬态电压抑制器)。电源口遭受浪涌电流冲击时，动作电压低的TVS管先动作，吸收小部分浪涌电流，当TVS管与电感两端的电压达到压敏电阻的动作电压时，压敏电阻导通，吸波大部分的浪涌电流，降低后级防护电路的过电压，确保被保护设备正常运行或不发生损坏。
现有技术方案存在以下缺点：大通流能力的压敏电阻高度较高，通常在25毫米以上，影响产品设计架构；退耦元件不能去掉，随电路工作电流的增大，占印刷电路板，PCB(PrintedCircuitBoard，印刷电路板)面积增大，同时退耦元件存在较大的功耗问题，影响整机散热；由多个压敏电阻或模块并联来实现大通流，存在分流不均的问题，电路可靠性较低；现有技术主要用于解决短波防雷问题，如8/20us电流波，对于长波防雷，如10/350us电流波，防护效果很差。
发明内容
本发明实施例的目的是提出一种浪涌电流保护装置，旨在解决现有技术的浪涌电流保护电路长波防雷效果差的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种浪涌电流保护装置，所述装置包括：差模电压输入端，用于为通信设备提供工作电压；放电管单元，并联在所述差模电压输入端之间，用于当所述差模电压输入端受到过电压干扰时吸收浪涌电流，减小所述差模电压输入端之间的过电压，从而保护利用所述差模电压输入端供电的所述通信设备。
本发明实施例提出的浪涌电流保护装置，通过采用具有较高弧光电压的放电管单元，放电管单元导通后的过电压低，可有效用于长波防雷，同时放电管单元的弧光电压高于差模电压输入端电压，从而在浪涌电流过后，放电管单元自动开路，实现了续流遮断。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术浪涌电流保护电路示意图；
图2为本发明实施例浪涌电流保护装置的放电管单元示意图之一；
图3为本发明实施例浪涌电流保护装置的放电管单元示意图之二；
图4为本发明实施例浪涌电流保护装置的放电管单元示意图之三；
图5为本发明实施例浪涌电流保护装置示意图之一；
图6为本发明实施例浪涌电流保护装置示意图之二。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明实施例提出的浪涌电流保护装置，通过采用具有较高弧光电压的放电管单元，使得放电管单元的通弧光电压高于差模电压输入端电压，从而在浪涌电流过后，放电管单元自动开路，实现了续流遮断。同时由于放电管单元导通之后过电压低，使得本发明实施例的浪涌电流保护装置不仅可以用于短波防雷，同时具有良好的长波防雷效果。
图2为本发明实施例浪涌电流保护装置的放电管单元示意图之一，如图2所示，本发明一个实施例中放电管单元包括：第一放电管(GDT1)，第二放电管(GDT2)，第三放电管(GDT3)，第四放电管(GDT4)，第五放电管(GDT5)，第一电容(C1)，第二电容(C2)，第三电容(C3)，第四电容(C4)。
第一放电管(GDT1)、第二放电管(GDT2)、第三放电管(GDT3)、第四放电管(GDT4)和第五放电管(GDT5)串联连接。第一放电管(GDT1)与外部连接点为第一节点；第一放电管(GDT1)与第二放电管(GDT2)连接点为第二节点；第二放电管(GDT2)与第三放电管(GDT3)连接点为第三节点；第三放电管(GDT3)与第四放电管(GDT4)连接点为第四节点；第四放电管(GDT4)与第五放电管(GDT5)连接点为第五节点；第五放电管(GDT5)与外部连接点为第六连接点。第一电容(C1)并联在第一节点和第二节点之间，即第一电容(C1)与第一放电管(GDT1)并联；第二电容(C2)并联在第一节点和第三节点之间，即第二电容(C2)与第一放电管(GDT1)及第二放电管(GDT2)并联；第三电容(C3)并联在第一节点和第四节点之间，即第三电容(C3)与第一放电管(GDT1)、第二放电管(GDT2)及第三放电管(GDT3)并联；第四电容(C4)并联在第一节点和第五节点之间，即第四电容(C4)与第一放电管(GDT1)、第二放电管(GDT2)、第三放电管(GDT3)及第四放电管(GDT4)并联。
