CN107276059A - 输入过电压保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种输入过电压保护电路，其能够在抑制成本的同时以简单的结构保护被保护电路免受过电压。输入过电压保护电路(10)具备：第1配线(12a)和第2配线(12b)，其为了供给电压而被连接至被保护电路(20)；保险丝(14)，其被串联插入到上述第1配线(12a)中，当流过预定值以上的电流时，切断流过第1配线(12a)的电流；硅浪涌吸收器(16)，其一端被连接至第1配线(12a)中的保险丝(14)和被保护电路(20)之间，另一端被连接至第2配线(12b)；以及双向双端子晶闸管(18)，其在硅浪涌吸收器(16)和被保护电路(20)之间，被连接至第1配线(12a)和第2配线(12b)。

Description

输入过电压保护电路
技术领域
本发明涉及一种保护被保护电路免受过电压的输入过电压保护电路。
背景技术
在日本特开平07-184319号公报中公开了使用保险丝和转折型半导体浪涌吸收器，来保护被保护电路的保护电路(参照日本特开平07-184319号公报的图1)。
在日本特开平09-215176号公报中公开了不需要更换或修理部件的针对输入过电压的保护装置。简而言之，该保护装置具备：双向晶闸管和开关部，其电连接或切断外部电源和设备；过电压检测部，其在外部电源的电压为通常的过电压时，使双向晶闸管切断；以及过渡电压检测部，其在外部电源的电压为瞬时过电压时，使开关部切断。
发明内容
转折型半导体浪涌吸收器具有被施加转折电压(breakover voltage)以上的电压时导通的特性。因此，如上述日本特开平07-184319号公报所示，使用保险丝和转折型半导体浪涌吸收器的保护电路的情况下，瞬间产生能量小的过电压(比转折电压高的过电压)时，转折型半导体浪涌吸收器导通，保险丝被断开。此外，这样的瞬间过电压(浪涌)因其他电路工作等影响而频繁产生，因此每次产生时必须更换保险丝，需要时间且需要成本。
另一方面，作为浪涌吸收器，已知有硅浪涌吸收器。该硅浪涌吸收器即使被施加钳位电压(clamping voltage)以上的电压时，吸收该电压，并将向后端电路施加的电压抑制成钳位电压。因此，通过将上述日本特开平07-184319号公报的图1所示的转折型半导体浪涌吸收器置换为硅浪涌吸收器，能够防止因产生瞬间的能量小的过电压导致保险丝被断开。然而，硅浪涌吸收器吸收的能量在硅浪涌吸收器的元件内变成热。产生瞬间的能量小的过电压，硅浪涌吸收器元件的温度不太上升，但产生能量大的过电压时，硅浪涌吸收器元件的温度容易上升。硅浪涌吸收器在元件内的温度超过界限时被损坏而成为短路状态，由此保险丝被断开。硅浪涌吸收器被损坏时，必须更换保险丝以及硅浪涌吸收器，因此成本变高。
此外，上述日本特开平09-215176号公报的针对输入过电压的保护装置需要双向晶闸管、开关部、过电压检测部、以及过渡电压检测部等各种部件，因此需要成本，并且安装面积增大，导致成为大型化。
因此，本发明的目的是提供一种输入过电压保护电路，其能抑制成本并且以简单的结构保护被保护电路免受过电压。
第1发明为一种输入过电压保护电路，具备：第1配线和第2配线，其为了供给电压而被连接至被保护电路；保险丝，其被串联插入到上述第1配线中，当流过预定值以上的电流时，切断流过上述第1配线的电流；第1浪涌吸收器，其一端被连接至上述第1配线中的上述保险丝和上述被保护电路之间，另一端被连接至上述第2配线，在被施加了比第1电压高的电压的情况下，抑制为上述第1电压并进行输出；以及第2浪涌吸收器，其与上述第1浪涌吸收器并联连接，在上述第1浪涌吸收器和上述被保护电路之间，被连接至上述第1配线和上述第2配线，在被施加了比第2电压高的电压时导通。
由此，能够抑制成本并且以简单的结构保护被保护电路免受过电压。详细而言，在产生了瞬间的能量小的过电压的情况下，可以通过第1浪涌吸收器不断开保险丝就能保护被保护电路免受能量小的过电压。此外，施加了能量大的过电压的情况下，可以通过第2浪涌吸收器断开保险丝来保护被保护电路免受能量大的过电压，并且能够防止第1浪涌吸收器的损坏。
