CN102884696A

CN102884696A - 改进的电涌保护

Info

Publication number: CN102884696A
Application number: CN2011800222779A
Authority: CN
Inventors: 阿恩·安德森
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Clastres LLC; Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2010-05-04
Filing date: 2011-04-04
Publication date: 2013-01-16
Also published as: EP2567434A4; WO2011139204A1; US20130114168A1; EP2567434A1

Abstract

一种可经由交流电系统或直流电系统连接到电涌保护器件(300，400a)的受害者单元(310，410)，该受害者单元(310)包括：至少一个受害者单元传感器(313a，314a，315)，适合于测量受害者单元(310，410)处的至少一个状态参数；以及控制器，操作地连接到所述至少一个受害者单元传感器(313a，314a，315)。如果所述至少一个状态参数中的一个或多个指示受害者单元(310)已经达到临界状态，控制器(312)能够通过控制电涌保护器件(300，400a)来发起对受害者单元(310)的电压限制。

Description

改进的电涌保护

技术领域

本发明一般涉及对电子系统中的电子设备的保护。

背景技术

电子设备经常经历各种事件，诸如点火或开关操作，这些事件可能引起因过大的电压和电流(即，电涌)造成的破坏。所谓的“电涌保护器件(SPD)”是用于保护电子设备不受这种事件的影响的器件。SPD是通常连接在受SPD保护的电子设备的(交流)AC或(直流)DC输入电源端子处的元件。SPD的主要目的是防止电源线的过大的电压和电流损坏电子系统或者打乱其功能。SPD例如被用于减轻高压和低压电源系统以及各种通信系统中的电涌。

常常将SPD设计为单独的器件，该器件在其端子上的电压变得过大时做出反应，并且将电涌电流转向“地”，以便保护SPD下游连接的设备。因此，可以将SPD视为具有非线性的电压-电流特性的器件，其通过传导电流从0级别开始的快速增加来限制超出正常安全系统级别的电压。SPD也被称为电压限制器、或者过压保护器、或者防电涌装置。

在诸如RBS(无线电基站)电网远程应用之类的许多应用中，输出电源端子以及输入电源端子可能暴露于点火。因此，对于输出电源端子，也存在和上面提到的与输入电源端子关联的相同类型的难题。在这些情况下，输出电源端子也可以由SPD进行保护。

本文将使用术语“受害者单元(VU)”来表示旨在由一个或多个SPD进行保护的任何类型的电子设备。

图1和图2示出了示例性现有技术的SPD 200和VU 210的框图。此处，现有技术的SPD 200用于保护具有输入阻抗316的现有技术的VU210。通过图2中示出的各个电路元件之间的电压划分来确定SPD 200上的电压。图2示出的电路的功能性高度取决于VU 200的输入阻抗316对SPD 200的负载效应。如果VU 210具有低输入阻抗，则将妨碍SPD 200做出动作以及针对电涌保护VU 210。也即，VU 210将电涌电压钳制在SPD 200不能检测“过压”的级别。因此，SPD 200将不会如希望地那样操作，并且因此不能够保护VU 210。相反，尽管已经正确安装了SPD 200，但是VU 200必须吸收该能量，从而其操作可能出现故障。

一种用于尝试克服关于SPD 200不能检测电涌的上述困难的已知解决方案已经在SPD 200和VU 210之间的电路中引入某种形式的电感元件(未示出)；目的在于，在突发电涌电流的情况下，升高SPD 200上的电压。然而，找到能够保证SPD 200正确工作且同时不会不利地干扰UV 210的正常操作的合适电感值常常是困难的或者不现实的。

关于VU 210操作的稳定性以及对VU 210操作的干扰而言，引入电感元件的解决方案是次优解决方案。引入电感元件还带来以下缺点：增大成本、增大空间消耗和增大功率损耗。

因此，需要包括对电子设备的可靠保护的解决方案。

发明内容

根据一个方面，提供了一种改进的受害者单元。所述受害者单元可经由交流电系统或直流电系统连接到电涌保护器件。所述受害者单元可以包括一个或多个受害者单元传感器，所述受害者单元传感器可适合于测量受害者单元处的一个或多个状态参数。所述受害者单元还可以包括控制器，所述控制器操作地连接到受害者单元传感器。所述控制器可以通过控制电涌保护器件来发起受害者单元的电压限制。如果所述至少一个状态参数中的一个或多个状态参数指示受害者单元已经达到临界状态，则可以发起电压限制。

