CN110233474B - 过电压保护电路和包括这种保护电路的电气设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于连接在电能源(2)和过电压敏感设备(3)之间的保护电路(1)。本发明包括：串联连接的电流限制电路(10)和电流监测电路(21)、传递参考电压(Vref1)的参考电压生成器电路(13)、和用于控制电流监测电路(21)，使得在电流限制电路(10)和电流监测电路(21)之间的连接点(25)处的电压基本上等于参考电压(Vref1)的平衡电路(22)。本发明还涉及一种包括至少一个这样的过电压保护电路(1)的电气测量或电源设备。

Description

过电压保护电路和包括这种保护电路的电气设备

技术领域

本发明涉及一种过电压保护电路，包括用于连接到电能源的输入和用于连接到要保护其免受过电压的设备的输出。本发明还涉及一种包括至少一个这样的过电压保护电路的电气测量或电源设备。

背景技术

许多电气设备连接到电网以用于其能量供应。然后，这些设备受到由电网传输的干扰。在这些干扰中，存在可以是诸如雷击的自然起源的过电压、或者由诸如感应负载(例如电动机)的控制的电气设备的操作生成的过电压。通过电网传输的过电压可以具有非常高的能量，因此必须保护电气设备以避免其老化。该保护主要涉及对抗过电压的幅度和所述过电压中包含的能量的消耗。变阻器类型的元件通常用于消耗过电压的能量，其具有寿命有限的缺点，当干扰的数量和能量高时，元件寿命会更短。还使用诸如晶体管的有源元件。目前，晶体管具有低于2kV的电压耐受强度，这不足以承受通常在雷击的情况下测量的在6kV至8kV之间的幅度的过电压。因此，需要对多个晶体管和变阻器进行关联，限制组件的响应时间(所有有源元件必须同时反应，特别是在陡峭的电压沿上)和限制过电压中包含的能量的消耗。

已知文献EP 0497478A2涉及旨在保护免受测量设备的输入的过电压的保护电路。这种设备采用MOSFET晶体管，所述MOSFET晶体管能够被串联以便实现大于单个MOSFET的电压耐受强度的电压耐受强度。然而，所述保护电路需要快速双极晶体管来对MOSFET晶体管的栅极和源极之间的杂散电容进行放电，并且在过电压尖峰的情况下允许晶体管非常快速的阻止(block)。而且，为了增加电压耐受强度的几级的串联连接增加了电路的串联电阻。这对于测量输入不是缺点，但是这种电路不能用作电路电源的保护，串联电阻器中消耗的能量可能过多。

已知文献WO2006/129005A1涉及一种保护设备，其包括串联设置在电网和要保护的电路之间的电流限制部件以及并联放置以将干扰电流从要保护的电路中转移出来的限制部件的组合。需要其中每个级具有不同的电压耐受强度特性的几个级来切掉(clip)过电压而不消耗太多能量。

还已知旨在保护电容型电源免受过电压的文献EP 2124310A1和EP2124326A1。这些文献描述了串联安装并以电流限制模式工作的两个常闭场效应晶体管的组合。并联安装双向跨接二极管，以将一部分干扰电流从要保护的电路中转移出来。串联放置的干扰电流限制部件的使用使得可以限制并联放置的限制部件中消耗的能量。以这种方式，增加了瞬变二极管的寿命。

现有技术中已知的设备没有描述同时受益于对抗大于单个晶体管的几倍电压耐受强度幅度的过电压、在正常操作中保证低串联电阻的同时限制在设备中循环的电流以及极快的响应时间的电路。

