CN113439372A - 对交流电压状况的保护 - Google Patents

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Abstract

一种保护电路，可以包括：AC线路，配置为从AC电源提供电力；以及第一保护电路，其耦接到所述AC线路并实现为与负载电路电并联。所述第一保护电路可以配置为，当所述负载电路两端的电压在正常范围内时，处于基本不导通的非激活状态，或当所述负载电路两端的所述电压具有大于正常范围的过电压值时，处于基本导通的激活状态，以将电力从所述负载电路上分流出去。所述保护电路可以还包括：第二保护电路，其被实现为电连接在所述AC电源和所述负载电路之间。所述第二保护电路可以配置为响应于由所述第一保护电路处于激活状态导致的状况，阻断来自所述AC电源的电力。

Description

对交流电压状况的保护
相关申请的交叉引用
本申请主张2018年12月19日提交的题为“AC VOLTAGE SWELL PROTECTOR”的美国临时申请第62/782,338号和2018年12月19日提交的题为“ACTIVE AC OVERVOLTAGEPROTECTION”的临时申请第62/782,336号的优先权，其每一项的公开内容通过在这里整体引用而明确地合并于此。
技术领域
本申请涉及用于对AC(交流)电压状况进行保护的电路、器件、系统和方法。
背景技术
诸如电器的许多电气设备由AC电压供电。在某些情况下，这种AC电压可能存在一种状况，而这种状况可能是不期望的并且可能对电气设备造成损害。
发明内容
在一些实施方式中，本申请涉及一种保护电路，包括：AC线路，配置为从AC电源提供电力；以及第一保护电路，其耦接到所述AC线路并实现为与负载电路电并联。所述第一保护电路配置为，当所述负载电路两端的电压在正常范围内时，处于基本不导通的非激活状态，或当所述负载电路两端的所述电压具有大于正常范围的过电压值时，处于基本导通的激活状态，以将电力从所述负载电路上分流出去。所述保护电路还包括：第二保护电路，其被实现为电连接在所述AC电源和所述负载电路之间。所述第二保护电路配置为响应于由所述第一保护电路处于激活状态导致的状况，阻断来自所述AC电源的电力。
在一些实施例中，所述第一保护电路可以包括气体放电管(gas discharge tube，GDT)和金属氧化物变阻器(metal-oxide varistor，MOV)的电串联组合。所述第一保护电路处于激活状态所导致的状况包括允通信号(let-through signal)中的高频分量。所述第二保护电路可以包括电弧故障断路器(arc fault circuit interrupter，AFCI)，其沿所述AC线路实现并且配置为在感测到所述高频分量时阻断来自所述AC电源的所述电力。所述允通信号中的所述高频分量可由所述第一保护电路产生。
在一些实施例中，所述GDT和所述MOV中的每一个都可以配置为单独的器件。在一些实施例中，所述GDT和所述MOV可以封装在一起作为单个器件。在一些实施例中，所述GDT和所述MOV可以包括所述GDT和所述MOV共用的至少一个共享部分。在这种实施例中，所述至少一个共享部分可以包括所述GDT的电极，其配置为也用作所述MOV的电极。