根据另一方面，提供了一种电涌保护器件。所述电涌保护器件金额经由交流电系统或直流电系统连接到受害者单元。所述电涌保护器件可以包括电压限制功能元件，所述电压限制功能操作地连接到触发控制器。所述触发控制器可以配置为：响应于接收到来自受害者单元的指令，向电压限制功能元件发送命令信号，以发起对受害者单元的电压限制。

根据又一方面，提供了一种受害者单元中的方法。所述受害者单元经由交流电系统或直流电系统连接到保护所述受害者单元的一个或多个电涌保护器件。所述受害者单元测量受害者单元的一个或多个状态参数。如果测量到的状态参数指示受害者单元已经达到临界状态，则所述受害者单元发起电压限制。可以通过控制所述一个或多个电涌保护器件来限制受害者单元的电压，执行所述电压限制。

通过使用上面介绍的方法和/或装置，可以通过监视受害者单元的内部状态以及基于受害者单元的内部状态做出反应，以更可靠的方式保护受害者单元。

上面的方法、系统和装置可以根据不同的实施例来配置和实现。在一个示例实施例中，控制器可以适于：如果测量的状态参数中的一个或多个状态参数高于相应的第一阈值，则确定受害者单元已经达到临界状态。

根据另一示例实施例，控制器还可以适于：经由外部触发信号控制电涌保护器件，其中如果状态参数高于相应的第一阈值，则将所述外部触发信号提供给电涌保护器件。

在一个示例实施例中，受害者单元还可连接到一个或多个附加的电涌保护器件。控制器还可以适合于：通过向每个电涌保护器件提供外部触发信号，控制每个连接的电涌保护器件。

根据另一示例实施例，控制器还可以适合于：分析状态参数，以基于所述分析来选择一个或多个电涌保护器件。控制器还可以适合于：经由外部触发信号来控制所选的电涌保护器件。

根据另一示例实施例，状态参数可以包括以下参数中的一个或多个：受害者单元的输入电流、受害者单元的输入电压、受害者单元的内部电流以及受害者单元的内部电压。

根据另一示例实施例，提供了一种包括受害者单元和电涌保护器件的系统。该系统还可以包括电涌发生器，所述电涌发生器可以连接到受害者单元和电涌保护器件，使得其能够模拟能触发受害者单元的电压限制发起的电涌事件。

根据下面的详细描述，该解决方案的其他可能的特征和优点将变得明显。

附图说明

现在通过示例的方式参考附图描述本发明，其中：

图1示出了根据现有技术的电涌受害者、电涌保护器件、电涌发生器和电网电压的框图示意。

图2示出了根据现有技术的图1的电涌受害者和电涌保护器件。

图3示出了根据一个示例实施例的、包括用于触发外部触发的电涌保护器件的装置的电涌受害者的一个实施例。

图4示出了根据一个示例实施例的具有若干输入和/或输出端子以及若干SPD的备选实施例。

图5示出了根据一个示例实施例说明与SPD和VU相连的电涌发生器的示例框图示意图。

图6是示出根据一个示例实施例执行改进的电涌保护的步骤的流程图。

图7是示出根据一个示例实施例执行包括可选步骤的改进的电涌保护的步骤的流程图。

具体实施方式

在下文中，公开了改进的电涌保护的详细描述。不同于仅有一个或若干个SPD进行测量并对电压传感器测量的电涌做出反应，该解决方案公开了受害者单元(VU)包括能够测量和监督VU状态的内部监督系统。在本描述中，术语“VU”用于描述符合下述情况的任何类型的电子设备：该电子设备连接到电源，并且其中VU和/或电源可能暴露于过大的电压和电流(即电涌)。

图3示出了包括SPD 300和VU 310的配电系统的一个示例实施例的框图。在该实施例中，SPD 300布置在VU 310的外部。本领域技术人员应该理解，该布置可以是DC系统、单相或多相AC系统。在图3公开的实施例中，VU 310配置有三个传感器313a、314a和315，每个传感器可以称为VU传感器，并且能够测量表示VU 310的内部状态的至少一个状态参数。状态参数例如可以包括：输入电压、输入电流、内部电压、内部电流、或其任意组合。然而，备选地，状态参数可以包括指示VU 310的状态和/或功能的其他状态参数。在该具体实施例中，VU 310包括用于测量输入电压的一个传感器313a、适合于测量输入电流的另一传感器314a、以及适合于测量其他状态参数(诸如内部电压和/或内部电流)的又一传感器315。然而，本领域技术人员显然应该明白，传感器312a、314a、315可以以其他方式来布置。VU 310监督传感器312a、314a、315提供的状态参数，并且确定是否已经达到VU 310的临界状态。也即，如果测量的状态参数高于第一关联阈值，VU 310可能存在故障风险。