当在放电管单元两端施加电压时，即在第一节点与第六节点处施加电压，当该电压达到第五放电管(GDT5)的动作电压，第五放电管(GDT5)导通；当第五放电管(GDT5)导通时，第四电容(C4)迅速充电，当第四电容(C4)两端电压达到第四放电管(GDT4)的动作电压时，第四放电管(GDT4)导通；依此类推，第三放电管(GDT3)、第二放电管(GDT2)及第一放电管(GDT1)逐个导通。
当五个放电管均处于导通状态时，本实施例的放电管单元处于通路状态，五个放电管可以瞬间吸收大部分的浪涌电流，从而迅速降低放电管单元两端电压。本实例的放电管单元采用五个放电管串联，放电管单元导通时五个放电管均处于导通状态，单个放电管导通时的弧光电压约为15V，五个放电管串联导通时，放电管单元的弧光电压是单个放电管弧光电压的5倍，即此时放电管单元弧光电压约为75V。本实例的放电管单元采用多个放电管串联导通的方式，有效提高了放电管单元的弧光电压。
需要说明的是，放电管的个数根据实际需要的放电管单元弧光电压的大小来确定。例如，如果要求放电管单元弧光电压大于24V，则此时至少需要将2个放电管串联；如果要求放电管单元弧光电压大于75V，则此时至少需要将5个放电管串联。
本实施例的放电管单元采用N(N为大于1的自然数)个放电管串联，且N-1个电容并联在第一放电管与所述第一放电管之外的其它每个放电管之间的连接方式，不存在电路分流不均的问题，从而有效提高装置的可靠性；同时多个放电管串联导通，有效提高了放电管单元的弧光电压，提高了放电管单元的续流遮断能力，使得本实例的放电管单元可以用于电源口的差模防护；同时由于放电管单元导通之后的过电压低于压敏电阻或TVS管导通之后的过电压，放电管单元可以吸收更多的浪涌电流，减小对后级电路的冲击，更适用于长波防雷。
图3为本发明实施例浪涌电流保护装置的放电管单元示意图之二，如图3所示，本发明又一实施例中放电管单元包括：第一放电管(GDT1)，第二放电管(GDT2)，第三放电管(GDT3)，第四放电管(GDT4)，第五放电管(GDT5)，第一电阻(R1)，第二电阻(R2)，第三电阻(R3)，第四电阻(R4)。
第一放电管(GDT1)、第二放电管(GDT2)、第三放电管(GDT3)、第四放电管(GDT4)和第五放电管(GDT5)串联连接。第一放电管(GDT1)与外部连接点为第一节点；第一放电管(GDT1)与第二放电管(GDT2)连接点为第二节点；第二放电管(GDT2)与第三放电管(GDT3)连接点为第三节点；第三放电管(GDT3)与第四放电管(GDT4)连接点为第四节点；第四放电管(GDT4)与第五放电管(GDT5)连接点为第五节点；第五放电管(GDT5)与外部连接点为第六连接点。第一电阻(R1)并联在第一节点和第二节点之间，即第一电阻(R1)与第一放电管(GDT1)并联；第二电阻(R2)并联在第一节点和第三节点之间，即第二电阻(R2)与第一放电管(GDT1)及第二放电管(GDT2)并联；第三电阻(R3)并联在第一节点和第四节点之间，即第三电阻(R3)与第一放电管(GDT1)、第二放电管(GDT2)及第三放电管(GDT3)并联；第四电阻(R4)并联在第一节点和第五节点之间，即第四电阻(R4)与第一放电管(GDT1)、第二放电管(GDT2)、第三放电管(GDT3)及第四放电管(GDT4)并联。
