CN104779601A - 过电压保护装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种过电压保护装置和方法，其中，该装置包括：开关型电压保护器件和钳位型电压保护器件，开关型电压保护器件用于在过电压保护装置的加载电压大于或者等于第一预设电压时，对加载电压进行首次泻放；钳位型电压保护器件用于经过首次泻放后的剩余电压进行二次泻放。本发明通过将开关型电压保护器件和钳位型电压保护器件进行物理结构的连接融合，解决了现有技术中闸流式电路保护器件无法维持一定的钳位电压以及钳位式电路保护器不能有效地保护后级设备的技术问题，达到了过电压保护装置低钳位电压、低漏电流的技术效果。

Description

过电压保护装置和方法

技术领域

本发明涉及电器元件领域，具体而言，涉及一种过电压保护装置和方法。

背景技术

目前，市场上主流的电路保护器分为闸流式和钳位式两种，闸流式电路保护器能够对电路中加载的过电压进行有效地泻放，但是无法维持一定的钳位电压；而独立的钳位式电路保护器，其钳位电压太高，一般情况下，钳位电压至少是工作电压的两倍，而被保护设备需要更低的钳位电压，一般钳位电压最好为工作电压的1.5或者1.3倍，甚至不高于工作电压。过高的钳位电压造成钳位式电路保护器不能够有效地保护后级设备，电路保护器还没有启动后级的设备已经损坏了。现有的浪涌过电压保护器都是基于压敏电阻的技术，因此，在很多情况下无法达到保护后面的设备或者电路的作用。

针对现有技术中的闸流式电路保护器无法维持一定的钳位电压以及钳位式电路保护器不能有效地保护后级设备的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种过电压保护装置和方法，以解决闸流式电路保护器问题无法维持一定的钳位电压以及钳位式电路保护器不能有效地保护后级设备的问题。

为了实现上述目的，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种过电压保护装置，包括：开关型电压保护器件，用于在所述过电压保护装置上的加载电压大于或者等于第一预设电压时，对所述加载电压进行首次泻放；钳位型电压保护器件，与所述开关型电压保护器件连接，用于对所述加载电压经过首次泻放后的剩余电压进行二次泻放。

可选的，还包括：断路器件，与所述钳位型电压保护器件连接，用于在对所述加载电压进行首次泻放时或对所述剩余电压进行二次泻放时，浪涌电压大于第二预设电压或浪涌电流大于第一预设电流时，自动断开；其中，所述浪涌电压为所述开关型电压保护器件或所述钳位型电压保护器件打开瞬间的峰值电压；所述浪涌电流为所述开关型电压保护器件或所述钳位型电压保护器件打开瞬间的峰值电流。

可选地，所述开关型电压保护器件包括：固体放电管；所述钳位型电压保护器件包括：压敏电阻，其中，所述压敏电阻与所述固体放电管连接；所述断路器件包括：保险丝，其中，所述保险丝与所述压敏电阻连接。

可选地，所述固体放电管包括：半导体晶元，其中，所述半导体晶元包括两个NPN型PN结；第一电极，其中，所述第一电极包括第一L极和第一N极，所述第一L极和所述第一N极分别设置在所述半导体晶元两端。

可选地，所述第一L极和所述第一N极上分别设置有铜箔。

可选地，所述压敏电阻包括：基础材料，其中，所述基础材料包括氧化锌陶瓷；第二电极，其中，所述第二电极包括第二L极和第二N极，所述第二L极和所述第二N极分别设置在所述基础材料两端。

可选地，所述第二L极和所述第二N极上分别上设置有镀银层或镀锡层。

可选地，所述固体放电管的第一N极与所述压敏电阻的第二L极连接，所述压敏电阻的第二N极与所述保险丝的其中一端连接，所述固体放电管的第一L极和所述保险丝的另一端分别与待保护电路连接。