在一些实施例中，所述第一保护电路可以包括晶闸管过电压保护器件。在一些实施例中，所述晶闸管过电压保护器件可以实现为晶闸管集成浪涌保护器(thyristorintegrated surge protector，TISP)。在一些实施例中，所述第一保护电路处于激活状态所导致的状况可以包括所述AC线路中的过电流。所述第二保护电路可以包括过瞬态阻断单元(transient blocking unit，TBU)，其沿所述AC线路实现并配置为阻断所述AC线路中的电流。在一些实施例中，所述保护电路还可以包括：电力转换部件，其实现在所述TBU和所述晶闸管过电压保护器件之间，配置为将所述AC电力转换为具有所述电压的输出。所述电力转换部件的这种输出可以是DC电压或AC电压。在一些实施例中，所述保护电路还可以包括：过电压保护器件，其跨所述AC线路实现，并且配置为当被与所述AC线路相关联的过电压状况激活时，将所述AC电力分流离开所述电力转换部件。在一些实施例中，所述保护电路还可以包括：沿所述AC线路实现并且配置为在跳闸时防止所述AC电力进入所述AC线路的熔断器。
在一些实施方式中，本申请涉及一种电气装置，其包括：负载电路，以及配置为为所述负载电路供电的保护电路。所述保护电路包括：AC线路，配置为从AC电源提供电力；以及第一保护电路，耦接到所述AC线路并实现为与负载电路电并联。所述第一保护电路配置为：当所述负载电路两端的电压在正常范围内时，处于基本不导通的非激活状态；或当所述负载电路两端的电压具有大于正常范围的过电压值时，处于基本导通的激活状态，以将电力从所述负载电路分流出去。所述保护电路还包括：第二保护电路，其被实现为电连接在所述AC电源和所述负载电路之间。所述第二保护电路配置为响应于由所述第一保护电路处于激活状态导致的状况，阻断来自所述AC电源的电力。
在一些实施例中，所述电气装置可以是包括连接部件的电器，所述连接部件配置为将所述保护电路连接到所述AC电源，从而向所述AC线路提供所述电力。
在一些实施方式中，本申请涉及一种保护电路，包括：配置为从AC电源向负载电路提供电力的AC线路，以及包括气体放电管(GDT)与金属氧化物变阻器(MOV)的串联布置的子电路。当所述负载电路连接到所述AC线路时，所述子电路跨所述AC线路实现从而与所述负载电路并联。所述子电路处于激活状态时，在允通信号中产生高频分量。所述保护电路还包括：电弧故障断路器(AFCI)，其沿所述AC线路实现并且配置为在感测到由所述子电路产生的所述高频分量时断开提供给所述负载电路的所述电力。
在一些实施例中，当所述AC线路连接到所述AC电源时，所述AFCI可以实现在所述子电路和所述AC电源之间。
在一些实施例中，所述GDT和所述MOV中的每一个都可以配置为单独的器件。在一些实施例中，所述GDT和所述MOV可以封装在一起作为单个器件。在一些实施例中，所述子电路可以包括所述GDT和所述MOV共用的至少一个共享部分。
在一些实施方式中，本申请涉及一种电气装置，其包括：负载电路和配置为为所述负载电路供电的保护电路。所述保护电路包括配置为连接到AC电源的AC线路。所述保护电路还包括具有串联布置的气体放电管(GDT)和金属氧化物变阻器(MOV)的子电路。所述子电路跨所述AC线路实现，从而与所述负载电路并联。所述子电路处于激活状态时，在允通信号中产生高频分量。所述保护电路还包括：电弧故障断路器(AFCI)，其沿所述AC线路实现并且配置为在感测到由所述子电路产生的所述高频分量时断开提供给所述负载电路的所述电力。
在一些实施例中，所述电气装置还可以包括：连接部件，其配置为将所述保护电路连接到所述AC电源以向所述AC线路提供电力。在一些实施例中，所述电气装置可以是电器。
在一些实施方式中，本申请涉及一种保护电源电路，其包括：配置为接收AC电力的AC线路，以及沿所述AC线路实现的瞬态阻断单元(TBU)。所述保护电源电路还包括：电路保护器件，其耦接到所述AC线路并在所述负载电路连接到所述电路保护器件时实现与所述负载电路并联。所述电路保护器件配置为当提供给所述负载电路的电压在正常范围内时不导通，而当电压具有大于正常范围的过电压值时导通以将基本上所有过量的电力分流离开所述负载电路。所述TBU配置为阻断由所述电路保护器件中的电流导致的所述AC线路中的过大电流。
