CN105122562A - 用于直流馈电电路的过电压保护的电路布置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电路布置，其用于在电子元件或设备，特别是通信设备，如发射和接收天线和/或移动通信设备的直流馈电电路中的过电压保护。所述电路由在输入端子之间的火花间隙或气体放电管所构成的粗保护串联电路以及与火花间隙或气体放电管并联连接的电容器组成。此外，还设置有在输出端子之间的至少一个细保护元件以及在粗保护串联电路与细保护元件之间的去耦阻抗。根据本发明电容器的电容值比气体放电管或火花间隙的电容值大许多倍，其中去耦阻抗的感应率被设计成，使得在电流上升情况下产生足够的电压降，以便在达到细保护元件的负载极限之前接通所述火花间隙或气体放电管。

Description

用于直流馈电电路的过电压保护的电路布置

本发明涉及一种电路布置，其用于在电子元件或设备，特别是通信设备，如发射和接收天线和/或移动通信设备的直流馈电电路中的过电压保护，该电路布置包括：在输入端子之间的火花间隙或气体放电管构成的粗保护(Grobschutz)串联电路和与火花间隙或气体放电管并联连接的电容器，在输出端子之间的至少一个细保护元件(Feinschutzelement)，以及在粗保护串联电路与细保护元件之间的去耦阻抗，这是权利要求1的前序部分的内容。

从DE2547604A1中已知一种控制器布置，其用于过电压放电管的火花间隙。其中与火花间隙并联连接的控制电阻能够通过各个火花间隙影响电压降，使得首先点燃第一火花间隙。通过具有不同大小指数的控制电阻可依次开关其它火花间隙，以减小整个布置的响应电压。通过根据DE2547604A1所述的解决方案应该可以减少在迄今已知的布置中出现的重新点火的缺点，条件是多个过电压过程接踵而至从而使得各个过电压保护过程之间火花间隙不能被充分冷却。

根据DE29724817U1所述的承载雷击电流的火花间隙从多个串联连接的火花间隙出发，其中所述火花间隙由n个部分火花间隙组成，通过这些被串联连接的部分火花间隙使其电弧燃烧电压为部分火花间隙的电弧燃烧电压值的n倍。除了在雷击电流事件情况下的第一响应的部分火花间隙之外的部分火花间隙，其通过阻抗连接，目的在于实现依次接通。根据DE29724817U1所述的第二火花间隙和所有其它的火花间隙直接设置到共同的参考电位，特别是设置在作为参考电极的、最后一个火花间隙的自由电极上。

此外，还已知位于德国诺伊马克特(Neumarkt)的DEHN+GmbH+Co,KG公司名称为“Blitzduktor”的过电压保护器。此类过电压保护器BlitzduktorBVTKKSALD75或BVTALD36具有串联连接的气体放电管，并且所述气体放电管具有并联连接的电容器以便依次接通各个气体放电管。已知放电管的目的在于，减少在双绞线导线之间的响应电压。在已知的过电压保护器中，通过被串联连接的火花间隙或气体放电管来实现增加电弧燃烧电压，从而使得可允许的操作电压的增加。若各个元件的电弧燃烧电压的总和在操作电压之上，则熄灭，即独立于响应放电管情况下的流动电流来关闭放电管。

综上所述，本发明的任务在于，提出一种经过进一步发展的电路布置，其用于在电子元件或设备，特别是移动通信技术设备的直流馈电电路中的过电压保护，所述电路布置确保独立于工作电流或额定电流进行必要的过电压保护。在这方面参考了自身已知的串联连接气体放电管的思想，并使用了由此实现的增加电弧燃烧电压，从而使得当额定电压较高时有可能熄灭。根据本发明所述的解决方案确保不超过100V的低防护水平，以保护电源或移动通信设备上的天线或放大器的输入电路。在这一方面，所提供的电路允许对不同的组件进行过电压保护，以减少在安装方面和成本方面的花费。

本发明的任务通过权利要求1所述的特征组合得以实现，其中从属权利要求至少描述了有利的实施形式和改进方案。

根据本发明，通过气体放电管或火花间隙的串联连接和由此实现的各个电弧燃烧电压的增加来实现熄灭高达电弧燃烧电压总和的工作电压，而不存在将电路装置限制在最大的工作电流或故障电流。

通过与气体放电管并联连接的电容(电容器)来实现对电压分布进行控制，其结果是将气体放电管依次接通。由此达到电路布置的总响应电压，其对应于单个气体放电管的响应电压。

在下游处的、位于输出端子上的细保护电路的设计参考了整个布置的电弧燃烧电压。

根据本发明，可使用非常低的去耦阻抗来协调整体布置从粗保护到细保护，原因在于只要确保，在电流增大达到作为细保护元件使用的二极管的负载极限之前产生足够的电压降，以便接通气体放电管。此外细保护必要的载流能力通过依次接通的粗保护元件(即气体放电管或火花间隙)的预期功能而有所减少。考虑可将去耦阻抗设计为在高的工作电流的低阻抗值。

