CN111864707A - 一种保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及浪涌保护技术领域，公开了一种保护电路，其包括电连接的钳位元件、开关元件、第一线路补偿模块和第二线路补偿模块，第一线路补偿模块包括电容器C1和电阻器R1，第二线路补偿模块包括电感器L1，钳位元件的一端电连接至被保护电路的其中一个接线端，钳位元件的另一端电连接至开关元件的一端，开关元件的另一端电连接至被保护电路的另一个接线端，第一线路补偿模块并联在开关元件的两端。本发明具有提高浪涌保护线路绝缘和浪涌测试可靠性的效果。

Description

一种保护电路

技术领域

本发明涉及浪涌保护技术领域，尤其是涉及一种保护电路。

背景技术

浪涌主要指的是电路中瞬间产生的强力脉冲,由于浪涌电压有可能远高于电源的额定工作电压，它很可能使电路在浪涌发生的一瞬间被破坏,如PN结电容击穿,电阻烧断等。这就需要浪涌保护器来保护，浪涌保护器一般是由若干个放电单元组成的，比如在电源防雷的电路中，就需要用到多个元器件和多级保护线路。

现有的设备的浪涌保护电路设计中，参照图1，保护器件采用的是钳位元件，比如单一的氧化锌压敏电阻MOV；参照图2，保护器件采用的是钳位元件和开关元件的组合，比如采用MOV与气体放电管GDT的组合。

由于电子线路设计中寄生电容和寄生电感的等效作用，会导致开关元件提前动作，即开关元件和钳位元件两端的电压达不到预设的不动作电压，从而可能发生短路、触电乃至起火等安全隐患，影响到电路的正常工作。另外，浪涌会使得线间等效电容发生复杂的充放电，这将会对开关元件，尤其是半导体开关元件，造成较大的损伤，因此保护电路有待改进。

发明内容

针对相关技术存在的不足，本发明的目的之一是提供一种保护电路。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种保护电路，包括电连接的钳位元件、开关元件和第一线路补偿模块，所述第一线路补偿模块包括电容器C1，所述钳位元件的一端电连接至被保护电路的其中一个接线端，所述钳位元件的另一端电连接至所述开关元件的一端，所述开关元件的另一端电连接至被保护电路的另一个接线端，所述第一线路补偿模块并联在所述开关元件的两端。

通过采用上述技术方案，钳位元件，MOV或TVS将电压钳位到一个相对较低的电压水平，从而有效保护电子线路中的精密元器件免受损坏；而且，MOV或TVS的钳位电压值设计为大于电源的正常工作电压，以免开关元件损坏时钳位元件单独不能耐受正常工作电压而造成整个保护线路的损坏，增加了线路的可靠性和安全性；同时钳位元件能截断串联线路中的开关元件的续流，降低了开关元件因续流对其自身的损坏和对被保护电路的损坏；与钳位元件串联的开关元件，利用开关元件的负阻特性，可以极大地提高住保护电路的不动作电压，使之具备较高的绝缘性能的同时，也能有效保护后级电路、元件或设备免受浪涌破坏；增加了第一线路补偿模块，利用电容器C1的容性特征，对主体保护线路的保护效果的缺陷做出补偿，使得主体保护线路能达成设计的动作电压值，从而提高保护线路电路绝缘耐压的稳定性和可靠性。

优选的，所述第一线路补偿模块还包括电阻器R1，所述电阻器R1与所述电容器C1串联或并联。

通过采用上述技术方案，增加了电阻器R1，使得电容器C1在对主体保护线路补充不足时提升保护效果，从而使得保护线路的击穿电压达成设计值，有利于提升主体保护线路的可靠性。