可选地，还包括：监控电路，与所述断路器件连接，用于监控所述断路器件是否断开，以及在所述断路器件断开的情况下向控制中心发送提示信息。

可选地，所述监控电路包括：过电压监测单元，用于监测加载到所述过电压保护装置上的电压大于或者等于所述第一预设电压的次数和数值。

根据本发明实施例的另一个方面，还提供了一种采用上述任一项内容所述的过电压保护装置进行的过电压保护的方法，包括：当所述过电压保护装置上的加载电压大于或者等于第一预设电压时，对所述加载电压进行首次泻放；对所述加载电压经过首次泻放后的剩余电压进行二次泻放。

可选地，还包括：当所述加载电压进行首次泻放或所述剩余电压进行二次泻放时，浪涌电压大于第二预设电压或浪涌电流大于第一预设电流时，将所述过电压保护装置从待保护电路中断开；其中，所述浪涌电压为所述开关型电压保护器件或所述钳位型电压保护器件打开瞬间的峰值电压；所述浪涌电流为所述开关型电压保护器件或所述钳位型电压保护器件打开瞬间的峰值电流。

根据发明实施例，采用将开关型电压保护器件和钳位型电压保护器件进行组合，其中，开关型电压保护器件用于在所述过电压保护装置上的加载电压大于或者等于第一预设电压时，对所述加载电压进行首次泻放；钳位型电压保护器件与所述开关型电压保护器件连接，用于对所述加载电压经过首次泻放后的剩余电压进行二次泻放。通过将开关型电压保护器件和钳位型电压保护器件进行物理结构的连接融合，解决了现有技术中闸流式电路保护器件无法维持一定的钳位电压以及钳位式电路保护器不能有效地保护后级设备的技术问题，达到了过电压保护装置低钳位电压、低漏电流的技术效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例可选的一种过电压保护装置的结构示意图；

图2是根据本发明实施例可选的另一种过电压保护装置的结构示意图；

图3是根据本发明实施例可选的固体放电管的结构示意图；

图4是根据本发明实施例可选的压敏电阻的结构示意图；

图5是根据本发明实施例可选的固体放电管和压敏电阻的连接结构示意图；

图6是根据本发明实施例可选的另一种过电压保护装置的结构示意图；

图7是根据本发明实施例可选的一种过电压保护方法的流程图；

图8是根据本发明实施例可选的另一种过电压保护方法的流程图；

图9是根据本发明实施例可选的过电压保护装置工作过程的V/I曲线图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明实施例提供了一种过电压保护装置。

图1是根据本发明实施例可选的一种过电压保护装置的结构示意图。

如图1所示，根据本发明实施例的过电压保护装置，包括：开关型电压保护器件1和钳位型电压保护器件2，开关型电压保护器件1用于在过电压保护装置上的加载电压大于或者等于第一预设电压时，对加载电压进行首次泻放；钳位型电压保护器件与开关型电压保护器件连接，用于对加载电压经过首次泻放后的剩余电压进行二次泻放。

本发明实施例的过电压保护装置可以应用于交流、直流电源的保护或者信号电路的保护，如果需要扩大电压、电流的吸收容量，可选地，可以将多个本发明实施例的过电压保护装置并联在待保护电路中从而增大吸收容量。

根据发明实施例，采用将开关型电压保护器件和钳位型电压保护器件进行组合，其中，开关型电压保护器件用于在过电压保护装置上的加载电压大于或者等于第一预设电压时，对加载电压进行首次泻放；钳位型电压保护器件与开关型电压保护器件连接，用于对加载电压经过首次泻放后的剩余电压进行二次泻放。通过将开关型电压保护器件和钳位型电压保护器件进行物理结构的连接融合，解决了现有技术中闸流式电路保护器件无法维持一定的钳位电压以及钳位式电路保护器不能有效地保护后级设备的技术问题，达到了过电压保护装置低钳位电压、低漏电流的技术效果。同时，开关型电压保护器件作为开关器件，正常情况下处于开路状态，本身的泄露电流非常小，从而达到了电压保护器的低钳位电压、低漏电流技术效果。

