CN1080015C - 一种用于电子产品的改进的电涌保护电路 - Google Patents

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Abstract

一种用于电子产品的改进电涌保护电路，该电路通过吸收外部电涌来保护一个电源和电子产品的内部和外部电路元件，根据本发明的保护电路被连接在一个交流输入端与一个交流接地结构之间。该保护电路包括电涌吸收结构，该电涌吸收结构具有一个最好为0.25mm的电弧放电间隙，该电弧放电间隙比一个规定的安全距离小，以便吸收通过端子传送给交流接地结构的外部电涌，该保护电路还包括一个连接在电涌吸收结构与交流接地结构之间的变阻二极管。

Description

一种用于电子产品的 改进的电涌保护电路
本发明涉及一种用于电子产品的改进电涌保护电路，特别是涉及一种能够通过地(ground)来吸收外部电涌以保护电源和电子产品的内部和外部电路元件的电涌保护电路。
通常，由于像电视机或盒式磁带录像机这样的各种电子产品与一个天线连接，所以它们受到由像闪电(lightning)这样的外部电涌引起的损害，该闪电经过天线可以传导到电子产品上。因此需要采取可靠的安全措施使该产品避免外部电涌。
例如，美国专利5,892,669及其参考文献公开了一种改善的电用保护电路。参照图1，一个常规电子产品的交流输入电路10的交流接地结构(ground pattern)12经过一个具有接地的电流通路的交流输入节点与地连接，而一个直流操作电路20的直流接地结构22是电浮动的，通过接收经过变压器T的次级绕组从交流输入电路10来的功率来操作该直流操作电路20。因此，经过一个天线由直流操作电路20接收的外部电涌经过直流接地结构22和通过在一个电涌保护结构30的端32和34之间的电弧放电被传送给交流接地结构12，并且经过交流输入节点被吸入到地。
把在电涌保护结构30的端34和32之间的一个电弧放电间隙规定为一个安全距离，该安全距离通常是5mm。电涌保护结构30的端34和32应该由规定的安全距离或更大的距离被相互隔离，以便防止由交流电源产生的冲击噪声经过电弧放电间隙被传送给直流操作电路20。虽然为了隔离由交流电源产生的噪声这个安全距离是有效的，但是对于提供实质性的保护以防止由外部电涌损害直流操作电路来说，该安全距离却是无效的。
近来，由于在电子产品中增加了使用像微处理机和集成电路这样的部件，这些部件对于电涌来说是更敏感的，所以工业上已经需要更明确的(definite)保护来防止这样的电涌。
因此，本发明的一个目的是提供一种用于电子产品的改进电涌保护电路，该改进电涌保护电路通过减小一个电弧放电间隙使有助于一个电弧放电，并且有效地隔离噪声。
根据本发明的一个方面，一种用于电子产品的改进电涌保护电路，包括：一个响应一个交流电源的交流输入电路，该交流输入电路具有一个与其连接的交流接地结构，该交流输入电路包括：一个与所述交流电源连接的整流电路，用于把从所述交流电源来的交流电整流，所述整流电路与所述交流接地结构连接；一个响应所述整流的交流电的开关调节电路，该开关调节电路与所述交流接地结构连接；一个变压器T，该变压器具有一个初级绕组和一个次级绕组，所述初级绕组与所述开关调节电路连接，用于接收整流的功率，所述初级绕组与所述交流接地结构连接；和一个直流操作电路，该直流操作电路通过所述变压器与所述交流输入电路电磁耦合，并且该直流操作电路具有一个与其相关的直流接地结构，该直流接地结构与所述交流接地结构被隔开所述安全距离或更大的距离，直流操作电路包括：直流操作单元，所述直流操作单元从所述变压器的所述次级绕组接收功率，所述直流操作单元和所述次级绕组与所述直流接地结构连接，特征在于所述交流输入电路还包括：电涌吸收结构，该电涌吸收结构具有一对端子，所述电涌吸收结构的所述一对端子由一个电弧放电间隙被隔离开，该电弧放电间隙小于一个安全距离，所述电涌吸收结构的所述一对端子中的一个端子与所述交流输入电路的一个交流输入端连接；一个变阻二极管，所述变阻二极管被串联连接在所述电涌吸收结构的所述一对端子中的一个端子和所述交流接地结构之间；和所述直流操作电路还包括一个端子，外部电涌被传送给该端子，所述端子与所述直流操作单元连接，从而由所述直流操作单元的所述端子接收的外部电涌经过所述直流操作电路传送给所述交流输入电路，再经过所述变压器传送给所述交流接地结构，其中利用在所述电涌吸收结构的所述电弧放电间隙中的电弧放电来吸收该外部电涌。