优选的，所述电容器C1或所述电阻器R1设置为单个或多个，且设置为串联或并联的方式连接。

通过采用上述技术方案，单个或多个电容器C1或电阻器R1，且可有多种组合方式，有利于进一步提高电路的稳定性和可靠性。

优选的，所述开关元件串联有第二线路补偿模块，所述第一线路补偿模块并联在所述开关元件和所述第二线路补偿模块串联后的两端，所述第二线路补偿模块包括电感器L1。

通过采用上述技术方案，增加了第二线路补偿模块，利用电感器L1对交流电、尤其是高频脉冲电流的抑制特性，在某些特殊需要补偿的线路中，增强补偿线路对于主体线路设计的稳定性和可靠性的提升效果，以及有效降低高频脉冲电流对开关元件的破坏，提升主体保护线路的浪涌性能。

优选的，所述第二线路补偿模块还包括电阻器R1，所述电阻器R1与所述电感器L1串联或并联。

通过采用上述技术方案，增加了电阻器R1，利用电阻器R1可进一步提升电感L1对高频电流的抑制作用，在某些特殊需要补偿的线路中，增强补偿线路对于主体线路设计的稳定性和可靠性的提升效果，以及有效降低高频脉冲电流对开关元件的破坏，提升主体保护线路的浪涌性能。

优选的，所述电感器L1或所述电阻器R1设置有单个或多个，且设置为串联或并联的方式连接。

通过采用上述技术方案，单个或多个电感器L1或电阻器R1采用串并联的方式进行组合，提高了电路的多样性，提升第二线路补偿模块的普适性，从而使得主体保护线路能够适应更多的复杂电气环境的线路中。

优选的：所述钳位元件设置为MOV或TVS。

通过采用上述技术方案，MOV压敏电阻是一种限压型保护器件，利用压敏电阻的非线性特性，可将浪涌电压钳位到一个相对较低的电压值，从而实现对后级电路的保护；TVS是瞬态抑制二极管的简称，在规定的反向应用条件下，当承受一个高能量的瞬时过压脉冲时，其工作阻抗能立即降至很低的导通值，允许大电流通过，并将电压钳制到预定水平，从而有效地保护电子线路中的精密元器件免受损坏。

优选的：所述开关元件设置为GDT、TSS、晶闸管、玻璃气体放电管或放电间隙。

通过采用上述技术方案，GDT也叫陶瓷放电管气体放电管，是一种能防雷击的放电管，常常用来保护对电压很敏感的电信设备，防止雷击和设备开关动作时产生的瞬态浪涌电压将它们损坏；GDT没有导通时，是高阻抗的元件，装在被保护的设备的前面，或与设备并联；在出现过电压浪涌时，GDT导通，便切换到低阻抗状态，为浪涌能量的泄放提供一条通路；TSS半导体放电管也是一种开关型的浪涌过压保护器件，它的工作原理类似晶闸管，依靠PN结的击穿电流触发器件导通放电，导通后呈低阻状态，从而可以流过很大的浪涌电流或脉冲电流；当浪涌脉冲过后，器件关断，恢复到开路状态；玻璃气体放电管也是一种过压保护器件，玻璃放电管由封装在充满惰性气体的玻璃管中相隔一定距离的两个电极组成；当其两端电压低于放电电压时，玻璃气体放电管呈高阻开路状态；当其两端电压升高到大于放电电压时，产生弧光放电，气体电离放电后由高阻抗转为低阻抗，使其两端电压迅速降低，从而实现浪涌电流的泄放而保护设备；放电间隙又称保护间隙，它一般由暴露在空气中的两根相隔一定间隙的金属棒组成，其中一根金属棒与所需保护设备的电源相线L1或零线相连，另一根金属棒与接地线相连接，当瞬时过电压袭来时，间隙被击穿，泄放浪涌电流，避免了被保护设备上的浪涌破坏。

附图说明

图1是相关技术的电路图；

图2是相关技术的电路图；

图3是实施例一的电路图；

图4是实施例一的电路图；

图5是实施例一的电路图；

图6是实施例一的电路图；

图7是实施例一的电路图；

图8是实施例一的电路图；

图9是实施例一的电路图；

图10是实施例一的电路图；

图11是实施例二的电路图；

图12是实施例二的电路图；

图13是实施例二的电路图；

图14是实施例二的电路图；

图15是实施例二的电路图；

图16是实施例二的电路图；

图17是实施例二的电路图；

图18是实施例二的电路图。

附图标记：1、钳位元件；2、开关元件；3、第一线路补偿模块；4、第二线路补偿模块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