发明内容

本发明的目的是一种保护电路，其避免了现有技术的设备的缺点，其设计简单并且易于适应预期的过电压水平。

为此，本发明描述了一种用于电负载的保护电路，所述保护电路旨在串联连接在电能源和要保护的电负载之间，该电能源向电负载提供电流，所述保护电路包括：

-用于将所述保护电路连接到所述电能源的输入，

-用于连接所述电负载的输出，

-参考电压生成器电路，被布置为提供至少一个第一参考电压，

-电流限制电路，连接到所述输出的，所述电流限制电路被布置为限制通过它的电流，

-第一电流监测模块，其在一侧与所述电流限制电路在第一连接点处串联连接，在另一侧与所述输入连接，所述第一电流监测模块包括：

-第一电流监测电路，用于监测通过它的电流的幅度，以及

-第一平衡电路，连接到所述电压生成器以接收所述第一参考电压并且连接到所述第一连接点以接收第一电压，第一平衡电路被布置为控制第一电流监测电路，使得所述第一电压基本上等于所述第一参考电压。

优选地，所述电流限制电路至少包括常闭型第一场效应晶体管和连接在所述第一场效应晶体管的栅极和源极之间的第一串联电阻器，所述第一场效应晶体管的漏极连接到所述第一连接点、栅极连接到所述保护电路的连接输出。

优选地，第一电流监测模块至少包括：

-常闭型第二场效应晶体管和连接在所述第二场效应晶体管的栅极和源极之间的第二串联电阻器，漏极连接到所述保护电路的连接输入，以及

-NPN型第一双极晶体管，其连接方式为：

-所述第一双极晶体管的集电极连接到所述第二场效应晶体管的源极，

-所述第一双极晶体管的发射极连接到所述第二场效应晶体管的栅极和所述第一连接点，并且

-所述第一双极晶体管的基极连接到所述参考电压生成器以接收所述第一参考电压。

优选地，所述第一场效应晶体管和第二场效应晶体管由碳化硅或氮化镓制成。

有利地，参考电压生成器电路在一侧连接到输入，用于将所述保护电路连接到所述电能源，并且另一侧连接到输出，用于将所述保护电路连接到所述电负载。

优选地，参考电压生成器电路包括串联连接的、具有基本相等的值的第一电阻器和第二电阻器，并且在所述第一电阻器和所述第二电阻器之间的第二连接点处提供所述第一参考电压。

优选地，所述电流限制电路将电流限制在50mA至500mA之间的幅度。

有利地，所述过电压保护电路使得：

-所述参考电压生成器生成幅度大于所述第一参考电压的第二参考电压，并且使得：

-第二电流监测模块在一侧与所述第一电流监测模块在第三连接点处串联连接，并且在另一侧连接到所述输入，所述第二电流监测模块包括：

-第二电流监测电路，用于监测通过它的电流的幅度，以及

-第二平衡电路，其在一侧连接到所述参考电压生成器以接收所述第二参考电压并且在另一侧连接到所述第三连接点以接收第二电压，所述第二平衡电路被布置为控制所述第二电流监测电路，使得所述第三连接点处的电压基本上等于所述第二参考电压。

有利地，所述保护电路使得：

-所述参考电压生成器生成N个减小幅度的参考电压，N大于或等于2，并且使得

-所述保护电路包括串联连接在所述输入和所述第二电流监测模块之间的N个电流监测模块，每个电流监测模块包括链路输入和链路输出，电流监测模块的链路输出连接到相邻电流监测模块的链路输入，每个电流监测模块接收对应于其连接顺序的参考电压，每个电流监测模块监测通过它的电流，使得其输出上的电压基本上等于该参考电压。

本发明还涉及一种包括用于连接电能源和要保护的电负载的端子的电气测量或电源设备，所述负载包括测量或电源输入，所述电气设备包括至少一个如前所述的过电压保护电路。所述至少一个保护电路连接在连接到所述电能源的端子和所述电负载的测量或电源输入之间，以保护所述电负载的测量或电源输入免受电能源传输的过电压。

