CN110137933A - 一种浪涌防护电路、装置和电器设备 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种浪涌防护电路、装置和电器设备。该浪涌防护电路包括：第一限压型保护器件和第一开关型保护器件串联连接于第一保护电路的第一端和第二端之间；第一保护电路的第一端与第一电源线路电连接；第二限压型保护器件的第一端与第一保护电路的第二端电连接，第二限压型保护器件的第二端与第二电源线路电连接；第二开关型保护器件的第一端与第一保护电路的第二端电连接，第二开关型保护器件的第二端与第三电源信号线电连接。与现有技术相比，本发明实施例有利于降低第一限压型保护器件的残压，提升了浪涌防护电路的保护水平。
Description
技术领域
本发明实施例涉及电子电路技术，尤其涉及一种浪涌防护电路、装置和电器设备。
背景技术
电器设备在轨道交通、汽车、通讯、新能源、安防、消费品、工业、医疗等行业得到了广泛的应用，其性能的优劣直接关系到相关设备能否安全可靠的工作。
为了保证电器设备能够安全可靠地工作，多在电器设备电源端口设计浪涌防护电路。然而，现有的浪涌防护电路由于电路设计不合理，存在保护水平较低的问题，容易影响电器设备的正常工作。
发明内容
本发明实施例提供一种浪涌防护电路、装置和电器设备，以提高浪涌防护电路的保护水平。
第一方面，本发明实施例提供了一种浪涌防护电路，所述浪涌防护电路包括：
第一保护电路，包括第一限压型保护器件和第一开关型保护器件；所述第一限压型保护器件和所述第一开关型保护器件串联连接于所述第一保护电路的第一端和第二端之间；所述第一保护电路的第一端与第一电源线路电连接；
第二限压型保护器件，所述第二限压型保护器件的第一端与所述第一保护电路的第二端电连接，所述第二限压型保护器件的第二端与第二电源线路电连接；
第二开关型保护器件，所述第二开关型保护器件的第一端与所述第一保护电路的第二端电连接，所述第二开关型保护器件的第二端与第三电源信号线电连接。
可选地，所述第一限压型保护器件的第一端与所述第一保护电路的第一端电连接；所述第一限压型保护器件的第二端与所述第一开关型保护器件的第一端电连接；所述第一开关型保护器件的第二端与所述第一保护电路的第二端电连接。
可选地，所述第一开关型保护器件的第一端与所述第一保护电路的第一端电连接；所述第一开关型保护器件的第二端与所述第一限压型保护器件的第一端电连接；所述第一限压型保护器件的第二端与所述第一保护电路的第二端电连接。
可选地，所述第一限压型保护器件和所述第二限压型保护器件均为压敏电阻。
可选地，所述第一限压型保护器件和所述第二限压型保护器件均为瞬态抑制二极管。
可选地，所述第一开关型保护器件和所述第二开关型保护器件均为开路失效气体放电管。
可选地，所述第一开关型保护器件为开路失效气体放电管；
所述第二开关型保护器件为气体放电管。
可选地，所述第一开关型保护器件和所述第二开关型保护器件均为半导体放电管。
可选地，浪涌防护电路还包括分压电路；
所述分压电路的第一端与所述第一开关型保护器件的第一端电连接；所述分压电路的第二端与所述第一开关型保护器件的第二端电连接；
和/或，所述分压电路的第一端与所述第二开关型保护器件的第一端电连接；所述分压电路的第二端与所述第二开关型保护器件的第二端电连接。
可选地，所述分压电路至少包括电容、电阻和压敏电阻中的至少一种。
第二方面，本发明实施例还提供了一种浪涌防护装置，所述包括浪涌防护装置如本发明任意实施例所述的浪涌防护电路。
第三方面，本发明实施例还提供了一种电器设备，所述电器设备上使用本发明任意实施例所述的浪涌防护电路。
本发明实施例在第一电源线路和第二电源线路之间设置有第一限压型保护器件、第一开关型保护器件和第二限压型保护器件；在第一电源线路和第三电源线路之间设置有第一限压型保护器件、第一开关型保护器件和第二开关型保护器件；在第二电源线路和第三电源线路之间设置有第二限压型保护器件和第二开关型保护器件。因此，本发明实施例在每条电源线路之间均设置有开关型保护器件和限压型保护器件，实现了差共模一体保护。以及，与现有技术相比，本发明实施例无需设置脱扣装置，且在第一电源线路和第二电源线路增加了第一开关型保护器件，第一开关型保护器件对第一限压型保护器件进行分压，有利于第一限压型保护器件的不动作电压选低，即选择耐压等级较低的第一限压型保护器件，有利于降低第一限压型保护器件的残压，提升了浪涌防护电路的保护水平。