VU 310例如可以是连接到AC或DC电源线的任何类型的电子设备。例如，在RBS中，VU 310典型地可以是将AC电网电力转换成RBS内使用的DC电力的AC电源。

VU 310还包括控制器312，控制器312操作地连接到VU 310的传感器312a、314a、315。控制器312能够产生给一个或多个SPD 300的第一触发信号(自此在下文中标为“外部触发信号”)，使得能够从VU 310触发这一个或多个SPD 300。控制器基于传感器312a、314a、315中的一个或多个测量的一个或多个状态参数来产生外部触发信号。基于传感器312a、314a、315中的一个或多个测量的一个或多个状态参数，控制器312能够确定VU 310是否已经达到临界状态。在这种情形中，控制器312被配置为：产生外部触发信号，并且将该外部触发信号发送给SPD 300以触发电压限制功能元件301，其中该电压限制功能元件301被布置为与VU 310的输入电源相连接。因此，通过发送外部触发信号，VU 310将开启一个或多个SPD的电压限制功能元件，并钳制电涌以保护VU 310。

本领域技术人员应该明白，可以使用大量存在的标准电路技术来实现控制器312。可以使用分立电子元件、使用一个或多个专用集成电路、使用可编程电路或者使用其任意组合来实现控制器312。备选地，可以使用一个或多个用合适的软件编程的处理器来全部或者部分地实现控制器。

控制器312发送给一个或多个SPD的外部触发信号可以作为电信号或者通过光传输(诸如光耦合器和/或光纤)来分发。然而，外部触发信号还可以通过本领域技术人员已知的其他方式来传输。

SPD 300包括电压限制功能元件301，其能够限制VU 310的输入电压。SPD 300还包括触发控制器302，操作地连接到电压限制功能元件301。触发控制器302适合于：如果触发控制器302接收到外部触发信号(其通常是由VU 310产生的)或内部SPD触发信号(其通常是由电压传感器303产生的)，则命令电压限制功能元件301限制输入电压，并且因此限制进入受害者310的电涌电流。

电压限制功能元件301适合于：响应于来自触发控制器302的指令，通过开放(open up)经过SPD 300流向“地”的电流来发起SPD 300中的电压限制，从而限制SPD上的电压，并且保护VU 310不受电压和电流电涌的影响。

电压传感器303(其是光传感器)能够测量SPD 300的输入电压。如果电压传感器303测量到高于第二阈值的输入电压，则触发控制器302命令电压限制功能元件301限制电压。因此，SPD 300不仅依赖于外部触发，以使得电涌电流转向和被阻止。

可以使用允许触发电压限制的传统技术来实现电压限制功能元件301。例如，取决于应用，可以使用触发火花隙(GS)技术或者触发气体放电管(GDT)技术来实现电压限制功能元件。然而，本领域技术人员可以明白使用传统技术实现触发电压限制功能的其他方式。

通过外部触发信号，SPD 300可以保留其正常功能以及激活能力。因此，SPD 300可以受VU 310的控制。从而，即使在电压传感器303没有检测到过压条件的情况下(可能是由于VU 310的低输入阻抗造成的负载效应所导致)，VU 310也可以触发SPD 300中的电压限制功能以及301。因此，本发明允许：不管与电路中的各个阻抗关联的电压划分影响如何，VU 310监督其内部状态，并且当需要时提供外部触发信号，该信号能够启用一个或多个SPD的电压限制功能元件301以消除对VU 310的威胁。因此，可以避免使用电感元件及其关联的缺陷。

本领域技术人员可以明白，可以使用大量存在的标准电路技术来实现触发控制器302以及任何附加控制器。例如，可以使用分立电子元件、使用一个或多个专用集成电路、使用可编程电路或者使用其任意组合来实现触发控制器302。还可以使用一个或多个用合适的软件编程的处理器来全部或者部分地实现触发控制器302。

现在将参考图4描述VU 410，该VU 410连接到所描述的输入电源端子和输出电源端子。可以理解，尽管图3的布置仅包括一个SPD 300，但是VU 410可以备选地布置为控制两个或更多SPD 400a、400b。第一SPD 400a被布置为连接到输入电源端子，以及第二SPD 400b被布置为连接到输出电源端子。在该特定实施例中，假定状态参数是与每个对应电源端子关联的输入电流和输入电压。自然地，状态参数也可以包括如本文上文公开的其他状态参数。

如果VU 410的控制器312在对状态参数的监督期间检测到输入电源端子处的输入电流和/或输入电压是过电流或电涌，则控制器312向连接到输入电源端子的第一SPD 400a发送外部触发信号。