附图说明

从以下作为非限制性示例给出的、并且在附图中示出的本发明的特定实施例的描述中将更清楚地显现出其他优点和特征，附图中：

-图1是说明根据本发明的保护电路的操作原理的框图，

-图2是对应于图1的框图的、根据优选实施例的保护电路的示意图，

-图3表示保护电路的框图，用于说明对干扰电波的高电压的适应，

-图4表示对应于图3的框图的保护电路的示意图，

-图5表示保护电路的框图，用于说明保护电路对干扰波的高电压的模块化适应，

-图6是保护电路的实施例的示意图，该保护电路包括用于适应干扰波的高电压的若干模块，

-图7是包括若干适应模块的保护电路的变型实施例的示意图，

-图8表示电气设备中的两个保护电路的布局图，该电气设备包括要保护免受过电压的设备，以及

-图9表示电气设备中的四个保护电路的布局图，该电气设备包括由三相能源供电的、要保护免受过电压的设备。

具体实施方式

图1是说明根据本发明的保护电路1的操作原理的框图。这种保护电路1包括旨在连接到电能源2的输入4。电能源2也是诸如过电压和闪电波的电干扰源。保护电路1包括旨在连接到要保护其免受能源2发出的电干扰的电负载3的输出5。电流i在电能源2和电负载3之间循环以为电负载提供电能。电流i流过保护设备1。

保护电路1包括电流限制电路10，其一侧连接到输出5，另一侧连接到第一电流监测电路21。第一电流监测电路21连接到输入4。电流限制电路10和第一电流监测电路21在第一连接点25处相互连接，并在输入4和输出5之间串联连接。电流限制电路10和第一电流监测电路21流过电流i并被布置为限制或监测在输入4和输出5之间循环的电流i的幅度。它们表现为动态可变电阻器：电流限制电路10调节其内部电阻使得电流i不超过最大幅度I_lim1，并且第一电流监测电路21根据第一平衡电路22生成的命令限制电流i的幅度。第一电流监测电路21和第一平衡电路22形成第一电流监测模块20。

为了清楚描述，在本说明书的下文中将输出5视为电位零参考点。显然，可以考虑任何其他参考点。参考电压生成器13连接在输入4和输出5之间。该生成器旨在提供相对于输出5的电位的第一参考电压Vref1。第一平衡电路22在一侧连接到参考电压生成器13以接收第一参考电压Vref1并且在另一侧连接到电流限制电路10和第一电流监测电路21之间的第一连接点25，以接收第一连接点25处的电压Vlim1。第一平衡电路22还连接到第一电流监测电路21以控制所述第一电流监测电路21。第一平衡电路22被布置为比较第一参考电压Vref1和第一连接点25处的电压Vlim1，并且控制第一电流监测电路21以使得第一连接点25(也就是电流限制电路10和第一电流监测电路21之间连接点)处的电压Vlim1基本上等于第一参考电压Vref1。“基本上相等”应理解为意指无论电流i的变化以及因此无论第一连接点25处的电压的变化，第一电流监测电路21的控制倾向于使第一连接点25处的电压Vlim1等于电压Vref1。实际上，第一电流监测电路21的控制形成调节回路的一部分，其操作在下文详述：当源2生成的过电压Vsd出现在输入4和输出5之间时，电流i经由电流限制电路10和第一电流监测电路21在输入4和输出5之间循环。过电压Vsd被划分成在电流限制电路10的端子处的电压Vlim1和在第一电流监测电路21的端子处的电压Vct1。第一电流限制电路的功能是将电流i限制为预定义的限制值I_lim1。为此，当电流i趋于超过I_lim1时，电流限制电路10增加其内部电阻，并且当电流i低于I_lim1时，电流限制电路10使其内部电阻最小。第一电流监测电路21以由第一平衡电路22控制的方式限制电流i：第一平衡电路22控制第一电流监测电路21，使得所述电路以Vlim1等于Vref1的方式调整其内部电阻。在第一电流监测电路21的端子处的电压Vct1等于Vsd-Vlim1。此操作由以下两个关系式总结：

