CN106505544A - 串并联自动转换低残压电涌保护电路 - Google Patents

串并联自动转换低残压电涌保护电路 Download PDF

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Abstract

一种串并转换低残压电涌保护电路，其所述电路为，三个元件A、B、C串联，其所述的三个元件A、B、C可分别为：（1）、三个串联的元件A、B、C是同一特性的压敏电阻器。（2）、三个串联的元件A、B、C是两端的元件A、C为同一特性的压敏电阻器，中间元件B为线性电阻或电容或电感元件。（3）、三个串联的元件A、B、C是两端的元件A、C为同一特性的压敏电阻器，中间的元件B为与两端的元件A、C不同特性的压敏电阻器。在元件A、B、C组成串联电路的元件A、B和元件B、C串联组合两端各并联有电压开关特性元件。本技术可大幅度的降低残压的电涌保护电路。

Description

串并联自动转换低残压电涌保护电路
技术领域
本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种串并联自动转换低残压电涌保护电路。
背景技术
现代电子产品的存活离不开电磁环境防护，SPD（电涌保护器）是电磁环境防护的基础器件。SPD的基本功能是抑制浪涌电压,分流浪涌电流。尽可能减低浪涌电流涌入时，SPD两端的电压(或称 “限制电压”，“残压”)，是SPD技术永恒的努力目标。从技术经济的角度看，SPD的低残压，至少有以下三个方面的有益效果：
⑴ 被保护器件的耐电压等级降低,成本下降；
⑵ 保护器安装部位的空气间隙可以减低，爬电距离减小，耐电压等级下降；
⑶ 由于上面两个原因，使“小型化”容易实现。
因此，尽管降低SPD残压可能使这种器件本身的价格上升，但电路系统的总费用下降的更多。
在氧化锌压敏电阻器（MOV）进入市场的早期，在220（240）V工频电源电路中，用的是压敏电压（Un）470V的器件，它在标称放电电流下的残压（限制电压）大体为1100V。但它们在使用现场起火，造成严重后果的事故时有发生，于是，所用MOV的规格逐步提高到Un=620V、680V。这个措施是有效的，极大地减低了起火事故的概率，但残压相应地提高到1400V、1500V，这使成本加大，体积增加。从技术角度看，MOV并联在供电电源上，其性能劣化速度与“加压比kap”（电源电压峰值对于压敏电压之比）成正相关，提高压敏电压，就降低了kap，结果寿命加长。
为减低MOV在连续电压下的起火概率，另外一个通行的做法，是用“压敏电阻器+气体放电管”(“MOV+GDT”) 串联组合代替单一的MOV。这样的GDT在等待工作状态，MOV不承受连续系统电压，也就没有连续系统电压应力造成的劣化问题，以及劣化进一步发展所造成的起火事故。这是“MOV+GDT”对于单一MOV的优点，但也有其缺点，就是保护性能变差。因为GDT的冲击击穿电压较高，通常在1000V左右，因此对于低于这个数值的窄脉冲没有抑制作用，而单一MOV对于幅值高于其压敏电压的任何脉冲过电压，都有一定抑制作用。需要考虑的一点是实际电路中的低幅值浪涌电压的出现概率，远高于高幅值浪涌电压的出现概率；这种低幅值浪涌电压尽管不会造成电路器件的破坏，但会加速有些电路器件的劣化。
发明内容
本发明目的是针对以上现有技术的不足，提供一种可大限度的降低残压的电涌保护电路.
发明目的可以通过以下技术方案实现；一种串并联自动转换低残压电涌保护电路，其特征在于，所述电路为，三个元件A、B、C串联，其所述的三个元件A、B、C可分别为：
（1）、三个串联的元件A、B、C是同一特性的压敏电阻器；
（2）、三个串联的元件A、B、C是两端的元件A、C为同一特性的压敏电阻器，中间元件B为线性电阻或电容或电感元件；；
（3）、三个串联的元件A、B、C是两端的元件A、C为同一特性的压敏电阻器，中间的元件B为与两端的元件A、C不同特性的压敏电阻器；
在元件A、B、C组成串联电路的元件A、B和元件B、C串联组合两端各并联有电压开关特性元件。
所述的串并联自动转换低残压电涌保护电路，其在元件A、B、C组成串联电路的元件A、B和元件B、C串联组合两端分别并联有串接的电压开关特性元件及线性电阻。
所述的串并联自动转换低残压电涌保护电路，在元件A、B、C组成串联电路的元件A、B和元件B、C串联组合两端的其中一端并联有串接的电压开关特性元件及线性电阻。
所述的串并联自动转换低残压电涌保护电路，在元件A、B、C组成串联电路的元件A、B和元件B、C串联组合两端分别并联有串接的电压开关特性元件及电感元件。
所述的串并联自动转换低残压电涌保护电路，在元件A、B、C组成串联电路的元件A、B和元件B、C串联组合两端的其中一端并联有串接的电压开关特性元件及电感元件。
所述的串并联自动转换低残压电涌保护电路，在元件A、B、C组成串联电路的元件A、B和元件B、C串联组合两端分别并联有串接的电压开关特性元件、线性电阻及电感元件。
所述的串并联自动转换低残压电涌保护电路，在元件A、B、C组成串联电路的元件A、B和元件B、C串联组合两端的其中一端并联有串接的电压开关特性元件、线性电阻及电感元件。
所述的串并联自动转换低残压电涌保护电路，其特征在于，所述在元件A、B、C组成串联电路的元件A、B和元件B、C串联组合两端分别并联有串接的电压开关特性元件及电容。
所述的串并联自动转换低残压电涌保护电路，其特征在于，所述在元件A、B、C组成串联电路的元件A、B和元件B、C串联组合两端的其中一端并联有串接的电压开关特性元件及电容。
所述的串并联自动转换低残压电涌保护电路，其元件特性的配对能保证双路并联放电的电流差不大于10%。