类似地，如果在对状态参数的监督期间，VU 410的控制器312检测到输出电源端子对之一处的输入电流和/或输入电压是过电流或电涌，则控制器312向连接到输出电源端子的第二SPD 400b发送外部触发信号。

在一个实施例中，可以作为对过电流或电涌的反应，对所有连接的SPD 400a、400b都进行触发。然而，在根据图4的实施例中，正常情况下，基于每个电源端子(即输入电源端子或输出电源端子)的状态参数，一次仅触发一个SPD。

如上面已经公开和在图4中进一步示出的，VU 410可以包括多个电源端子，并且因此还采用多个SPD 400a、400b以保护每个电源端子。如果控制器312(其布置在VU 410中)确定VU 410已经达到临界状态，则在该备选实施例中，控制器312可被配置为：首先分析状态参数的详情，例如与指示临界状态的状态参数关联的输入电源端子或输出电源端子。控制器312配置为：基于分析结果，通过相应地产生至少一个触发信号来选择和触发一个或多个SPD 400a、400b。尽管该示例性实施例包括两个SPD，本领域技术人员应该明白，可以使用任意数目的SPD。具体地，在到每个VU输入电源端子和/或每个VU输出电源端子的连接中布置至少一个SPD。

根据另一可选的示例性实施例(其示出在图5中)，可将电涌发生器500设置为与一个或多个SPD 300和VU 310相连接。电涌发生器500的目的是模拟电涌，以便研究下游设备抵抗电涌的能力。根据图5的电涌发生器500因此可以用作诊断SPD 300和VU 310的装置。应该注意，电涌发生器500的设计仅是示例性的，并且可以备选地使用现有技术中已知的其他配置。还应该理解，尽管该示例仅具有一个SPD和一个输入端子，但是电涌发生器500可以相应地与任意数目的输入和/或输出电源端子和任意数目的SPD一起使用，并且与之连接。

现在参考图6，其示出了根据一个示例实施例的、描述用于启用图3-5中描述的VU的保护的过程的流程图。该方法包括：动作601，测量至少一个状态参数，该状态参数表示VU的内部状态。该至少一个状态参数可以包括：在VU的输入电源端子上或者在VU的输出电源端子上测量的参数，如输入电压和/或输入电流；或者是在VU内测量的参数，如内部电压和/或内部电流。然而，指示VU的状态的其他参数也可被用作控制器的状态参数。

VU可以连接到一个或多个电涌保护器件，以便在需要时限制VU的电压。因此，在动作602中，如果测量到的状态参数指示VU已经达到临界状态，则VU发起电压限制。于是，控制器可以通过命令一个或多个电涌保护器件限制VU的电压来控制电压限制。

图7示出了用于保护VU的过程的备选示例实施例的流程图。与上文参考图6示出的过程类似，在动作701中测量VU的状态。该过程还包括可选动作702，在动作702中分析至少一个测量的状态参数。该过程还可以包括可选动作703，动作703包括基于动作702的结果选择至少一个SPD。在动作704中，产生触发信号，该触发信号在动作705中被发送给所选的SPD，并且因此使得电涌电流能够在SPD上发生转向，而不是潜在地扰乱VU。在该具体实施例中，VU包括若干输入电源端子或输出端子。因此，VU可以能够基于动作703的分析来启用连接到电涌电流的一个或多个SPD，以使得电涌电流转向。

受益于前面的描述和关联的附图中介绍的教导，本领域技术人员将想到所公开的发明的修改和其他实施例。因此，可以理解，本发明不限于所公开的特定实施例，并且修改和其他实施例旨在被包括在本文档的范围内。尽管本文中可能使用了特定术语，但是它们仅是在通用和描述意义上使用的，而不是意在限制。

缩写

●AC- 交流

●DC- 直流

●RBS- 无线电基站

●SG- 火花隙

●GDT- 气体放电管

●SPD- 电涌保护器件

●VU- 受害者单元

Claims

1.一种受害者单元(310；410)，能够经由交流电系统或直流电系统连接到电涌保护器件(300；400a)，所述受害者单元(310；410)包括：

至少一个受害者单元传感器(313a；314a；315)，适合于测量所述受害者单元(310；410)处的至少一个状态参数；以及

控制器(312)，操作地连接到所述至少一个受害者单元传感器(313a；314a；315)，

其中，如果所述至少一个状态参数中的一个或多个状态参数指示所述受害者单元(310)已经达到临界状态，则所述控制器(312)能够通过控制所述电涌保护器件(300；400a)来发起所述受害者单元(310)的电压限制。