Vlim1＝Vref1

Vct1＝Vsd–Vlim1＝>Vct1＝Vsd–Vref1

通过巧妙地选择Vref1＝Vsd/2，保护电路1永久地确保关系Vlim1＝Vct1。因此，无论输入4和输出5之间出现的电压Vsd如何，电压Vsd在电流限制电路10和第一电流监测电路21之间均等地划分。

图2是根据优选实施例的保护电路1的示意图。通过在输入4和输出5之间串联连接的第一电阻器R1和第二电阻器R2产生参考电压生成器13，从而形成分压器。第一电阻器R1和第二电阻器R2具有基本相等的值。第一电阻器R1的第一端连接到输出5，第二电阻器R2的第一端连接到输入4。第一电阻器R1和第二电阻器R2的第二端在提供第一参考电压Vref1的第二连接点16处彼此连接。

电流限制电路10通过第一FET晶体管J1产生，第一FET晶体管J1的源极连接到第一串联电阻器Rs1的第一端。第一串联电阻器Rs1的第二端和第一FET晶体管J1的栅极连接到保护电路1的输出5。第一FET晶体管J1是N沟道场效应晶体管，当栅极和源极之间的电压为零时第一FET晶体管J1导通。当电流i在第一串联电阻器Rs1中在图2中箭头所示的方向上循环时，栅-源电压J1根据欧姆定律减小。作为示例，从-7伏数量级的电压，J1的漏-源电阻增加，这产生对电流i的限制。通过选择具有20欧姆的值的第一串联电阻器Rs1，电流i被电流限制电路10限制为350mA。

第一电流监测电路21基于等同于电流限制电路10的方案产生。第二FET晶体管J2的源极连接到第二串联电阻器Rs2的第一端。第二串联电阻器Rs2的第二端连接到第一FET晶体管J1的漏极，所述连接形成第一连接点25。第二FET晶体管J2的栅极连接到第一连接点25。第二FET晶体管J2的漏极连接到保护电路1的输入4。

第一平衡电路22优选地由第一双极晶体管Q1和第一齐纳二极管Dz1组成。第一双极晶体管Q1优选地是NPN双极型，但也可以是MOSFET型。第一双极晶体管Q1的集电极连接到第二串联电阻器Rs2的第一端，双极晶体管Q1的发射极连接到第二串联电阻器Rs2的第二端，晶体管Q1的基极连接到传递第一参考电压Vref1的第二连接点16。第一齐纳二极管Dz1并联连接到Q1的基极-发射极结，其中二极管Dz1的阳极连接到晶体管Q1的发射极，二极管Dz1的阴极连接到晶体管Q1的基极。第一齐纳二极管Dz1保护第一双极晶体管Q1的基极-发射极结免受大于晶体管Q1可支持的最大反向基极-发射极电压的反向电压。尽管是期望的，但第一齐纳二极管Dz1是可选的。当电压Vlim1低于Vref1时，第一双极晶体管Q1的基极和发射极之间的电压增加，导致集电极中的电流增加。在第二串联电阻器Rs2中循环的电流的一部分被转移到第一双极晶体管Q1中。第二串联电阻器Rs2的端子处的电压减小，并且因此第二FET晶体管J2的栅极和源极之间的电压也减小。第一双极晶体管Q1的内部电阻减小，导致电流i的增加，并且因此导致电压Vlim1的增加。由于当电压Vlim1高于Vref1时发生反向效应，因此存在调节效应使得Vlim1总是基本上等于Vref1。给定第一晶体管J1和第二晶体管J2的参数的差异以及第一电阻器Rs1和第二电阻器Rs2的值的制造公差，优选地选择大于第一串联电阻器Rs1的值的两倍的Rs2的值，使得电压Vct1默认总是高于Vlim1，并且第一双极晶体管Q1可以以足够的自由度实现Vref1和Vlim1之间的平衡。