图2是根据本发明实施例可选的另一种过电压保护装置的结构示意图。

图3是根据本发明实施例可选的固体放电管的结构示意图。

图4是根据本发明实施例可选的压敏电阻的结构示意图。

图5是根据本发明实施例可选的固体放电管和压敏电阻的连接结构示意图。

如图2所示，本实施例的过电压保护装置还包括：断路器件3，断路器件3与钳位型电压保护器件2连接，用于在对加载电压进行首次泻放时或对剩余电压进行二次泻放时，浪涌电压大于第二预设电压或浪涌电流大于第一预设电流时自动断开；其中，浪涌电压为开关型电压保护器件或钳位型电压保护器件打开瞬间的峰值电压；浪涌电流为开关型电压保护器件或钳位型电压保护器件打开瞬间的峰值电流。承受浪涌电流的大小取决于过电压保护装置的整体的功率设计。具体地，如图5所示，开关型电压保护器件1包括固体放电管11；钳位型电压保护器件2包括压敏电阻21；压敏电阻21与固体放电管11连接；断路器件3包括：保险丝31，保险丝31与压敏电阻21连接。固体放电管11作为开关器件用来启动过电压保护装置，必须承受很大的12T指标。当大电流、高电压时不能损坏，按照一定的通流量设计，例如10KA的浪涌吸收能力。压敏电阻21可以反复承受很大的浪涌电流冲击，用来吸收高电压的浪涌电流。采用保险丝31能够在过电压保护装置失效时，形成开路状态，确保整个过电压保护装置从主回路中移出，不会产生明烟明火现象，确保产品以及整个系统的安全。优选地，保险丝31采用防雷专用设计的保险丝，在正常情况下不会熔断，并且承受设计范围内的瞬间浪涌电流不会损坏，当固体放电管11和压敏电阻21失效时，例如烧毁情况，保险丝31会马上断开，不会发生火灾事故。

如图3所示，固体放电管11包括：半导体晶元1102和第一电极，其中，半导体晶元1102包括两个NPN型PN结；第一电极包括第一L极1104和第一N极1106，第一L极1104和第一N极1106分别设置在半导体晶元1102两端。可选地，为了增强固体放电管11的导电性，第一L极1104和第一N极1106上分别设置有铜箔，两电极通过铜箔过渡由引线引出。

如图4所示，压敏电阻21包括基础材料2102和第二电极，基础材料2102包括氧化锌陶瓷；第二电极包括第二L极2104和第二N极2106，第二L极2104和第二N极2106分别设置在基础材料2102两端。氧化锌陶瓷夹设在第二L极2104和第二N极2106之间。为了增强导电效果，第二L极2104和第二N极2106外表面还覆盖有镀银层或镀锡层。

如图5所示，固体放电管11的第一N极1106与压敏电阻21的第二L极2104通过焊接方式连接，压敏电阻21的第二N极2106与断路器件3即保险丝31的其中一端连接，固体放电管11的第一L极1104和保险丝31的另一端通过引线分别连接到待保护电路中。

图6是根据本发明实施例可选的另一种过电压保护装置的结构示意图。

如图6所示，本实施例的过电压保护装置还包括：监控电路4，监控电路4与断路器件3连接，用于监控断路器件3是否断开，以及在断路器件3断开的情况下向控制中心发送提示信息，管理人员在接收到提示信息后及时对断路器件3进行更换，保证过电压保护器件的正常工作。监控电路3包括：过电压监测单元41，过电压监测单元41用于监测加载到过电压保护装置上的电压大于或者等于第一预设电压的次数和数值。通过对保护过电压次数和数值的监测和统计，达到过电压保护装置更加智能化的监控。

本发明实施例提供了一种过电压保护方法。

图7是根据本发明实施例可选的一种过电压保护方法的流程图。如图7所示，该过电压保护方法包括步骤S102至S104：

步骤S102，当过电压保护装置上的加载电压大于或者等于第一预设电压时，对加载电压进行首次泻放；

步骤S104，对加载电压经过首次泻放后的剩余电压进行二次泻放。

根据发明实施例，采用将开关型电压保护器件和钳位型电压保护器件进行组合，其中，开关型电压保护器件用于在过电压保护装置上的加载电压大于或者等于第一预设电压时，对加载电压进行首次泻放；钳位型电压保护器件与开关型电压保护器件连接，用于对加载电压经过首次泻放后的剩余电压进行二次泻放。通过将开关型电压保护器件和钳位型电压保护器件进行物理结构的连接融合，解决了现有技术中闸流式电路保护器件无法维持一定的钳位电压以及钳位式电路保护器不能有效地保护后级设备的技术问题，达到了过电压保护装置低钳位电压、低漏电流的技术效果。同时，开关型电压保护器件作为开关器件，正常情况下处于开路状态，本身的泄露电流非常小，从而达到了电压保护器的低钳位电压、低漏电流技术效果。