参照图3，为本发明公开的一种保护电路，包括电连接的钳位元件1、与钳位元件1串联的开关元件2、与开关元件2并联的第一线路补偿模块3。钳位元件1和开关元件2串联后的两端电连接在主体保护线路的两个接线端。钳位元件1设置为MOV或TVS。开关元件2设置为GDT、TSS、晶闸管、玻璃气体放电管或放电间隙。

第一线路补偿模块3包括电容器C1。

参照图4，第一线路补偿模块3还包括与电容器C1串联的电阻器R1。

此外，电容器C1可设置为多个，电阻器R1也可设置有多个，且电阻器R1与电容器C1可设置为串联或并联的方式进行连接。参考如下几种情况：

参照图5，电容器C1可设置有多个，优选的设置为两个，即电容器C1和电容器C2，且电阻器R1、电容器C1和电容器C2串联。

参照图6，或，电阻器R1设置有多个，优选的设置为两个，即电阻器R1和电阻器R2，且电容器C1、电阻器R1和电阻器R2串联。

参照图7，或，电容器C1和电阻器R1均设置有多个，均优选的设置为两个，即电容器C1和电容器C2，电阻器R1和电阻器R2，且电容器C1、电容器C2、电阻器R1和电阻器R2串联。

参照图8，或，电容器C1和电阻器R1均设置有多个，均优选的设置为两个，即电容器C1和电容器C2，电阻器R1和电阻器R2。其中电容器C1和电阻器R1串联，电容器C2和电阻器R2串联，且串联后的电容器C2和电阻器R2作为辅助支路、并联在串联后的电容器C1和电阻器R1的两端。

参照图9，或，将上述辅助支路中，电容器C1和电阻器R1之间的连接点电连接至电容器C2和电阻器R2之间的连接点处。且使得电阻器R1与电阻器R2并联，电容器C1与电容器C2并联。

参照图10，或，将上述辅助支路中，电容器C1和电阻器R1之间的连接点电连接至电容器C2和电阻器R2之间的连接点处。且使得电阻器R1与电容器C2并联，电容器C1与电阻器R2并联。

钳位元件1设置为MOV，MOV利用压敏电阻的非线性特性，可将浪涌电压钳位到一个相对较低的电压值，从而保护后级电路。

或者钳位元件1设置为TVS，TVS管是瞬态抑制二极管的简称，在规定的反向应用条件下，当承受一个高能量的瞬时过压脉冲时，其工作阻抗能立即降至很低的导通值，允许大电流通过，并将电压钳制到预定水平，从而有效地保护电子线路中的精密元器件免受损坏。

开关元件2设置为GDT，GDT也叫陶瓷放电管气体放电管，是一种能防雷击的放电管，常常用来保护对电压很敏感的电信设备，有利于防止雷击和设备开关动作时产生的瞬态浪涌电压将它们损坏。在出现过电压浪涌时，GDT便从高阻关断状态切换到低阻抗状态，为浪涌能量的泄放提供一条通路。

或者开关元件2设置为TSS或晶闸管，二者的工作原理类似，都是依靠PN结的击穿电流触发器件导通放电，导通后呈低阻状态，从而可以流过很大的浪涌电流或脉冲电流；当浪涌脉冲过后，器件关断，恢复到开路状态。

或者开关元件2设置为玻璃气体放电管，玻璃气体放电管是一种过压保护器件，玻璃放电管由封装在充满惰性气体的玻璃管中相隔一定距离的两个电极组成。当其两端电压低于放电电压时，气体放电管呈高阻关断状态，当其两端电压升高到大于放电电压时，产生弧光放电，气体电离放电后由高阻抗转为低阻抗，使其两端电压迅速降低，从而实现浪涌电流的泄放而保护设备。

或者开关元件2也可以设置为放电间隙，一般由暴露在空气中的两根相隔一定间隙的金属棒组成，其中一根金属棒与所需保护设备的电源相线或零线相连，另一根金属棒与接地线相连接。当瞬时过电压袭来时，间隙被击穿，避免了被保护设备上的浪涌破坏。