优选地，Rs1＝20欧姆，用于将电流i限制为400mA。

优选地，第一FET晶体管J1和第二FET晶体管J2是耗尽型JFET或MOSFET场效应晶体管。它们的特征在于由诸如碳化硅或氮化镓的具有宽能量阻带的材料制成。

图2中表示的电流限制电路10是不可调节的。可以通过使用与第一电流监测电路21的方案相同的方案并通过提供特定的参考电压来使电流限制电路10可调节。可调节的电流限制电路使得可以精确地控制电流i的极限值。

本发明的保护电路1需要使用串联连接的两个晶体管J1和J2，当过电压的幅度Vsd大于第一晶体管J1和第二晶体管J2其中只一个的源极和漏极之间的最大电压耐受强度时，这提供了它的所有益处。通常，FET晶体管J1或J2的源极和漏极之间的最大电压耐受强度是1200V，而预期的过电压可以从2kV变化到8kV。然而，将多个晶体管J1、J2串联连接以承受高电压是不够的：由于组件的均匀性不足，电流限制电路10或具有最低限制电流的第一电流监测电路21将不得不承受其端子之间的所有电压。这就是为什么借助于平衡电路22在第一FET晶体管J1和第二FET晶体管J2上平衡分配过电压，允许无风险的电压耐受强度达到晶体管J1和J2的源极和漏极之间的最大电压之和，例如，在本示例中为2400V。该优点使得可以产生包括必要的多个电压监测电路的保护电路，以便承受必要的过电压幅度而没有雪崩效应破坏晶体管的风险。

图3表示保护电路的框图，该保护电路包括电流限制电路10和两个电流监测电路，以说明对幅度等于FET晶体管J1或J2的源极和漏极之间的最大电压的三倍的过电压Vsd的适应。参考电压生成器13生成第二参考电压Vref2。优选地，第一参考电压Vref1将被选择为等于1/3×Vsd，第二参考电压Vref2将被选择为等于2/3×Vsd。

如图3所示，保护电路1包括串联插入在输入4和第一电流监测电路21之间的至少一个第二电流监测电路31。第二平衡电路32连接到参考电压生成器13以接收第二参考电压Vref2。第二平衡电路32还连接到第一电流监测电路21和第二电流监测电路31之间的第三连接点35。

第二平衡电路32被布置成控制第二电流监测电路31，使得第一电流监测电路21和第二电流监测电路31之间的第三连接点35处的电压基本上等于第二参考电压Vref2。该操作与前述操作相同：电压Vsd在电流限制电路10、第一电流监测电路21和第二电流监测电路31之间平均划分。第二电流监测电路31和第二平衡电路32形成第二电流监测模块30。图4表示对应于图3的框图的保护电路1的产生的示意图。参考电压生成器13通过第一电阻器R1、第二电阻器R2、第三电阻器R3产生，三个电阻器串联连接在输入4和输出5之间，以形成分压器。第一电阻器R1、第二电阻器R2和第三电阻器R3优选地具有基本相等的值。第二电流监测电路31由第三串联电阻器Rs3和第三FET晶体管J3组成。第二平衡电路32由第二双极晶体管Q2和并联连接到Q2的基极-发射极结的第二齐纳二极管Dz2组成。选择第三串联电阻器Rs3的值使得Rs3>＝2×Rs1，使得第三电流限制电路31的端子处的电压Vct2默认总是高于Vlim1。如图4所示，通过使用支持1500V的源极和漏极之间的最大电压的FET晶体管J1、J2和J3，设计出承受4kV幅度的过电压的设置。

更一般地，可以通过根据需要添加尽可能多的电流监测模块来增加保护电路1的过电压耐受强度。这种保护电路1以图5中的框图的形式表示，由以下元件组成：

-如前所述的电流限制电路10，

-参考电压生成器电路13，用于生成N个参考电压Vref1、…、Vref_n，

-N个电流监测模块20、30、40，每个电流监测模块包括输入E1、E2、En和输出S1、S2、Sn，并且包括：

-电流监测电路21、31、41以及

-平衡电路22、32、42，其在一侧连接到参考电压生成器13以接收参考电压Vref1、Vref2、Vref_n，并在另一侧连接到电流监测模块20、30、40的输出S1、S2、Sn，所述平衡电路22、32、42被布置为控制电流监测电路21、31、41，使得监测模块的输出S1、S2、Sn的电压基本上等于参考电压Vref1、Vref2、Vref_n，