在第1发明的上述输入过电压保护电路中，上述第1电压随着上述第1浪涌吸收器的元件的温度上升而变高，上述第2电压被设定成比上述元件的温度上升前的上述第1电压高、且比上述第1浪涌吸收器损坏而导通的上述元件的最大温度所对应的上述第1电压低。
由此，即使在施加了能量大的过电压的情况下，在第1浪涌吸收器损坏前，第2浪涌吸收器导通使得保险丝断开，因此，能够防止第1浪涌吸收器的损坏，能够抑制成本。
在第1发明的上述输入过电压保护电路中，向上述第1配线施加比向上述第2配线施加的电位高的电位。
第2发明为一种输入过电压保护电路，具备：第1配线和第2配线，其为了供给电压而被连接至被保护电路；保险丝，其被串联插入到上述第1配线中，当流过预定值以上的电流时，切断流过上述第1配线的电流；硅浪涌吸收器，其一端被连接至上述第1配线中的上述保险丝和上述被保护电路之间，另一端被连接至上述第2配线；以及双向双端子晶闸管，其与上述硅浪涌吸收器并联连接，在上述硅浪涌吸收器和上述被保护电路之间，被连接至上述第1配线和上述第2配线。
由此，能够抑制成本并且以简单的结构保护被保护电路免受过电压。详细而言，在产生了瞬间的能量小的过电压的情况下，可以通过硅浪涌吸收器不断开保险丝就能保护被保护电路免受能量小的过电压。此外，施加了能量大的过电压的情况下，可以通过双向双端子晶闸管断开保险丝来保护被保护电路免受能量大的过电压，并且能够防止硅浪涌吸收器的损坏。
在第2发明的上述输入过电压保护电路中，上述硅浪涌吸收器的钳位电压随着上述硅浪涌吸收器的结温上升而变高，上述双向双端子晶闸管的转折电压被设定成比上述结温上升前的上述钳位电压高、且比上述结温的最大温度所对应的上述钳位电压低。
由此，即使在施加了能量大的过电压的情况下，在硅浪涌吸收器损坏前，双向双端子晶闸管导通使得保险丝断开，因此，能够防止硅浪涌吸收器的损坏，能够抑制成本。
根据本发明，能够抑制成本并且以简单的结构保护被保护电路免受过电压。详细而言，在产生了瞬间的能量小的过电压的情况下，可以不断开保险丝就能保护被保护电路免受能量小的过电压。此外，在施加了能量大的过电压的情况下，可以断开保险丝来保护被保护电路免受能量大的过电压，并且能够防止浪涌吸收器的损坏。
根据参照附图说明的以下实施方式的说明，能够容易理解上述目的、特征以及优点。
附图说明
图1是表示实施方式的输入过电压保护电路的电路结构的图。
图2A是表示包含瞬间产生的能量小的过电压的输入电压的波形的图，图2B是表示输入了图2A所示的输入电压时的硅浪涌吸收器的输出电压的波形的图。
图3是表示产生了能量大的过电压时的硅浪涌吸收器的输出电压的波形的图。
具体实施方式
以下，以优选的实施方式，边参照附图边对本发明的输入过电压保护电路进行详细说明。
图1是表示实施方式的输入过电压保护电路10的电路结构的图。输入过电压保护电路10保护被保护电路20免受过电压(浪涌)。输入过电压保护电路10具备电压线12(第1配线12a、第2配线12b)、保险丝14、硅浪涌吸收器16、以及双向双端子晶闸管(bidirectionaltwo terminal thyrister)(转折型半导体浪涌吸收器)18。
电压线12为了向被保护电路20供给电压，而被连接到被保护电路20上。电压线12具有第1配线12a和第2配线12b。假定向电压线12的第1配线12a的输入端子13a施加比向第2配线12b的输入端子13b施加的电位高的电位。在本实施方式中，第2配线12b接地(earth、ground)。因此，第2配线12b的电位成为基准电位(0V)。
保险丝14被插入到第1配线12a中，当在第1配线12a中流过预定值(规定)以上的电流时，切断流过第1配线12a的电流。硅浪涌吸收器(第1浪涌吸收器)16与被保护电路20并联连接。硅浪涌吸收器16的一端连接至第1配线12a中的保险丝14与被保护电路20之间，另一端连接至第2配线12b。也就是说，硅浪涌吸收器16与第1配线12a的连接点A1位于保险丝14与被保护电路20之间。另外，将硅浪涌吸收器16与第2配线12b的连接点设为A2。