本实施例的实施原理为：钳位元件1，MOV或TVS将电压钳位到一个相对较低的电压水平，从而有效保护电子线路中的精密元器件免受损坏。而且，MOV或TVS的钳位电压值设计为大于电源的正常工作电压，以免开关元件2损坏时钳位元件1单独不能耐受正常工作电压而造成整个保护线路的损坏，增加了线路的可靠性和安全性；同时钳位元件1能截断串联线路中的开关元件2的续流，降低了开关元件2因续流对其自身的损坏和对被保护电路的损坏。与钳位元件1串联的开关元件2，利用开关元件2的负阻特性，可以极大地提高主保护电路的不动作电压，使之具备较高的绝缘性能的同时，也能有效保护后级电路、元件或设备免受浪涌破坏。增加了第一线路补偿模块3，利用电容器C1的容性特征，对主体保护线路的保护效果的缺陷做出补偿，使得主体保护线路能达成设计的动作电压值，从而有效提高保护线路绝缘耐压的稳定性和可靠性。增加了电阻器R1，利用RC的线路特性，对主体保护线路保护效果不足时提升保护效果，进一步提升主体保护线路的稳定性和可靠性。且电阻器R1和电容器C1可设置有单个或多个，且设置为串联或并联的方式连接，增加了电路的多样性，提升补偿线路对于主体线路设计的增强效果，从而使得主体保护线路能够适应被保护电路的各种复杂电气环境。

实施例二：

参照图11，为本发明公开的一种保护电路，包括电连接的钳位元件1、与钳位元件1串联的开关元件2、与开关元件2并联的第一线路补偿模块3。钳位元件1电连接在被保护电路的一个接线端，另一端电连接到开关元件2的一端。第一线路补偿模块3包括电容器C1。钳位元件1设置为MOV或TVS。开关元件2设置为GDT、TSS、晶闸管、玻璃气体放电管或放电间隙。

与实施例一的区别在于，开关元件2还串联有第二线路补偿模块4，第二线路补偿模块4的一端电连接至串联后的钳位元件1和开关元件2的开关元件2的一端，另一端电连接至被保护电路的另一个接线端，第一线路补偿模块3并联在串联后的开关元件2和第二线路补偿模块4的两端。第二线路补偿模块4包括电感器L1。

参照图12，第二线路补偿模块4还包括电阻器R3，且电阻器R3与电感器L1串联。第一线路补偿模块3还包括电阻器R1，电阻器R1与电容器C1串联。

此外，电阻器R1、电容器C1、电阻器R3和电感器L1均可设置有多个，且可设置为串联或并联的方式进行连接。参考如下几种情况：

参照图13，第二线路补偿模块4包括串联的电感器L1、电阻器R3和电阻器R4。第一线路补偿模块3包括串联的电阻器R1、电阻器R2和电容器C1。

参照图14，第二线路补偿模块4包括串联的电感器L1、电感器L2和电阻器R3。第一线路补偿模块3包括串联的电阻器R1、电阻器R2、电容器C1和电容器C2。

参照图15，第二线路补偿模块4包括串联的电感器L1、电感器L2、电阻器R3和电阻器R4。第一线路补偿模块3包括串联的电阻器R1、电阻器R2、电容器C1和电容器C2。

参照图16，第二线路补偿模块4包括电感器L1、电感器L2、电阻器R3和电阻器R4；其中，电感器L1和电阻器R3串联后为第一支路，电阻器R4和电感器L2串联后为第二支路，且第一支路和第二支路并联。第一线路补偿模块3包括电阻器R1、电阻器R2、电容器C1和电容器C2；其中，电阻器R1和电容器C1串联后为第三支路，电容器C2和电阻器R2串联后为第四支路；且第三支路和第四支路并联。