N个参考电压Vref1、Vref2……Vref_n优选地通过将输入4和输出5之间的电压除以N+1来生成：为此，优选使用分压桥，其由在输入4和输出5之间串联连接的具有基本相同的值R1、R2、R3……R_N+1的N+1个电阻器组成。N个参考电压Vref_n中的每一个在第N电阻器和第N+1电阻器之间的连接点处分接。从而

Vref1<Vref2<…<Vref_n-1<Vref_n。

电流限制电路10和N个电流监测模块以对应于参考电压Vref1、…、Vref_n的幅度的顺序串联连接在保护电路1的输入4和输出5之间：其输入En连接到保护电路的输入4的电流监测模块41接收最高幅度的参考电压Vref_n、等级为N-1的电流监测模块接收直接较低幅度的参考电压Vref_n-1等等、并且直到等级1的电流监测模块20接收参考电压Vref1。

为了通过将整体耐受强度为1500V的电流监测模块41相关联来承受8kV幅度的过电压，必须使用8000/1500＝5.3个模块。实践中，根据本说明书的保护电路1将包括与五个电流监测模块20、30、40串联连接的电流限制电路10。

图6是包括电流限制电路10和五个电流监测模块20、30、40的保护电路1的实施例的示意图。参考电压生成器电路13以变型实施例的形式表示：它由电阻器R1、R2、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11和R12组成。第一参考电压Vref1在电阻器R1和R2之间的连接点处传递。第二参考电压Vref2在电阻器R5和R6之间的连接点处传递，等等。为了校正和均匀地划分参考电压Vref1、Vref2、Vref3、Vref4和Vref5的值，参考电压生成器13的电阻器的值选择如下：

R1＝R2＝R6＝R8＝R10＝R12，

R5＝2×R1，

R7＝3×R1，

R9＝4×R1，并且

R11＝5×R1。

存在先前描述的第一电流限制电路10、第一电流监测电路21和第二电流监测电路31、以及第一平衡电路22和第二平衡电路32。第三电流监测模块由第四JFET晶体管J4、第四串联电阻器Rs4、第三双极晶体管Q3和第三齐纳二极管Dz3组成。第四电流监测模块由第五JFET晶体管J5、第五串联电阻器Rs5、第四双极晶体管Q4和第四齐纳二极管Dz4组成。最后，第五电流监测电路由第六JFET晶体管J6、第六串联电阻器Rs6、第五双极晶体管Q5和第五齐纳二极管Dz5组成。电感器L1串联连接在输入4和JFET晶体管J6的漏极之间，以衰减由突然出现的过电压引起的电流i的上升沿的陡度。该变型提供了对输入4和输出5之间出现的过电压波的突变沿的非常好的响应以及非常好的高电压耐受强度。

如图7所示，可以使用其他变型：在该实施例中，形成参考电压生成器的电阻器具有相同的值：

R1＝R2＝R5＝R6＝R7＝R8＝R9＝R10＝R11＝R12。

可选地，变阻器TV1、TV2、TV3、TV4、TV5和TV6与FET晶体管J1、J2、J3、J4、J5和J6中的每一个分别并联连接，以保护这些FET晶体管免受超过保护电路1的电压耐受强度的过电压。