另外，与现有技术相比，本发明实施例仅包括两个限压型保护器件(第一限压型保护器件和第二限压型保护器件)，两个开关型保护器件(第一开关型保护器件和第二开关型保护器件)，即仅采用四个保护器件实现了对电源口的差共模一体保护，电路结构简单，使用的保护器件的数量较少，从而有利于降低成本。
附图说明
图1为现有的一种浪涌防护电路的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种浪涌防护电路的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种浪涌防护电路的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的又一种浪涌防护电路的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的又一种浪涌防护电路的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的又一种浪涌防护电路的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的又一种浪涌防护电路的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的一种电器设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为现有的一种浪涌防护电路的结构示意图。正如背景技术所述，现有的浪涌防护电路存在保护水平较低的问题，经发明人研究发现，出现该问题的原因在于：
参见图1，示例性地，现有的浪涌防护电路包括第一脱扣装置110、第二脱扣装置120、第一压敏电阻130、第二压敏电阻140、第三压敏电阻150和气体放电管160。第一脱扣装置110的第一端与火线L电连接，第一脱扣装置110的第二端与第一压敏电阻130的第一端电连接，第一压敏电阻130的第二端与第二脱扣装置120的第一端电连接，第二脱扣装置120的第二端与零线N电连接；第二压敏电阻140的第一端与第一压敏电阻130的第一端电连接，第二压敏电阻140的第二端与气体放电管160的第一端电连接，气体放电管160的第二端与保护线PE电连接；第三压敏电阻150的第一端与第一压敏电阻130的第二端电连接，第三压敏电阻150的第二端与第二压敏电阻140的第二端电连接。
其中，火线L和零线N之间连接有第一脱扣装置110、第一压敏电阻130和第二脱扣装置120，其中，与第一压敏电阻130相比，第一脱扣装置110和第二脱扣装置120的阻抗可忽略不计，因此第一压敏电阻130承受火线L和零线N之间的全部工频电压。然而，由于压敏电阻的耐压等级和残压成正相关，第一压敏电阻130的耐压等级较高，导致了其残压较高，使得现有的浪涌防护电路的保护水平较低。
另外，发明人研究发现，现有技术中还存在以下问题：
第一方面，由于第一压敏电阻130连接于火线L和零线N之间，由于火线L和零线N之间有持续的工频电压，在第一压敏电阻130上容易存在漏电流，使得第一压敏电阻130容易老化。
第二方面，现有的浪涌防护电路需要采用两个脱扣装置(第一脱扣装置110和第二脱扣装置120)、三个压敏电阻(第一压敏电阻130、第二压敏电阻140、第三压敏电阻150)和一个气体放电管160，共需要六个保护器件。因此，现有的浪涌防护电路所采用的保护器件较多、电路结构复杂，且成本较高。
第三方面，第一脱扣装置110和第二脱扣装置120例如可以是温度保险丝或者机械脱扣装置。温度保险丝或机械脱扣装置在第一压敏电阻130、第二压敏电阻140或第三压敏电阻150出现雷击失效、起火燃烧时，感知第一压敏电阻130、第二压敏电阻140或第三压敏电阻150的温度升高而断开。由于温度保险丝和机械脱扣装置感知压敏电阻的温度的精准度较差，以及感知热量较慢，因此脱扣动作较慢，导致现有的浪涌防护电路的存在安全性较差的问题。
第一脱扣装置110和第二脱扣装置120例如还可以是电流保险丝，为了使电流保险丝能够承受雷击电流，需要选择额定电流较大的电流保险丝。然而，额定电流较大保险丝感应压敏电阻失效的灵敏度较差，会出现压敏电阻出现雷击失效、起火燃烧时，电流保险丝仍未熔断的现象，因此，现有的浪涌防护电路的安全性较差。