双向双端子晶闸管(第2浪涌吸收器)18与各被保护电路20和硅浪涌吸收器16并联连接。双向双端子晶闸管18在硅浪涌吸收器16与被保护电路20之间，被连接至第1配线12a和第2配线12b。具体地，双向双端子晶闸管18的一端和另一端连接至第1配线12a和第2配线12b中的硅浪涌吸收器16与被保护电路20之间。也就是说，双向双端子晶闸管18和第1配线12a的连接点B1位于连接点A1与被保护电路20之间，双向双端子晶闸管18与第2配线12b的连接点B2位于连接点A2与被保护电路20之间。
在本实施方式中，将施加给输入过电压保护电路10(输入端子13a、13b之间)的输入电压设为Vin，将硅浪涌吸收器16向双向双端子晶闸管18施加(输出)的输出电压设为V1。
如上所述，硅浪涌吸收器16具有如下特性：被施加钳位电压(clamping voltage)CV以上的电压时，吸收该电压，将向后端电路施加的电压抑制成钳位电压(第1电压)CV。此外，硅浪涌吸收器16吸收的能量转化为热，由此，硅浪涌吸收器16元件内的温度(以下，称为结温(junction temperature))上升。也就是说，硅浪涌吸收器16在被施加比钳位电压CV高的电压时，将输出电压V1抑制成钳位电压CV，因此在硅浪涌吸收器16内流过电流，结温上升。结温上升时，硅浪涌吸收器16的钳位电压变高。结温上升、结温到达最大结温(最大温度)时，硅浪涌吸收器16损坏成为短路状态。在本实施方式中，将在该结温成为最大结温时的钳位电压CV称作最大钳位电压CVm，将结温上升前的温度(通常动作温度)时的钳位电压CV称作初始钳位电压CVi。此外，双向双端子晶闸管18在被施加转折电压(第2电压)BV以上的电压时，具有导通特性。
图2A是表示包含瞬间产生的能量小的过电压的输入电压Vin的波形的图，图2B是表示输入了图2A所示的输入电压Vin时的硅浪涌吸收器16的输出电压V1的波形的图。如图2A所示，输入电压Vin包含瞬间产生的过电压(浪涌)。图2A和图2B中的虚线表示硅浪涌吸收器16的钳位电压CV，图2B的点划线表示双向双端子晶闸管18的转折电压BV。另外，转折电压BV被设定成比初始钳位电压CVi高，且比最大钳位电压CVm低。
如图2A和图2B所示，即使在输入电压Vin中瞬间产生了过电压，也能通过硅浪涌吸收器16将输出电压V1抑制成钳位电压CV。也就是说，硅浪涌吸收器16在输入电压Vin为钳位电压CV以下的电压的情况下，将输入电压Vin作为输出电压V1来进行输出，在输入电压Vin比钳位电压CV高的情况下，将输出电压V1限制为钳位电压CV来进行输出。在瞬间产生的能量小的过电压下，硅浪涌吸收器16的结温没有太上升，因此，此时的钳位电压CV成为比转折电压BV低的电压。虽然也取决于瞬间产生的过电压的发生频率，但若是瞬间产生的能量小的过电压，则钳位电压CV成为等于初始钳位电压CVi或接近初始钳位电压CVi的电压。因此，在施加了具有瞬间产生的能量小的过电压的输入电压Vin的情况下，通过硅浪涌吸收器16吸收该电压，因此双向双端子晶闸管18不导通，保险丝14也不会断开。
图3是表示产生了能量大的过电压时的硅浪涌吸收器16的输出电压V1的波形的图。连续或断续地持续输入比通常动作温度时的初始钳位电压CVi高的输入电压Vin时，也就是说，输入包含能量大的过电压的输入电压Vin时，要抑制的能量变大，结温上升。硅浪涌吸收器16将比钳位电压CV大的输入电压Vin抑制为钳位电压CV来输出输出电压V1，但钳位电压CV本身因结温的上升而变高。因此，要被抑制的输出电压V1也上升。然而，双向双端子晶闸管18的转折电压BV被设定成比初始钳位电压CVi高、且比最大钳位电压CVm低，因此输出电压V1在到达最大钳位电压CVm前到达转折电压BV。输出电压V1到达转折电压BV时，双向双端子晶闸管18导通，因此在保险丝14中流过预定值以上的电流使得保险丝14断开。由此，能够防止硅浪涌吸收器16的损坏。也就是说，施加了具有能量大的过电压的输入电压Vin时，可以通过双向双端子晶闸管18对硅浪涌吸收器16进行保护。另外，保险丝14断开时，输出电压V1成为0。
这样，本实施方式的输入过电压保护电路10具备：第1配线12a和第2配线12b，其为了供给电压被连接至被保护电路20；保险丝14，其被串联插入到第1配线12a中，当流过预定值以上的电流时，切断流过第1配线12a的电流；硅浪涌吸收器16，其一端被连接至第1配线12a中的保险丝14和被保护电路20之间，另一端被连接至第2配线12b；以及双向双端子晶闸管18，其与硅浪涌吸收器16并联连接，在硅浪涌吸收器16和被保护电路20之间，被连接至第1配线12a和第2配线12b。