图8是根据本发明实施例可选的另一种过电压保护方法的流程图。该实施例的过电压保护方法可以是上述实施例的过电压保护方法的一种优选实施方式。如图8示，该过电压保护方法包括步骤S102至S106：

步骤S102，当过电压保护装置上的加载电压大于或者等于第一预设电压时，对加载电压进行首次泻放；

步骤S104，对加载电压经过首次泻放后的剩余电压进行二次泻放；

步骤S106，当加载电压进行首次泻放或剩余电压进行二次泻放时，浪涌电压大于第二预设电压或浪涌电流大于第一预设电流时，将过电压保护装置从待保护电路中断开。

其中，浪涌电压为开关型电压保护器件或钳位型电压保护器件打开瞬间的峰值电压；浪涌电流为开关型电压保护器件或钳位型电压保护器件打开瞬间的峰值电流。

在本发明是实施例中，采用保险丝31在过电压保护装置失效时，将整个过电压保护装置从主回路中移出，形成开路状态，从而不会产生明烟明火现象，确保产品以及整个系统的安全。保险丝31采用防雷专用设计的保险丝，在正常情况下不会熔断，并且承受设计范围内的瞬间浪涌电流不会损坏，当过电压保护装置失效时，例如烧毁情况，保险丝31会马上断开，不会发生火灾事故。

需要说明的是，本发明实施例的过电压保护装置可以用于执行本发明实施例所提供的过电压保护方法，本发明实施例的过电压保护方法也可以通过本发明实施例所提供的过电压保护装置来执行。

本发明实施例的过电压保护装置可以用于浪涌保护和雷击保护，具体工作时，当待保护电路受到感应雷或者其他形式的电压瞬变攻击时，如图5所示，过电压保护装置的在L端和N端会有电压产生，当电压达到触发门限时，这时的触发电压大约等于固体放电管11和压敏电阻21总的设定触发电压，固体放电管11会马上开始导通。电压的范围以及精度取决于固体放电管11和压敏电阻21的范围数值，一般小于5％。固体放电管11的响应时间为us级，会比压敏电阻21快很多，一般大于1000倍。固体放电管11导通后过电压保护装置上的加载电压马上会跌落，从而使浪涌电压完成第一步泻放；之后残余的浪涌电压全部加载到压敏电阻21上，此时压敏电阻21马上启动，将电压变成电流的形式泄放到地，并且维持设定的钳位电压，压敏电阻21的本体发热，保证电压不会低于待保护电路的工作电压，防止对待保护电路造成损坏。此时，固体放电管11、压敏电阻21和保险丝31同时承受很大的浪涌电流，承受浪涌电流的大小取决于过电压保护装置整体的功率设计。L端和N端的电压抑制到设计的范围额内，钳位电压的大小取决于压敏电阻21的钳位电压的数值，可以根据压敏电阻21的电压任意地设定。如果此时浪涌电压太大或浪涌电流太高超过过电压保护装置的设定数值，这时断路器件3即保险丝就会熔断，将过电压保护装置从待保护电路中断开，防止产生烟火产生，确保安全。此时L端和N端之间的电阻或变成无穷大。

图9是根据本发明实施例可选的过电压保护装置工作过程的V/I曲线图。

如图9所示，曲线V_R为产品的额定工作电压，V_BR为启动电压，通常定义电流为1mA时的电压为启动电压，并且有一定的范围。V_C为钳位电压，通常是给定的通流量对应的电压，例如8KA。Vmax是最大的电压，此时的通流量是极限损坏时的数值。因为V_BR是由固体放电管11和压敏电阻21共同决定的。钳位电压V_C的范围可以任意的定义，甚至可以小于V_BR，本发明实施例的过电压保护装置可以保证后一级电路的残压不会过高。而且在固体放电管11的作用下，反应时间非常的快。可以广泛应用在交流电源、直流电源、信号线和有内线电视信号接收等。