当在放电管单元两端施加电压时，即在第一节点与第六节点处施加电压，当该电压达到第五放电管(GDT5)的动作电压，第五放电管(GDT5)导通；当第五放电管(GDT5)导通时，电流从第一节点流入，经过第四电阻(R4)、第五放电管(GDT5)后，从第六节点流出；当第四电阻(R4)上的电压达到第四放电管(GDT4)的动作电压时，第四放电管(GDT4)导通；依此类推，第三放电管(GDT3)、第二放电管(GDT2)及第一放电管(GDT1)逐个导通。
当五个放电管均处于导通状态时，本实施例的放电管单元处于通路状态，五个放电管可以瞬间吸收大部分的浪涌电流，从而迅速降低放电管单元两端电压。本实例的放电管单元采用五个放电管串联，放电管单元导通时五个放电管均处于导通状态，单个放电管导通时的弧光电压约为15V，五个放电管串联导通时，放电管单元的弧光电压是单个放电管弧光电压的5倍，即此时放电管单元弧光电压为75V。
本实例的放电管单元采用N(N为大于1的自然数)个放电管串联，且N-1个电阻并联在第一放电管与所述第一放电管之外的其它每个放电管之间的连接方式，有效提高了放电管单元的弧光电压。
本实施例的放电管单元与上述实施例的放电管单元其本质都是采用多个放电管串联方式，不存在电路分流不均的问题，从而有效提高装置的可靠性；同时多个放电管串联导通，有效提高了放电管单元的弧光电压，提高了放电管单元的续流遮断能力，使得本实例的放电管单元可以用于电源口的差模防护；同时由于放电管单元导通之后的过电压低于压敏电阻或TVS管导通之后的过电压，放电管单元可以吸收更多的浪涌电流，减小对后级电路的冲击，更适用于长波防雷。
图4为本发明实施例浪涌电流保护装置的放电管单元示意图之三，如图4所示，本发明再一实施例中放电管单元包括：第一放电管(GDT1)，第二放电管(GDT2)，第三放电管(GDT3)，第四放电管(GDT4)，第一电阻(R1)，第二电阻(R2)。
第一放电管(GDT1)、第二放电管(GDT2)、第三放电管(GDT3)和第四放电管(GDT4)串联连接。第一放电管(GDT1)与外部连接点为第一节点；第一放电管(GDT1)与第二放电管(GDT2)连接点为第二节点；第二放电管(GDT2)与第三放电管(GDT3)连接点为第三节点；第三放电管(GDT3)与第四放电管(GDT4)连接点为第四节点；第四放电管(GDT4)与外部连接点为第五节点。第一电阻(R1)并联在第二节点和第三节点之间，即第一电阻(R1)与第二放电管(GDT2)并联；第二电阻(R2)并联在第三节点和第四节点之间，即第二电阻(R2)与第三放电管(GDT3)并联。
当在放电管单元两端施加电压时，即在第一节点与第五节点处施加电压，当该电压达到第一放电管(GDT1)和第四放电管(GDT4)的动作电压之和，第一放电管(GDT1)和第四放电管(GDT4)导通；当第一放电管(GDT1)和第四放电管(GDT4)导通时，电流从第一节点流入，经过第一放电管(GDT1)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第四放电管(GDT4)后，从第五节点流出；当第一电阻(R1)上的电压达到第二放电管(GDT2)的动作电压时，第二放电管(GDT2)导通；当第二电阻(R2)上的电压达到第第三放电管(GDT3)的动作电压时，第三放电管(GDT3)导通。
当四个放电管均处于导通状态时，本实施例的放电管单元处于通路状态，四个放电管可以瞬间吸收大部分的浪涌电流，从而迅速降低放电管单元两端电压。本实例的放电管单元采用四个放电管串联，放电管单元导通时四个放电管均处于导通状态，单个放电管导通时的弧光电压约为15V，四个放电管串联导通时，放电管单元的弧光电压是单个放电管弧光电压的4倍，即此时放电管单元弧光电压约为60V。本实例的放电管单元采用多个放电管串联导通的方式，有效提高了放电管单元的弧光电压。