有鉴于此，本发明实施例提供了一种浪涌防护电路。图2为本发明实施例提供的一种浪涌防护电路的结构示意图。参见图2，该浪涌防护电路包括：第一保护电路40、第二限压型保护器件230和第二开关型保护器件240。第一保护电路40的第一端与第一电源线路10电连接。第二限压型保护器件230的第一端与第一保护电路40的第二端电连接，第二限压型保护器件230的第二端与第二电源线路20电连接。第二开关型保护器件240的第一端与第一保护电路40的第二端电连接，第二开关型保护器件240的第二端与第三电源信号线电连接。第一保护电路40包括第一限压型保护器件210和第一开关型保护器件220；第一限压型保护器件210和第一开关型保护器件220串联连接于第一保护电路40的第一端和第二端之间。
其中，限压型保护器件(第一限压型保护器件210和第二限压型保护器件230)在无过电压时呈高阻抗特性，随着浪涌电流和电压的增加，其阻抗不断小，伏安特性呈非线性特性。限压型保护器件的过电压抑制能力好，在电路中的主要作用是限制过电压。限压型保护器件例如可以是压敏电阻(Metal Oxide Varistor，MOV)或者瞬态抑制二极管(TransientVoltage Suppressor，TVS)。
开关型保护器件(第一开关型保护器件220和第二开关型保护器件240)在无雷电瞬时过电压时呈高阻抗特性，一旦响应雷电瞬时过电压，其阻抗突变为低阻抗特性，允许雷电流通过。开关型保护器件泻放雷电能量的能力强，在电路中的主要作用是泻放雷电能量。开关型保护器件例如可以是气体放电管(Gas Discharge Tube，GDT)、开路失效气体放电管(OGDT)或半导体放电管(Thyristor Surge Suppresser，TSS)。
本发明实施例在第一电源线路10和第二电源线路20之间设置有第一限压型保护器件210、第一开关型保护器件220和第二限压型保护器件230；在第一电源线路10和第三电源线路30之间设置有第一限压型保护器件210、第一开关型保护器件220和第二开关型保护器件240；在第二电源线路20和第三电源线路30之间设置有第二限压型保护器件230和第二开关型保护器件240。因此，本发明实施例在每条电源线路之间均设置有开关型保护器件和限压型保护器件，实现了差共模一体保护。以及，与现有技术相比，本发明实施例无需设置脱扣装置，且在第一电源线路10和第二电源线路20增加了第一开关型保护器件220，第一开关型保护器件220对第一限压型保护器件210进行分压，有利于第一限压型保护器件210的不动作电压选低，即选择耐压等级较低的第一限压型保护器件210，有利于降低第一限压型保护器件210的残压，提升了浪涌防护电路的保护水平。
另外，与现有技术相比，本发明实施例仅包括两个限压型保护器件(第一限压型保护器件210和第二限压型保护器件230)，两个开关型保护器件(第一开关型保护器件220和第二开关型保护器件240)，即仅采用四个保护器件实现了对电源口的差共模一体保护，电路结构简单，使用的保护器件的数量较少，从而有利于降低成本。
继续参见图2，在上述各实施例的基础上，可选地，第一电源线路10为火线L，第二电源线路20为零线N，第三电源线路30为保护线PE。其中，火线L和零线N之间不仅设置有第一限压型保护器件210，还设置有第一开关型保护器件220和第二限压型保护器件230。与现有技术相比，第一限压型保护器件210和第二限压型保护器件230两端的电压较低，有利于避免第一限压型保护器件210和第二限压型保护器件230存在漏电流而老化，从而延长了第一限压型保护器件210和第二限压型保护器件230的使用寿命。
另外，在实际应用过程中，存在将电源线路接错的情况，例如，将火线L和零线N接反的情况，本发明实施例可以在火线L和零线N接反时，第二限压型保护器件230和第二开关型保护器件240连接于接反的火线L和保护线PE之间，切断接反的火线L和保护线PE的工频续流，以确保安全。
需要说明的是，在上述实施例中，示例性地示出了第一限压型保护器件210的第一端与第一保护电路40的第一端电连接；第一限压型保护器件210的第二端与第一开关型保护器件220的第一端电连接；第一开关型保护器件220的第二端与第一保护电路40的第二端电连接，并非对本发明的限定。在其他实施例中，还可以根据需要设置第一限压型保护器件210和第一开关型保护器件220的连接位置互换。图3为本发明实施例提供的另一种浪涌防护电路的结构示意图。参见图3，可选地，第一开关型保护器件220的第一端与第一保护电路40的第一端电连接；第一开关型保护器件220的第二端与第一限压型保护器件210的第一端电连接；第一限压型保护器件210的第二端与第一保护电路40的第二端电连接。