根据本发明的另一方面，提供一种具有一个交流输入电路的电装置，该交流输入电路具有一个与其相关连的交流接地结构和用于接收市电交流电的交流输入端、和一个直流操作电路，该直流操作电路具有一个与其相关连的直流接地结构，并且具有一个用于接收外部电涌的端子，所述电装置具有一个电涌保护电路，该电涌保护电路包括：电涌吸收结构，该电涌吸收结构具有一对端子，所述电涌吸收结构的所述一对端子由一个电弧放电间隙被隔离开，该电弧放电间隙小于一个安全距离，其中所述电涌吸收结构的所述一对端子中的一个端子与所述交流输入电路的所述交流输入端中的一个端连接；和一个变阻二极管，所述变阻二极管被串联连接在所述电涌吸收结构的所述一对端子中的另一个端子与交流接地结构之间；从而由所述直流操作单元的所述端子接收的外部电涌经过所述直流操作电路被传送给所述交流输入电路，再经过所述变压器传送给所述交流接地结构，其中利用在所述电涌吸收结构的所述电弧放电间隙中的电弧放电来吸收该外部电涌。
本发明的这些和其它方面、特征和优点通过下面结合附图详细描述的实施例变得更明显。
图1是一个表示用于一个电子产品的常规电涌保护电路的结构图；和
图2是一个表示根据本发明的用于一个电子产品的电涌保护电路的结构图。
参照图2，一个用于通过一对交流端72和74接收市电交流电的交流输入电路100具有一个交流接地结构42、一个用于对市电交流电进行整流的整流电路41，和一个用于对由整流电路41整流的电压进行调节的开关调节电路40，由此整流电压被提供给一个变压器T的初级绕组。
一个由变压器T的次级绕组来的直流电压供电的直流操作电路200具有一个直流接地结构52，该直流接地结构52与交流接地结构42隔开一个安全距离，例如该安全距离大约是5mm或更大。直流操作电路200也包括一个用于与一个天线连接的端子54，外部电涌通过该天线被传送。
根据本发明的保护电路部分被连接在交流输入端74和交流接地结构42之间。
该保护电路包括电涌吸收结构62和64，它们由电弧放电间隙66隔离开，该电弧放电间隙66最好大约是0.25mm，它比常规的安全距离(即5mm)更短，以便有助于吸收通过交流输入端74传送给交流接地结构42的外部电涌，保护电路还包括一个变阻二极管(varistor)70，该变阻二极管70连接在电涌吸收结构62和64与交流接地结构42之间。
与变压器T的初级绕组连接的交流输入电路100被称作“热电路”，而与变压器T的次级绕组连接的直流操作电路200(DC operating circuit)被称作“冷电路”。该热电路和冷电路(hot and cold power circuit)在相同的印刷电路板上被形成。热电路的交流接地结构42和冷电路的直流接地结构52在印刷电路板上被相互隔离大约有5mm的安全距离。在该印刷电路板上也形成有尖形形状(sharp-shapped即锯齿形状)的电涌吸收结构62和64，该电涌吸收结构62和64在两端62和64之间具有最好为0.25mm的电弧放电间隙66，以便有助于在交流接地结构42和直流接地结构52之间进行电弧放电。
上面所描述的本发明电路的操作如下。