本发明实施例的过电压保护装置根据不同的额定工作电压以及钳位电压，可以采用不同额定工作电压的固体放电管11和压敏电阻21进行组合，如表1所示，组合后的过电压保护装置可以满足更大的通流量需要和最小的钳位电压需要。

表1：

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种过电压保护装置，其特征在于，包括：

开关型电压保护器件，用于在所述过电压保护装置上的加载电压大于或者等于第一预设电压时，对所述加载电压进行首次泻放；

钳位型电压保护器件，与所述开关型电压保护器件连接，用于对所述加载电压经过首次泻放后的剩余电压进行二次泻放。

2.根据权利要求1所述的过电压保护装置，其特征在于，还包括：

断路器件，与所述钳位型电压保护器件连接，用于在对所述加载电压进行首次泻放时或对所述剩余电压进行二次泻放时，浪涌电压大于第二预设电压或浪涌电流大于第一预设电流时，自动断开；

其中，所述浪涌电压为所述开关型电压保护器件或所述钳位型电压保护器件打开瞬间的峰值电压；

所述浪涌电流为所述开关型电压保护器件或所述钳位型电压保护器件打开瞬间的峰值电流。

3.根据权利要求2所述的过电压保护装置，其特征在于，

所述开关型电压保护器件包括：固体放电管；

所述钳位型电压保护器件包括：压敏电阻，其中，所述压敏电阻与所述固体放电管连接；

所述断路器件包括：保险丝，其中，所述保险丝与所述压敏电阻连接。

4.根据权利要求3所述的过电压保护装置，其特征在于，所述固体放电管包括：

半导体晶元，其中，所述半导体晶元包括两个NPN型PN结；

第一电极，其中，所述第一电极包括第一L极和第一N极，所述第一L极和所述第一N极分别设置在所述半导体晶元两端。

5.根据权利要求4所述的过电压保护装置，其特征在于，

所述第一L极和所述第一N极上分别设置有铜箔。

6.根据权利要求5所述的过电压保护装置，其特征在于，所述压敏电阻包括：

基础材料，其中，所述基础材料包括氧化锌陶瓷；

第二电极，其中，所述第二电极包括第二L极和第二N极，所述第二L极和所述第二N极分别设置在所述基础材料两端。

7.根据权利要求6所述的过电压保护装置，其特征在于，

所述第二L极和所述第二N极上分别上设置有镀银层或镀锡层。

8.根据权利要求7所述的过电压保护装置，其特征在于，

所述固体放电管的第一N极与所述压敏电阻的第二L极连接，所述压敏电阻的第二N极与所述保险丝的其中一端连接，所述固体放电管的第一L极和所述保险丝的另一端分别与待保护电路连接。

9.根据权利要求2所述的过电压保护装置，其特征在于，还包括：

监控电路，与所述断路器件连接，用于监控所述断路器件是否断开，以及在所述断路器件断开的情况下向控制中心发送提示信息。

10.根据权利要求9所述的过电压保护装置，其特征在于，所述监控电路包括：

过电压监测单元，用于监测加载到所述过电压保护装置上的电压大于或者等于所述第一预设电压的次数和数值。

11.一种采用权利要求1至10任一项所述的过电压保护装置进行的过电压保护的方法，其特征在于，包括：

当所述过电压保护装置上的加载电压大于或者等于第一预设电压时，对所述加载电压进行首次泻放；

对所述加载电压经过首次泻放后的剩余电压进行二次泻放。

12.根据权利要求11所述的过电压保护方法，其特征在于，还包括：

当所述加载电压进行首次泻放或所述剩余电压进行二次泻放时，浪涌电压大于第二预设电压或浪涌电流大于第一预设电流时，将所述过电压保护装置从待保护电路中断开；

其中，所述浪涌电压为所述开关型电压保护器件或所述钳位型电压保护器件打开瞬间的峰值电压；

所述浪涌电流为所述开关型电压保护器件或所述钳位型电压保护器件打开瞬间的峰值电流。