本发明的技术进步在于本串并联自动转换低残压电涌保护电路的功能特点是随着侵入浪涌电压峰值的不同,能自动转换工作状态，保证低残压。
附图说明：
图1为本发明电路的基本原理示意图；
图2为本发明电路的在元件A、B、C组成串联电路的元件A、B和元件B、C串联组合两端分别并联有串接的电压开关特性元件及线性电阻原理示意图;
图3为本发明电路的在元件A、B、C组成串联电路的元件A、B和元件B、C串联组合两端的其中一端并联有串接的电压开关特性元件及线性电阻原理示意图;
图4为本发明电路的在元件A、B、C组成串联电路的元件A、B和元件B、C串联组合两端分别并联有串接的电压开关特性元件及电感元件原理示意图;
图5为本发明电路的在元件A、B、C组成串联电路的元件A、B和元件B、C串联组合两端的其中一端并联有串接的电压开关特性元件及电感元件原理示意图;
图6为本发明在单相三线电源中的防护电路的具体应用示意图；
图7为三个三压两管基本电路单元组成的过电压防护电路示意图；
图8为本发明元件A、B、C组成串联电路，其元件A、B和元件B、C串联组合两端分别并联有串接的电压开关特性元件D1、 D2及电容G1、G2电路示意图。
图9为本发明在L-N间防护采用三压两管结构，在L-PE ，N-PE间防护采用常用的两压一管结构电路示意图；
图10、图11、图12、图13、图14为本发明性能测试示意图。
具体实施方式：
本发明串并联自动转换低残压电涌保护电路，主要用于工频电源电路的防雷和防操作过电压保护，特别是用于要求低残压和高可靠性的应用场合，工作模式可以是“相线-相线”，“相线-中线”，“相线-地线”，以及“中线-地线”等。
如图1所示，是本发明的基本电路单元，即在元件A、B、C组成串联电路的元件A、B和元件B、C串联组合两端各并联有电压开关特性元件D，即D1、D2。
采用本发明的方案，浪涌前期，三个元件A、B、C串联，可以比较精准地实现设计的保护启动电压。随后电压开关特性元件D导通，使压敏电阻由串联结构变为并联结构，使其通流能力大幅度增加，残压也跟着大幅度下降。其最后残压值基本上想当于一个压敏通过三分之一电流时的残压。
当浪涌结束后，由于压敏电阻的作用，电压开关特性元件D的续流不能维持，电压开关特性元件D又重新回到断开状态，压敏电阻也由并联转回到串联状态。
实施例1：如图1所示为本发明的一个基本电路单元实施例，采用三压两管结构，即元件A、B、C为三个压敏电阻及二个压开关特性元件D1、D2。三个压敏电阻采用14D271，串联后，其合并压敏电阻为810V，漏电流很小。两管电压开关特性元件D1、D2是气体放电管；
在5000A，8/20浪涌脉冲的冲击下，本电路测得的残压值为680V。而三个14D271的串联相当于一个14D811，一个14D811的残压通常为1880V~2200V。
实施例2：如图2所示，为本发明的一个实施例，在220/240V 低压电源电路中，幅值略高于系统电压的浪涌电压的发生概率很高。电压开关特性元件D为气体放电管时，因其脉冲击穿电压高，通常为800V到1000V,不能对这类浪涌电压起抑制作用。因此本发明串并转换低残压电涌保护电路采用 “压敏电阻器+电压开关特性元件D+线性电阻E”的组合来抑制这类浪涌电压。即在压敏电阻A、B、C组成串联电路的压敏电阻A、B和压敏电阻B、C串联组合两端分别并联有串接的电压开关特性元件D1、D2及线性电阻E1、E2。
图3为本发明电路的在压敏电阻A、B、C组成串联电路的压敏电阻A、B和压敏电阻B、C串联组合两端的其中一端并联有串接的电压开关特性元件D1及线性电阻E，另一端并联有电压开关特性元件D2。
实施例3：如图6所示，是本发明在单相三线电源中的防护电路的具体应用示意图，该电路利用两个三压两管单元拼接。接地放电管D和二为一，可用于一般的L-N-PE三线防护电路中。
实施例4：如图7所示，是三个三压两管基本电路单元组成的过电压防护电路，是基本电路单元的组合在L-N-PE三线防护电路中应用。
实施例5：如图8所示，压敏电阻A、B、C组成串联电路的压敏电阻A、B和压敏电阻B、C串联组合两端分别并联有串接的电压开关特性元件D1、 D2及电容G1、G2。
实施例6，如图9所示，本发明在L-N间防护采用三压两管结构，即元件A、B、C为三个压敏电阻及二个电压开关特性元件D1及D2。在L-PE ，N-PE间防护采用常用的两压一管结构，即压敏电阻A、B和电压开关特性元D3。
脉冲电流峰值从小到大时的工作特点和特性,如图10、11、12、13、14所示，性能测试结果见表1，图中的时间值t，电流i和电压u值都取自示波器波形采样表。图14是本发明脉冲电流工作特性，它在最大放电电流4840A(目标值5000A)的最高残压小于1000V。
表1 脉冲电流峰值从小到大时的工作特点和特性
本发明在具体应用中，需要注意：
1、对压敏电阻器进行百分之百的可靠性筛选，剔除有早期失效隐患的产品
2、经过可靠性筛选的压敏电阻器，应进行规定寿命的鉴定试验合格，并实施寿命维持管理。若无特殊规定，寿命年限为10年。
3、标称放电电流In分为8/20-2kA, 5kA,10k三个等级, 在In电流下，通过元件特性配对，和改变串联线性阻抗，使得两GDT的电流差不大于10%
4，用于220/240 工频电源电路的本发明，在标称放电电流下的残压不大于1000V。
本发明的工作过程为（以基本电路单元组成的过电压防护电路为例）：
1、对于“低幅值浪涌”，仅有3只元件A、B、C串联导通，抑制浪涌电压，分流浪涌电流（两只开关元件D，即D1、D2不导通）；
2、对于“中等幅值浪涌”，单路“电压开关特性元件D和限压元件”串联组合D1-C或A-D2导通，抑制浪涌电压，分流浪涌电流；
3、对于“高幅值浪涌”双路“开关元件-限压元件” D1-C和A-D2导通，抑制浪涌电压，分流浪涌电流。