本实施例的放电管单元与上述两个实施例的放电管单元其本质都是采用多个放电管串联方式，不存在电路分流不均的问题，从而有效提高装置的可靠性；同时多个放电管串联导通，有效提高了放电管单元的弧光电压，提高了放电管单元的续流遮断能力，使得本实例的放电管单元可以用于电源口的差模防护；同时由于放电管单元导通之后的过电压低于压敏电阻或TVS管导通之后的过电压，放电管单元可以吸收更多的浪涌电流，减小对后级电路的冲击，更适用于长波防雷。
图5为本发明实施例浪涌电流保护装置示意图之一，如图5所示，本发明实施例的浪涌电流保护装置包括：差模电压输入端(input+、input-)和放电管单元。
差模电压输入端(input+、input-)用于为通信设备提供工作电压；放电管单元并联在所述差模电压输入端之间。在正常工作状态下，差模电压输入端(input+、input-)提供的电压小于放电管单元的动作电压，此时放电管单元处于开路状态，通信设备正常工作。当通讯设备遭受直击雷或感应雷时，会受到浪涌电流冲击，此时差模电压输入端(input+、input-)的输入电压瞬间增大，且远远高于通信设备的额定电压，如不采取保护措施，会直接损坏通信设备。当差模电压输入端(input+、input-)的输入电压高于放电管单元的动作电压时，放电管单元导通，吸收大部分的浪涌电流，从而使得差模电压输入端(input+、input-)的电压瞬间降低至放电管单元的弧光电压，确保通信设备正常运行，不被瞬间浪涌电流损坏。当浪涌电流过后，由于差模电压输入端(input+、input-)提供的电压小于放电管单元的弧光电压，放电管单元续流遮断，恢复到开路状态。
需要说明的是，本发明实施例浪涌电流保护装置中的放电管单元采用前述实施例中的放电管单元，即放电管单元采用多个放电管串联导通的方式，有效提高了放电管单元的弧光电压。同时由于放电管单元的过电压低于压敏电阻或TVS管的过电压，可以吸收更多的浪涌电流，减小对后级电路的冲击，更适用于长波防雷。
普通放电管的弧光电压较低(1KA电流时，约为15V)，直接应用于交流电源口或者24V/48V直流电源口进行浪涌电流保护时，在浪涌电流过后，由于差模电压输入端(input+、input-)的电压高于放电管的弧光电压，放电管依然处于导通状态，无法实现续流遮断，导致放电管损毁。
本发明实施例的放电管单元采用多个放电管串联导通的方式，有效提高了放电管单元的弧光电压。例如，将五个放电管串联时，放电管单元的弧光电压约为75V，当应用到24V直流电源口进行浪涌电流保护时，在浪涌电流过后，由于差模电压输入端(input+、input-)的电压为24V，低于放电管单元的弧光电压，因而浪涌电流过后，放电管单元自动开路，实现了续流遮断，从而保证通信设备正常工作。
需要说明的是，本发明实施例中的所有放电管可以是气体放电管、半导体放电管、激光放电管，或其它类型的放电管。
图6为本发明实施例浪涌电流保护装置示意图之二，如图6所示，本发明实施例的浪涌电流保护装置还可以包括：过流保护器。过流保护器与放电管单元串联连接，差模电压输入端与串联的过流保护器和放电管单元并联。当放电管短路失效时，过流保护器件动作(如保险丝熔断)，将短路故障从主回路上切除，保证产品正常运行，本发明实施例的过流保护器具体可以采用保险丝来实现。
再如图6所示，本发明实施例的浪涌电流保护装置还可以包括：退耦单元。退耦单元与通信设备串联后与差模电压输入端并联连接，当有浪涌电流流过退耦单元时，退耦单元上的电压可以使差模电压输入端电压增大，使得放电管单元更快速的动作，减小流入通信设备的浪涌电流，保护通信设备。退耦单元利用电感、电阻、金属氧化物半导体场效应晶体管、导线或线缆，及其任意串联组合实现，即退耦单元可以是电感、电阻、金属氧化物半导体场效应晶体管、导线或线缆中的任意一个与差模电压输入端(input+、input-)及通信设备串联连接；也可以是电感、电阻、金属氧化物半导体场效应晶体管、导线或线缆中的任意多个串联后与差模电压输入端(input+、input-)及通信设备串联连接。需要说明的是，这里的导线和线缆是特意用来做退耦的，长度越长，退耦能力越强。