还需要说明的是，在上述各实施例中，示例性地示出了第一电源线路10为火线L，第二电源线路20为零线N，第三电源线路30为保护线PE，并非对本发明的限定。在其他实施例中，还可以设置第一电源线路10为保护线PE，第二电源线路20为零线N，第三电源线路30为火线L；或者，设置第一电源线路10为零线N，第二电源线路20为火线L，第三电源线路30为保护线PE；或者，设置第一电源线路10为火线L，第二电源线路20为保护线PE，第三电源线路30为零线N；或者，设置第一电源线路10为保护线PE，第二电源线路20为火线L，第三电源线路30为零线N；或者，设置第一电源线路10为零线N，第二电源线路20为保护线PE，第三电源线路30为火线L；在实际应用中可以根据需要进行设定。
以及，在上述各实施例中示例性地示出了本发明实施例提供的浪涌防护电路应用于交流电源电路中，并非对本发明的限定。在其他实施例中，本发明实施例提供的浪涌防护电路还可以应用于直流电源电路中，例如，第一电源线路10为正极电压线，第二电源线路20为负极电压线，第三电源线路30为接地线；或者，第一电源线路10为接地线，第二电源线路20为负极电压线，第三电源线路30为正极电压线；或者，设置第一电源线路10为负极电压线，第二电源线路20为正极电压线，第三电源线路30为接地线；或者，设置第一电源线路10为正极电压线，第二电源线路20为接地线，第三电源线路30为负极电压线；或者，设置第一电源线路10为接地线，第二电源线路20为正极电压线，第三电源线路30为负极电压线；或者，设置第一电源线路10为负极电压线，第二电源线路20为接地线，第三电源线路30为正极电压线；在实际应用中可以根据需要进行设定。
图4为本发明实施例提供的又一种浪涌防护电路的结构示意图。参见图4，在上述各实施例的基础上，可选地，第一限压型保护器件210为压敏电阻；第二限压型保护器件230为压敏电阻。由于压敏电阻是一种具有非线性伏安特性的电阻器件，利用压敏电阻的非线性特性，当过电压出现在压敏电阻的两端，压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值，从而实现对后级电路的保护。
继续参见图4，在上述各实施例的基础上，可选地，第一开关型保护器件220为开路失效气体放电管；第二开关型保护器件240为开路失效气体放电管。开路失效气体放电管是一种能耐受雷击，以及超过工频阈值电流实现开路失效功能的保护器件。若浪涌防护电路中的限压型保护器件(第一限压型保护器件210或第二限压型保护器件230)的漏电流较大，超过开路失效气体放电管(第一开关型保护器件220或第二开关型保护器件240)的工频阈值电流后，开路失效气体放电管断开，且灵敏度较高。因此，本发明实施例设置开关型保护器件为开路失效气体放电管，无需采用脱扣装置，即可在限压型保护器件雷击失效，起火燃烧之前切断电路，从而提升了浪涌防护电路的安全性。
图5为本发明实施例提供的又一种浪涌防护电路的结构示意图。参见图5，在上述各实施例的基础上，可选地，第一开关型保护器件220为开路失效气体放电管；第二开关型保护器件240为气体放电管。本发明实施例设置第二开关型保护器件240为气体放电管，可以选择气体放电管的耐压等级较高，有利于满足对地有较高的绝缘要求的情况下，降低成本。
图6为本发明实施例提供的又一种浪涌防护电路的结构示意图。参见图6，在上述各实施例的基础上，可选地，第一开关型保护器件220为半导体放电管；第二开关型保护器件240为半导体放电管。半导体放电管是利用晶闸管原理制成的，依靠PN结的击穿电流触发器件导通放电。即半导体放电管的导通是晶体管正反馈加二极管雪崩击穿，因此可以流过很大的浪涌电流或脉冲电流。当外加电压大于半导体放电管的转折电压时，半导体放电管迅速进入导通状态，该导通压降很小，有利于降低残压。
图7为本发明实施例提供的又一种浪涌防护电路的结构示意图。参见图7，在上述各实施例的基础上，可选地，浪涌防护电路还包括分压电路50；分压电路50的第一端与第一开关型保护器件220的第一端电连接；分压电路50的第二端与第一开关型保护器件220的第二端电连接。即分压电路50与第一开关型保护器件220并联连接。