Claims (10)

1.一种串并联自动转换低残压电涌保护电路，其特征在于，所述电路为，三个元件A、B、C串联，其所述的三个元件A、B、C可分别为：
（1）、三个串联的元件A、B、C是同一特性的压敏电阻器；
（2）、三个串联的元件A、B、C是两端的元件A、C为同一特性的压敏电阻器，中间元件B为线性电阻或电容或电感元件；
（3）、三个串联的元件A、B、C是两端的元件A、C为同一特性的压敏电阻器，中间的元件B为与两端的元件A、C不同特性的压敏电阻器；
在元件A、B、C组成串联电路的元件A、B和元件B、C串联组合两端各并联有电压开关特性元件。
2.根据权利要求1所述的串并联自动转换低残压电涌保护电路，其特征在于，所述在元件A、B、C组成串联电路的元件A、B和元件B、C串联组合两端分别并联有串接的电压开关特性元件及线性电阻。
3.根据权利要求1所述的串并联自动转换低残压电涌保护电路，其特征在于，所述在元件A、B、C组成串联电路的元件A、B和元件B、C串联组合两端的其中一端并联有串接的电压开关特性元件及线性电阻。
4.根据权利要求1所述的串并联自动转换低残压电涌保护电路，其特征在于，所述在元件A、B、C组成串联电路的元件A、B和元件B、C串联组合两端分别并联有串接的电压开关特性元件及电感元件。
5.根据权利要求1所述的串并联自动转换低残压电涌保护电路，其特征在于，所述在元件A、B、C组成串联电路的元件A、B和元件B、C串联组合两端的其中一端并联有串接的电压开关特性元件及电感元件。
6.根据权利要求1所述的串并联自动转换低残压电涌保护电路，其特征在于，所述在元件A、B、C组成串联电路的元件A、B和元件B、C串联组合两端分别并联有串接的电压开关特性元件、线性电阻及电感元件。
7.根据权利要求1所述的串并联自动转换低残压电涌保护电路，其特征在于，所述在元件A、B、C组成串联电路的元件A、B和元件B、C串联组合两端的其中一端并联有串接的电压开关特性元件、线性电阻及电感元件。
8.根据权利要求1所述的串并联自动转换低残压电涌保护电路，其特征在于，所述在元件A、B、C组成串联电路的元件A、B和元件B、C串联组合两端分别并联有串接的电压开关特性元件及电容。
9.根据权利要求1所述的串并联自动转换低残压电涌保护电路，其特征在于，所述在元件A、B、C组成串联电路的元件A、B和元件B、C串联组合两端的其中一端并联有串接的电压开关特性元件及电容。
10.根据权利要求1至7所述的串并联自动转换低残压电涌保护电路，其特征在于，元件特性的配对能保证双路并联放电的电流差不大于10%。
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