再如图6所示，本发明实施例的浪涌电流保护装置还可以包括：次级保护单元。次级保护单元与通信设备并联连接，当受到浪涌电流冲击时，动作电压低的次级保护单元先导通，吸收小部分浪涌电流，分担一小部分电压。此时如果浪涌电流较大，且放电管单元两端电压高于其动作电压时，放电管单元导通，吸收大部分的浪涌电流。本发明实施例次级保护单元动作电压低，可以在电压较低时导通，使得本发明实施例的浪涌电流保护装置更加灵敏。本发明实施例的次级保护单元利用瞬态电压抑制器(TVS)或压敏电阻(MOV)，及其任意并联组合实现，即次级保护单元可以采用单个瞬态电压抑制器(TVS)或单个压敏电阻(MOV)与差模电压输入端和通信设备并联连接，也可以采用多个瞬态电压抑制器(TVS)或多个压敏电阻(MOV)并联后与差模电压输入端和通信设备并联连接。
本发明实施例的浪涌电流保护装置，通过采用具有较高弧光电压的放电管单元，使得放电管单元的弧光电压高于差模电压输入端电压，从而在浪涌电流过后，放电管单元自动开路，实现了续流遮断，保证通信设备正常工作。同时由于放电管单元导通后的过电压低于压敏电阻或TVS管导通后的过电压，可以吸收更多的浪涌电流，减小对后级电路的冲击，更适用于长波防雷。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种浪涌电流保护装置，其特征在于，所述装置包括：
差模电压输入端，用于为通信设备提供工作电压；
放电管单元，并联在所述差模电压输入端之间，用于当所述差模电压输入端受到过电压干扰时吸收浪涌电流，减小所述差模电压输入端之间的过电压，从而保护利用所述差模电压输入端供电的所述通信设备。
2.根据权利要求1所述的浪涌电流保护装置，其特征在于，所述放电管单元具体包括：串联的N个放电管和N-1个并联在第一放电管与所述第一放电管之外的其它每个放电管之间的电容，N为大于1的自然数，所述第一放电管为所述串联放电管任一端的放电管。
3.根据权利要求1所述的浪涌电流保护装置，其特征在于，所述放电管单元具体包括：串联的N个放电管和N-1个并联在第一放电管与所述第一放电管之外的其它每个放电管之间的电阻，N为大于1的自然数，所述第一放电管为所述串联放电管任一端的放电管。
4.根据权利要求1所述的浪涌电流保护装置，其特征在于，所述放电管单元具体为：串联的多个放电管和多个与放电管并联的电阻。
5.根据权利要求1至4任一项所述的浪涌电流保护装置，其特征在于，所述装置还包括过流保护器，所述过流保护器与所述放电管单元串联连接，所述差模电压输入端与串联的所述过流保护器和所述放电管单元并联。
6.根据权利要求5所述的浪涌电流保护装置，其特征在于，所述过流保护器包括保险丝。
7.根据权利要求1至6任一项所述的浪涌电流保护装置，其特征在于，所述装置还包括退耦单元，所述退耦单元与所述通信设备串联后与所述差模电压输入端并联连接，所述退耦单元用于增大所述差模电压输入端电压，使得所述放电管单元导通吸收浪涌电流。
8.根据权利要求7所述的浪涌电流保护装置，其特征在于，所述退耦单元利用电感、电阻、金属氧化物半导体场效应晶体管、导线或线缆，及其任意串联组合实现。
9.根据权利要求1至8任一项所述的浪涌电流保护装置，其特征在于，所述装置还包括次级保护单元，所述次级保护单元与所述通信设备并联。
10.根据权利要求9所述的浪涌电流保护装置，其特征在于，所述次级保护单元利用瞬态电压抑制器或压敏电阻，及其任意并联组合实现。
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