参照图17，将上述第一支路中的电感器L1和电阻器R3之间的连接点电连接至、上述第二支路中电阻器R4和电感器L2之间的连接点处，且使得电阻器R3与电阻器R4并联，电感器L1与电感器L2并联。将上述第三支路中的电阻器R1和电容器C1之间的连接点电连接至、上述第四支路中的电容器C2和电阻器R2之间的连接点处，且使得电阻器R1与电阻器R2并联，电容器C1与电容器C2并联。

参照图18，或将上述第一支路中的电感器L1和电阻器R3之间的连接点电连接至、上述第二支路中电阻器R4和电感器L2之间的连接点处，且使得电阻器R3与电感器L2并联，电感器L1与电阻器R4并联。将上述第三支路中的电阻器R1和电容器C1之间的连接点电连接至、上述第四支路中的电容器C2和电阻器R2之间的连接点处，且使得电阻器R1与电容器C2并联，电容器C1与电阻器R2并联。

本实施例的实施原理为：钳位元件1，MOV或TVS将电压钳位到一个相对较低的电压水平，从而有效保护电子线路中的精密元器件免受损坏。而且，MOV或TVS的钳位电压值设计为大于电源的正常工作电压，以免开关元件2损坏时钳位元件1单独不能耐受正常工作电压而造成整个保护线路的损坏，增加了线路的可靠性和安全性；同时钳位元件1能截断串联线路中的开关元件2的续流，降低了开关元件2因续流对其自身的损坏和对被保护电路的损坏。与钳位元件1串联的开关元件2，利用开关元件2的负阻特性，可以极大地提高住保护电路的不动作电压，使之具备较高的绝缘性能的同时，也能有效保护后级电路、元件或设备免受浪涌破坏。

增加了第一线路补偿模块3，利用电容器C1的容性特征，对主体保护线路的保护效果的缺陷做出补偿，使得主体保护线路能达成设计的动作电压值，从而提高保护线路电路绝缘耐压的稳定性和可靠性。

增加了第二线路补偿模块4，在某些特殊需要补偿的线路中，增强补偿线路对于主体线路设计的稳定性和可靠性的提升效果，以及有效降低高频脉冲电流对开关元件2的破坏，提升主体保护线路的浪涌性能。且电阻器R1、电容器C1、电感器L1和电阻器R3均可设置有单个或多个，且设置为串联或并联的方式连接，增加了电路的多样性，有利于补偿线路进一步提升主体线路设计的稳定性和可靠性。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种保护电路，其特征在于：包括电连接的钳位元件（1）、开关元件（2）和第一线路补偿模块（3），所述第一线路补偿模块（3）包括电容器C1，所述钳位元件（1）的一端电连接至被保护电路的其中一个接线端，所述钳位元件（1）的另一端电连接至所述开关元件（2）的一端，所述开关元件（2）的另一端电连接至被保护电路的另一个接线端，所述第一线路补偿模块（3）并联在所述开关元件（2）的两端。

2.根据权利要求1所述的一种保护电路，其特征在于：所述第一线路补偿模块（3）还包括电阻器R1，所述电阻器R1与所述电容器C1串联或并联。

3.根据权利要求2所述的一种保护电路，其特征在于：所述电容器C1或所述电阻器R1设置为单个或多个，且设置为串联或并联的方式连接。

4.根据权利要求1所述的一种保护电路，其特征在于：所述开关元件（2）串联有第二线路补偿模块（4），所述第一线路补偿模块（3）并联在所述开关元件（2）和所述第二线路补偿模块（4）串联后的两端，所述第二线路补偿模块（4）包括电感器L1。

5.根据权利要求4所述的一种保护电路，其特征在于：所述第二线路补偿模块（4）还包括电阻器R1，所述电阻器R1与所述电感器L1串联或并联。

6.根据权利要求5所述的一种保护电路，其特征在于：所述电感器L1或所述电阻器R1设置有单个或多个，且设置为串联或并联的方式连接。

7.根据权利要求1所述的一种保护电路，其特征在于：所述钳位元件（1）设置为MOV或TVS。

8.根据权利要求1所述的一种保护电路，其特征在于：所述开关元件（2）设置为GDT、TSS、晶闸管、玻璃气体放电管或放电间隙。

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