本发明还涉及一种包括至少一个这样的过电压保护电路1的电气测量或电源设备8。电气设备8可以安装在断路器中，例如作为旨在电气故障时控制断路器的断开的线路全部或部分。电气设备8还可以是用于测量诸如电网中的电压、频率、电流、功率或者甚至能量的电气参数的设备。这种设备8包括用于连接到电能源2和要保护的电负载3的至少两个端子AC1、AC2，所述负载包括测量或电源输入37、38。设备8包括至少一个保护电路1a，其输入4连接到连接端子AC1，其输出5连接到电负载3的测量或电源输入37，以保护电负载3免受电网传输的过电压。可以使用第二保护电路1b，其输入6连接到连接端子AC2，并且其输出7连接到电负载3的输入38。这样的设置提供了保护电负载3免受端子AC1和AC2之间的正极性或负极性的过电压的优点：当端子AC1上的电压高于端子AC2上的电压时，保护电路1a确保过电压保护和限制跟随过电压的电流，并且当端子AC2上的电压高于端子AC1上的电压时，保护电路1b确保保护。这样的设置还避免了在每个输入4、6上头对尾地安装的两个保护电路1的布线，以保护电负载免受正极性或负极性的过电压。

至少使用根据本发明的保护电路1对于保护包括连接在测量或电源输入37、38之间的电容器C的电负载3是特别有利的。实际上，保护电路1将保护电负载3免受在端子AC1和AC2之间出现的过电压，但也限制由过电压引起的电流或在电负载3上电时在电容器C中循环的浪涌电流的预定义和受控值I_lim1。因此，将限制经受电流i或电压Vsd的组件的加热。

图8中表示的保护电路1的组件的连接图是图1中表示的图的“对偶”图：电流限制电路10连接到保护电路的输入4而第一电流监测电路21连接到输出5。这种布置不影响保护电路1的操作，并且可以被认为是变型实施例。

很明显，在三相安装中，第三保护电路1c将能够用于保护到端子AC3的第三连接，第四保护电路1d将能够用于保护到对应于与零线的连接的端子ACN的第四连接，并且几个电流监测模块20、30、40可以用在每个保护电路1a、1b、1c和1d中以增加电压耐受强度。作为非限制性示例，图9表示由三相能源供电的测量或电源设备8中的四个保护电路1a、1b、1c和1d的布局图。

在正常操作中(也就是说没有干扰)，FET晶体管J1、J2和串联电阻器Rs1、Rs2的低电阻生成低的电压下降和不明显的加热。与组件的低杂散电容相关的保护电路的响应时间也是值得注意的。此外，保护电路1具有在过电压数量方面无限制的耐受强度能力，因此具有很长的寿命，因为在电流限制电路和每个电流监测电路上，在任何时刻，电流i的幅度被控制并且干扰电压均匀地分布。最后，易于生产和适应高过电压水平使得保护电路1在工业操作的背景下特别具有成本效益和吸引力。

Claims (9)

1.用于电负载(3)的保护电路(1)，所述保护电路(1)旨在串联连接在电能源(2)和要保护的电负载(3)之间，所述电能源(2)向电负载(3)提供电流(i)，所述保护电路特征在于，它包括：

-输入(4)，用于将所述保护电路(1)连接到所述电能源(2)，

-输出(5)，用于连接到所述电负载(3)，

-参考电压生成器电路(13)，被布置为提供至少一个第一参考电压(Vref1)，

-电流限制电路(10)，连接到所述输出(5)，所述电流限制电路被布置为限制通过它的电流(i)，

-第一电流监测模块(20)，在一侧与所述电流限制电路(10)串联连接于第一连接点(25)处，在另一侧与所述输入(4)连接，所述第一电流监测模块(20)包括：

-第一电流监测电路(21)，用于监测通过它的电流(i)的幅度，以及

-第一平衡电路(22)，连接到所述参考电压生成器电路(13)以接收所述第一参考电压(Vref1)并且连接到所述第一连接点(25)以接收第一电压(Vlim1)，所述第一平衡电路(22)被布置为控制所述第一电流监测电路(21)，使得所述第一电压(Vlim1)等于所述第一参考电压(Vref1)，

-所述电流限制电路(10)至少包括常闭型第一场效应晶体管(J1)和连接在所述第一场效应晶体管(J1)的栅极和源极之间的第一串联电阻器(Rs1)，所述第一场效应晶体管(J1)的漏极连接到所述第一连接点(25)、栅极连接到所述保护电路(1)的连接输出(5)。