2.根据权利要求1所述的受害者单元(310；410)，其中，所述控制器(312)适合于：如果测量的所述至少一个状态参数中的一个或多个状态参数高于相应的第一阈值，则确定所述受害者单元(310；410)已经达到临界状态。

3.根据权利要求2所述的受害者单元(310；410)，其中，所述控制器(312)还适合于：如果所述至少一个状态参数高于所述相应的第一阈值，则经由提供给所述电涌保护器件(300；400a)的外部触发信号来控制所述电涌保护器件(300；400a)。

4.根据权利要求3所述的受害者单元(410)，其中，所述受害者单元(410)还能够连接到至少一个附加的电涌保护器件(400b)，其中所述控制器(312)还适合于：通过向所述电涌保护器件(400a；400b)中的每一个提供所述外部触发信号，控制每个连接的电涌保护器件(400a；400b)。

5.根据权利要求3所述的受害者单元(410)，其中，所述控制器(312)还适合于：分析所述一个或多个状态参数；基于所述分析来选择所述电涌保护器件(400a；400b)中的至少一个电涌保护器件；以及经由所述外部触发信号来控制所选的电涌保护器件(400a；400b)。

6.根据前述任一权利要求所述的受害者单元(310；410)，其中，所述状态参数包括以下至少一个：受害者单元的输入电流、受害者单元的输入电压、受害者单元的内部电流以及受害者单元的内部电压。

7.一种电涌保护器件(300；400a；400b)，所述电涌保护器件能够经由交流电系统或直流电系统连接到受害者单元(310；410)，所述电涌保护器件(300；400a；400b)包括：

电压限制功能元件(301)，操作地连接到触发控制器(302)，其中所述触发控制器(302)被配置为：响应于接收到来自所述受害者单元(310；410)的指令，向所述电压限制功能元件(301)发送命令信号，以发起所述受害者单元(310；410)的电压限制。

8.根据权利要求7所述的电涌保护器件(300；400a；400b)，还包括：

电压传感器(303)，操作地连接到所述触发控制器(302)，其中所述触发控制器(302)被配置为：如果所述电压传感器(303)测量到的电压高于第二阈值，则命令所述电压限制功能元件(301)发起所述受害者单元(310；410)的电压限制。

9.根据权利要求7或8中任一项所述的电涌保护器件(300；400a；400b)，其中，所述电压限制功能元件(301)适合于：通过开放流过相应的已触发的电涌保护器件(300；400a；400b)的电流来发起电压限制。

10.根据权利要求7-9中任一项所述的电涌保护器件(300；400a；400b)，其中，来自所述受害者单元(310；410)的所述指令是所述受害者单元(310；410)中的控制器提供的外部触发信号。

11.一种系统，包括根据权利要求1-6中任一项所述的受害者单元(310；410)、根据权利要求7-10中任一项所述的电涌保护器件(300；400a；400b)以及电涌发生器(500)，其中，所述电涌发生器(500)连接到所述受害者单元(310；410)和所述电涌保护器件(300；400a；400b)，使得所述电涌发生器(500)能够模拟电涌事件，所述电涌事件能够触发所述受害者单元(310；410)的电压限制发起。

12.一种在受害者单元处的保护所述受害者单元的方法，所述受害者单元经由交流电系统或直流电系统连接到至少一个电涌保护器件，所述方法包括：

测量(601)所述受害者单元的至少一个状态参数；

如果所述测量指示所述受害者单元已经达到临界状态，则发起(602)所述受害者单元的电压限制，其中，通过控制至少一个电涌保护器件以限制所述受害者单元的电压来执行所述电压限制。

13.根据权利要求13所述的方法，其中，如果在所述测量期间至少一个状态参数高于第一阈值，则认为所述受害者单元已经达到临界状态。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，如果所述受害者单元已经达到临界状态，则经由向所述电涌保护器件提供的外部触发信号来控制所述电涌保护器件。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述发起所述受害者单元的电压限制的步骤还包括：向所述至少一个电涌保护器件中的每一个电涌保护器件发送所述外部触发信号，以限制所述受害者单元的电压。

16.根据权利要求14所述的方法，还包括：

分析(702)所述至少一个状态参数；以及

基于来自所述分析(702)步骤的结果，选择(703)至少一个电涌保护器件；以及

向所述选择的至少一个电涌保护器件发送(705)所述外部触发信号，由此启用所述选择的至少一个电涌保护器件以限制所述受害者单元的电压。

17.根据权利要求12到16中任一项所述的方法，其中，所述至少一个状态参数包括以下至少一个：受害者单元的输入电流、受害者单元的输入电压、受害者单元的内部电流以及受害者单元的内部电压。