当像闪电这样的外部电涌经过天线流入到直流操作电路200中时，大部分的电涌能量经过变压器T被传送给交流输入电路100，即所谓的“热电路”。然后该电涌能量流入到交流输入电路100的交流接地结构42上，随后该电涌能量经过变阻二极管70传送给电涌吸收结构62和64，由于在电弧放电间隙66中产生的电弧放电，因此经过交流输入电路100传导的大部分电涌能量作为热能被消耗。剩余的电涌能量借助于一个交流输入线路传送给交流输入端74。在图2中的线路68示出了经过本发明的电涌保护电路的电涌能量的通路。在交流接地结构42与电涌吸收结构62和64之间串联连接的变阻二极管70允许电弧放电间隙66被减小，同时为直流操作电路200提供适当的保护以避免由交流电源产生的任何噪声，该噪声由变阻二极管70隔离。因此，由于利用变阻二极管70隔离了噪声，所以当借助于一个较小的电弧放电间隙66来接收外部电涌时，能够容易地产生电弧放电，这就给内部电路元件提供附加的保护以避免这样的电涌。
虽然在此参照附图已经描述了本发明的示范实施例，但是应该理解的是本发明不限于这些示范实施例，由本领域里的技术人员对本发明所进行的各种变化和变型都属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于电子产品的改进电涌保护电路，包括：
一个响应一个交流电源的交流输入电路，该交流输入电路具有一个与其连接的交流接地结构，该交流输入电路包括：
(a)一个与所述交流电源连接的整流电路，用于把从所述交流电源来的交流电整流，所述整流电路与所述交流接地结构连接；
(b)一个响应所述整流的交流电的开关调节电路，该开关调节电路与所述交流接地结构连接；
(c)一个变压器T，该变压器具有一个初级绕组和一个次级绕组，所述初级绕组与所述开关调节电路连接，用于接收整流的功率，所述初级绕组与所述交流接地结构连接；和
(d)一个直流操作电路，该直流操作电路通过所述变压器与所述交流输入电路电磁耦合，并且该直流操作电路具有一个与其相关的直流接地结构，该直流接地结构与所述交流接地结构被隔开所述安全距离或更大的距离，直流操作电路包括：
直流操作单元，所述直流操作单元从所述变压器的所述次级绕组接收功率，所述直流操作单元和所述次级绕组与所述直流接地结构连接，
特征在于所述交流输入电路还包括：
(e)电涌吸收结构，该电涌吸收结构具有一对端子，所述电涌吸收结构的所述一对端子由一个电弧放电间隙被隔离开，该电弧放电间隙小于一个安全距离，所述电涌吸收结构的所述一对端子中的一个端子与所述交流输入电路的一个交流输入端连接；
(f)一个变阻二极管，所述变阻二极管被串联连接在所述电涌吸收结构的所述一对端子中的一个端子和所述交流接地结构之间；和
所述直流操作电路还包括
一个端子，外部电涌被传送给该端子，所述端子与所述直流操作单元连接，从而由所述直流操作单元的所述端子接收的外部电涌经过所述直流操作电路传送给所述交流输入电路，再经过所述变压器传送给所述交流接地结构，其中利用在所述电涌吸收结构的所述电弧放电间隙中的电弧放电来吸收该外部电涌。
2.根据权利要求1的改进电涌保护电路，其中，所述电涌吸收结构的所述电弧放电间隙大约是0.25mm。
3.一种电装置，该电装置具有一个交流输入电路，该交流输入电路具有一个与其相关连的交流接地结构和用于接收市电交流电的交流输入端、和一个直流操作电路，该直流操作电路具有一个与其相关连的直流接地结构，并且具有一个用于接收外部电涌的端子，所述电装置具有一个电涌保护电路，该电涌保护电路包括：
电涌吸收结构，该电涌吸收结构具有一对端子，所述电涌吸收结构的所述一对端子由一个电弧放电间隙被隔离开，该电弧放电间隙小于一个安全距离，其中所述电涌吸收结构的所述一对端子中的一个端子与所述交流输入电路的所述交流输入端中的一个端连接；和
一个变阻二极管，所述变阻二极管被串联连接在所述电涌吸收结构的所述一对端子中的另一个端子与交流接地结构之间；从而由所述直流操作单元的所述端子接收的外部电涌经过所述直流操作电路被传送给所述交流输入电路，再经过所述变压器传送给所述交流接地结构，其中利用在所述电涌吸收结构的所述电弧放电间隙中的电弧放电来吸收该外部电涌。
4.根据权利要求3的改进电涌保护电路，其中，所述电涌吸收结构的所述电弧放电间隙大约是0.25mm。
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