2.根据权利要求1所述的保护电路(1)，其特征在于，所述第一电流监测模块(20)至少包括：

-常闭型第二场效应晶体管(J2)和连接在所述第二场效应晶体管(J2)的栅极和源极之间的第二串联电阻器(Rs2)，所述第二场效应晶体管(J2)的漏极连接到所述保护电路(1)的连接输入(4)，以及

-NPN型第一双极晶体管(Q1)，其连接方式为：

-所述第一双极晶体管(Q1)的集电极连接到所述第二场效应晶体管(J2)的源极，

-所述第一双极晶体管(Q1)的发射极连接到所述第二场效应晶体管(J2)的栅极和所述第一连接点(25)，并且

-所述第一双极晶体管(Q1)的基极连接到所述参考电压生成器电路(13)以接收所述第一参考电压(Vref1)。

3.根据权利要求1所述的保护电路(1)，其特征在于，所述第一场效应晶体管(J1)和第二场效应晶体管(J2)由碳化硅或氮化镓制成。

4.根据前述权利要求中任一项所述的保护电路(1)，其特征在于，所述参考电压生成器电路(13)在一侧链接到所述输入(4)，用于将所述保护电路(1)连接到所述电能源(2)，并且另一侧连接到所述输出(5)，用于将所述保护电路(1)连接到所述电负载(3)。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的保护电路(1)，其特征在于，所述参考电压生成器电路(13)包括串联连接的、具有相等的值的第一电阻器(R1)和第二电阻器(R2)，并且在所述第一电阻器(R1)和所述第二电阻器(R2)之间的第二连接点(16)处提供所述第一参考电压(Vref1)。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的保护电路(1)，其特征在于，所述电流限制电路(10)将电流限制在50mA至500mA之间的幅度。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的保护电路(1)，其特征在于：

-所述参考电压生成器电路(13)生成幅度大于所述第一参考电压(Vref1)的第二参考电压(Vref2)，并且在于：

-第二电流监测模块(30)在一侧与所述第一电流监测模块(20)串联连接于第三连接点(35)处，并且在另一侧连接到所述输入(4)，所述第二电流监测模块(30)包括：

-第二电流监测电路(31)，用于监测通过它的电流(i)的幅度，以及

-第二平衡电路(32)，其在一侧连接到所述参考电压生成器电路(13)以接收所述第二参考电压(Vref2)并且在另一侧连接到所述第三连接点(35)以接收第二电压(Vct1)，所述第二平衡电路(32)被布置为控制所述第二电流监测电路(31)，使得所述第三连接点(35)处的电压等于所述第二参考电压(Vref2)。

8.根据权利要求7所述的保护电路(1)，其特征在于：

-所述参考电压生成器电路(13)生成N个减小幅度的参考电压(Vrefn)，N大于或等于2，并且特征在于

-所述保护电路包括串联连接在所述输入(4)和所述第二电流监测模块(30)之间的N个电流监测模块(40)，每个电流监测模块(40)包括链路输入(En)和链路输出(Sn)，电流监测模块(40)的链路输出连接到相邻电流监测模块的链路输入(E_n-1)，每个电流监测模块(40)接收对应于其连接顺序的参考电压(Vrefn)，每个电流监测模块(40)监测通过它的电流(i)，使得其输出(Sn)上的电压等于该参考电压(Vrefn)。

9.包括用于连接电能源(2)和要保护的电负载(3)的端子(AC1、AC2)的电气设备(8)，所述负载包括测量或电源输入(37、38)，其特征在于，所述电气设备(8)包括至少一个根据前述权利要求中的任一项所述的保护电路(1)，所述至少一个保护电路(1)连接在用于连接到所述电能源(2)的端子(AC1、AC2)和所述电负载的测量或电源输入(37、38)之间，以保护所述电负载的测量或电源输入(37、38)免受所述电能源(2)传输的过电压。

Images