由此，可以抑制成本并且以简单的结构保护被保护电路20免受过电压。详细而言，产生了瞬间能量小的过电压时，可以通过硅浪涌吸收器16不断开保险丝14就能保护被保护电路20免受能量小的过电压。此外，被施加了能量大的过电压的情况下，可以通过双向双端子晶闸管18断开保险丝14来保护被保护电路20免受能量大的过电压，并且能够防止硅浪涌吸收器16的损坏。
双向双端子晶闸管18的转折电压BV被设定成比结温上升前的初始钳位电压CVi高、且比结温的最大温度(硅浪涌吸收器16损坏而成为短路状态的温度)所对应的最大钳位电压CVm低。因此，即使在被施加了能量大的过电压的情况下，在硅浪涌吸收器16损坏前，双向双端子晶闸管18导通使得保险丝14断开，因此能够防止硅浪涌吸收器16的损坏，能够抑制成本。
另外，在本实施方式中，将保险丝14插入到第1配线12a中，但也可以将保险丝14插入到第2配线12b中。此外，也可以向第2配线12b的输入端子13b施加比向第1配线12a的输入端子13a施加的电位高的电位。在该情况下，可以使第1配线12a接地。并且，接地侧的第2配线12b(或第1配线12a)可以是大地。在该情况下，使连接至接地的第2配线12b(或第1配线12a)侧的硅浪涌吸收器16、双向双端子晶闸管18、以及被保护电路20的端部分别接地即可。

Claims (5)

1.一种输入过电压保护电路(10)，其特征在于，具备：
第1配线(12a)和第2配线(12b)，其为了供给电压而被连接至被保护电路(20)；
保险丝(14)，其被串联插入到上述第1配线(12a)中，当流过预定值以上的电流时，切断流过上述第1配线(12a)的电流；
第1浪涌吸收器(16)，其一端被连接至上述第1配线(12a)中的上述保险丝(14)和上述被保护电路(20)之间，另一端被连接至上述第2配线(12b)，在被施加了比第1电压(CV)高的电压的情况下，抑制为上述第1电压(CV)并进行输出；以及
第2浪涌吸收器(18)，其与上述第1浪涌吸收器(16)并联连接，在上述第1浪涌吸收器(16)和上述被保护电路(20)之间，被连接至上述第1配线(12a)和上述第2配线(12b)，在被施加了比第2电压(BV)高的电压时导通。
2.根据权利要求1所述的输入过电压保护电路(10)，其特征在于，
上述第1电压(CV)随着上述第1浪涌吸收器(16)的元件的温度上升而变高，
上述第2电压(BV)被设定成比上述元件的温度上升前的上述第1电压(CVi)高、且比上述第1浪涌吸收器(16)损坏而导通的上述元件的最大温度所对应的上述第1电压(CVm)低。
3.根据权利要求1或2所述的输入过电压保护电路(10)，其特征在于，
向上述第1配线(12a)施加比向上述第2配线(12b)施加的电位高的电位。
4.一种输入过电压保护电路(10)，其特征在于，具备：
第1配线(12a)和第2配线(12b)，其为了供给电压而被连接至被保护电路(20)；
保险丝(14)，其被串联插入到上述第1配线(12a)中，当流过预定值以上的电流时，切断流过上述第1配线(12a)的电流；
硅浪涌吸收器(16)，其一端被连接至上述第1配线(12a)中的上述保险丝(14)和上述被保护电路(20)之间，另一端被连接至上述第2配线(12b)；以及
双向双端子晶闸管(18)，其与上述硅浪涌吸收器(16)并联连接，在上述硅浪涌吸收器(16)和上述被保护电路(20)之间，被连接至上述第1配线(12a)和上述第2配线(12b)。
5.根据权利要求4所述的输入过电压保护电路(10)，其特征在于，
上述硅浪涌吸收器(16)的钳位电压(CV)随着上述硅浪涌吸收器(16)的结温上升而变高，
上述双向双端子晶闸管(18)的转折电压(BV)被设定成比上述结温上升前的上述钳位电压(CVi)高、且比上述结温的最大温度所对应的上述钳位电压(CVm)低。
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