要从以下的电路布置出发，所述电路布置用于在电子元件或设备，特别是通信设备，如发射和接收天线和/或移动通信设备的直流馈电电路中的过电压保护，所述电路布置由在输入端子之间的火花间隙或气体放电管构成的粗保护串联电路以及与火花间隙或气体放电管并联连接的电容器组成。此外，将至少一个细保护元件布置在输出端子之间，并且在粗保护串联电路与细保护元件之间存在去耦阻抗。

根据本发明，电容器的电容值比气体放电管或火花间隙的电容值大许多倍。如上所述，去耦阻抗的感应率被设计成，使得在电流上升情况下会产生足够的电压降，以便在达到细保护元件的负载极限之前接通火花隙或气体放电管。

在实施形式上，在火花间隙或气体放电管的各个连接点与接地电位之间连接了电容器，其中气体放电管或火花间隙与电容器的电容值比例大致为1：100。

气体放电管具有基本相同的响应电压，从而使得在过电压情况下可依次接通气体放电管。

在一个优选的实施形式中，细保护元件由二极管的串联电路所构成。这里特别使用抑制二极管或TVS二极管。所述串联电路中的二极管的断态电压在这种情况下比气体放电管的电弧燃烧电压的总和大。

下面借助实施例和附图对本发明进行更加详细的说明。

图中显示：

图1示出了工作电压不超过60VDC的示例性电路布置；以及

图2为依次接通在根据图1所述的气体放电管A1至A5的图示，并且示出了相关的随时间变化的电流曲线。

图1首先可以看出输入端子-VDC和+VDC。在这些输入端子之间为例如由5个气体放电管A1至A5组成的串联电路。通过串联这5个气体放电管实现的是，使得电弧燃烧电压大约为60V。这样一来在工作电压不超过60V时独立于工作电流实现熄灭气体放电管。

在气体放电管A1至A5的连接点处，将电容器C1至C4连接到地电位或到+VDC端子。这些电容器的电容值例如是气体放电管容量的100倍。由此实现的是，首先施加的输入电压完全在气体放电管A5上。因此一旦超过规定的响应电压则切换气体放电管A5。

此后，输入电压在其余的布置A1至A4上。另外的电压分布通过A4和C3的容量产生，其中同样的比例适用于A5至C4。

如果使用响应电压大致相同的气体放电管A1至A5，则依次接通气体放电管A5至A1。

细保护等级通过相反极性地串联连接抑制二极管或TVS二极管V1至V4来实现，其中对由二极管V1至V4组成的细保护的大小而言，所选择的二极管的断态电压比放电管A1至A5的电弧燃烧电压总和高。这样一来，二极管V1至V4在放电管A5至A1响应之后放电。

在输入端子-VDC与输出端子-VDC(用内部表示)之间还有去耦阻抗L1。

在这种情况下，选择线圈L1的感应率，使得在电流上升达到二极管V1至V4的负载极限之前会在L1上产生足够的电压降，以接通气体放电管A1至A4。

这里适用以下关系式：

$L1=\frac{U}{dI/dt}$

根据图1的示例性电路为同样是示例性的工作电压确定了60VDC的大小。

在这种情况下，得出了以下示例性的设计。

气体放电管A1至A5具有的最大响应电压为500V(1kV/μs)。电容器C1至C4的电容约为10nF。气体放电管的容量约为1.5pF。

TVS二极管V1至V4具有30V的断态电压。最大电流承载量为250A(10/350μs)。最大钳位电压为100V。

根据预期电流上升率dI/dt＝250A/10μs：25A/μs，得到感应率L1。其中，L1上所需的电压降为500V-100V＝400V。由此得到

$L1=\frac{400V}{25\frac{A}{\mathrm{\μ}s}}=16\mathrm{\μ}H$

当然也有可能为其它操作电压和气体放电管容量的其它基准值进行适当的设计，而不脱离本发明的思想。

Claims (5)

1.一种电路布置，其用于在电子元件或设备，特别是通信设备，如发射和接收天线和/或移动通信设备的直流馈电电路中的过电压保护，所述电路布置包括：在输入端子之间的火花间隙或气体放电管所构成的粗保护串联电路以及与所述火花间隙或气体放电管并联连接的电容器，在输出端子之间的至少一个细保护元件和在所述粗保护串联电路与所述细保护元件之间的去耦阻抗，其特征在于，所述电容器的电容值比所述气体放电管或火花间隙的电容值大许多倍，并且所述去耦阻抗的感应率被设计成，使得在电流上升情况下产生足够的电压降，以便在达到所述细保护元件的负载极限之前接通所述火花间隙或气体放电管。

2.如权利要求1所述的电路布置，其特征在于，在所述火花间隙或气体放电管的各个连接点与接地电位之间连接有电容器，其中气体放电管或火花间隙与所述电容器的电容值比例大致为1：100。

3.如权利要求1或2所述的电路布置，其特征在于，所述气体放电管具有基本相同的响应电压，从而使得在过载情况下实现依次接通所述气体放电管。

4.如前述权利要求中任一项所述的电路布置，其特征在于，所述细保护元件由二极管的串联电路所构成。

5.如权利要求4所述的电路布置，其特征在于，所述二极管被构造成抑制二极管或TVS二极管，并且所述串联电路中的二极管的断态电压比所述气体放电管的电弧燃烧电压的总和大。