其中，限压型保护器件的结电容一般为开关型保护器件的寄生电容的几十倍、甚至几百倍，因此，限压型保护器件和开关型保护器件两端的电压会出现分压不均的情形，开关型保护器件两端的电压较大。在第一开关型保护器件220两端并联分压电路可以增大第一开关型保护器件220和分压电路50两端的电容值，使得限压型保护器件和开关型保护器件两端的分压均匀，有利于选择适中的耐压等级的限压型保护器件和开关型保护器件。
需要说明的是，在上述实施例中示例性地示出了分压电路50为一电容，并非对本发明的限定，在其他实施例中，还可以设置分压电路50包括多个电容、包括电阻或者包括压敏电阻，在实际应用中可以根据需要进行设定。
还需要说明的是，在上述实施例中示例性地示出了分压电路50并联于第一开关型保护器件220的两端，并非对本发明的限定。在其他实施例中，还可以根据需要将分压电路50并联于第二开关型保护器件240的两端，或者，在第一开关型保护器件220和第二开关型保护器件240的两端均设置分压电路50。
本发明实施例还提供了一种浪涌防护装置。该浪涌防护装置包括如本发明任意实施例所提供的浪涌防护电路。本发明实施例提供的浪涌防护装置包括上述各实施例中的浪涌防护电路，因此本发明实施例提供的浪涌防护装置也具备上述各实施例中所描述的有益效果。
本发明实施例还提供了一种电器设备。图8为本发明实施例提供的一种电器设备的结构示意图。参见图8，该电器设备上使用本发明任意实施例所提供的浪涌防护电路。该电器设备例如可以是汽车、通讯、新能源、安防、消费品、工业、医疗等装置中的电脑、导航仪或摄像头等。本发明实施例提供的电子设备包括上述各实施例中的浪涌防护电路，因此本发明实施例提供的电器设备也具备上述各实施例中所描述的有益效果。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (12)
1.一种浪涌防护电路，其特征在于，包括：
第一保护电路，包括第一限压型保护器件和第一开关型保护器件；所述第一限压型保护器件和所述第一开关型保护器件串联连接于所述第一保护电路的第一端和第二端之间；所述第一保护电路的第一端与第一电源线路电连接；
第二限压型保护器件，所述第二限压型保护器件的第一端与所述第一保护电路的第二端电连接，所述第二限压型保护器件的第二端与第二电源线路电连接；
第二开关型保护器件，所述第二开关型保护器件的第一端与所述第一保护电路的第二端电连接，所述第二开关型保护器件的第二端与第三电源信号线电连接。
2.根据权利要求1所述的浪涌防护电路，其特征在于，所述第一限压型保护器件的第一端与所述第一保护电路的第一端电连接；所述第一限压型保护器件的第二端与所述第一开关型保护器件的第一端电连接；所述第一开关型保护器件的第二端与所述第一保护电路的第二端电连接。
3.根据权利要求1所述的浪涌防护电路，其特征在于，所述第一开关型保护器件的第一端与所述第一保护电路的第一端电连接；所述第一开关型保护器件的第二端与所述第一限压型保护器件的第一端电连接；所述第一限压型保护器件的第二端与所述第一保护电路的第二端电连接。
4.根据权利要求1所述的浪涌防护电路，其特征在于，所述第一限压型保护器件和所述第二限压型保护器件均为压敏电阻。
5.根据权利要求1所述的浪涌防护电路，其特征在于，所述第一限压型保护器件和所述第二限压型保护器件均为瞬态抑制二极管。
6.根据权利要求1所述的浪涌防护电路，其特征在于，所述第一开关型保护器件和所述第二开关型保护器件均为开路失效气体放电管。
7.根据权利要求1所述的浪涌防护电路，其特征在于，
所述第一开关型保护器件为开路失效气体放电管；
所述第二开关型保护器件为气体放电管。
8.根据权利要求1所述的浪涌防护电路，其特征在于，所述第一开关型保护器件和所述第二开关型保护器件均为半导体放电管。
9.根据权利要求1所述的浪涌防护电路，其特征在于，还包括分压电路；
所述分压电路的第一端与所述第一开关型保护器件的第一端电连接；所述分压电路的第二端与所述第一开关型保护器件的第二端电连接；
和/或，所述分压电路的第一端与所述第二开关型保护器件的第一端电连接；所述分压电路的第二端与所述第二开关型保护器件的第二端电连接。
10.根据权利要求9所述的浪涌防护电路，其特征在于，所述分压电路至少包括电容、电阻和压敏电阻中的至少一种。
11.一种浪涌防护装置，其特征在于，包括如权利要求1-10任一所述的浪涌防护电路。
12.一种电器设备，其特征在于，所述电器设备上使用权利要求1-10任一所述的浪涌防护电路。
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