在一些实施例中，所述保护电源电路还可以包括：电力转换部件，其实现在所述AC线路和所述电路保护器件之间，并且配置为将所述AC电力转换为具有所述电压的输出。来自所述电力转换部件的所述输出的所述电压可以是DC电压或AC电压。
在一些实施例中，所述电路保护器件可以是过电压保护器件。所述电路保护器件可以是诸如晶闸管集成浪涌保护器(thyristor integrated surge protector，TISP)的晶闸管过电压保护器件。
在一些实施例中，所述保护电源电路还可以包括：过电压保护器件，其跨所述AC线路实现，并且配置为当由与所述AC线路相关联的过电压状况激活时，将所述AC电力分流离开所述电力转换部件。在一些实施例中，所述保护电源电路还可以包括：沿所述AC线路实现并且配置为在跳闸时防止所述AC电力进入所述AC线路的熔断器。
在一些实施方式中，本申请涉及一种电气装置，其包括：配置为以电压操作的负载电路，以及配置为接收AC电力并且为所述负载电路产生电压的保护电源电路。所述保护电源电路包括配置为接收AC电力的AC线路，以及沿所述AC线路实现的瞬态阻断单元(TBU)。所述保护电源电路还包括耦接到所述AC线路并实现为与所述负载电路并联的电路保护器件。所述电路保护器件配置为当提供给所述负载电路的电压在正常范围内时不导通，而当电压具有大于正常范围的过电压值时导通以将基本上所有过量的电力分流离开所述负载电路。所述TBU配置为阻断由所述电路保护器件中的电流导致的所述AC线路中的过大电流。
在一些实施例中，所述保护电源电路还可以包括：电源转换部件，其实现在所述AC线路和所述电路保护器件之间，并且配置为将所述AC电力转换为具有所述电压的输出。
在一些实施例中，所述保护电源电路还可以包括：连接部件，其配置为将所述保护电源电路连接到AC电源，从而向所述AC线路提供所述AC电力。在一些实施例中，所述电气装置可以是电器。
出于总结本公开的目的，本文描述了本发明的某些方面、优点和新颖特征。应当理解，根据本发明的任何特定实施例，不一定可以实现所有这些优点。因此，本发明可以以实现或优化如本文所教导的一个优点或一组优点的方式来体现或实施，而不必实现如本文所教导或建议的其他优点。
附图说明
图1描绘了一种电路配置，其包括由交流(AC)电源经过保护电路供电的受保护器件。
图2示出了使用来自AC电源的AC电力为要保护的电路或器件供电的示例电路。
图3示出了图2电路正常工作状况的示例。
图4示出了用于图2的示例电路的过电压状况的示例，过电压状况诸如AC电压骤升导致GDT+MOV组件被激活，从而将电力从受保护电路或器件转移开。
图5示出了对应于经过GDT+MOV组件的电流的信号示例。
图6示出了作为感测到与GDT+MOV组件相关联的高频信号分量的结果，电弧故障断路器(AFCI)被激活的示例。
图7A-7D示出了可用于图2电路中的GDT+MOV组件的非限制性示例。
图8示出在一些实施例中，图2的电路可以包括含有保护电路的不同的功能部分或块。
图9示出在一些实施例中，图8的保护电路可以在给定装置中实现。
图10示出了具有类似于图9示例的部件布置的装置的示例。
图11示出在一些实施例中，图8的保护电路可以部分地在给定装置中实现，并且部分地以与AC电源更相关联的方式实现。
图12示出了具有类似于图11示例的部件布置的装置的示例。
图13示出了使用来自AC电源的AC电力为要保护的电路或器件供电的另一个示例电路。
图14示出了图13电路正常工作状况的示例。
图15示出了用于图13示例电路的受保护电路或器件两端可能出现的过电压状况的示例。
图16示出了用于图13的示例电路的电力转换部件在AC线路中汲取的电流量增加的示例。
图17示出了瞬态阻断单元(TBU)处于激活状态从而阻断电流流入电力转换部件的示例。
图18示出了在导致经过AC线路供电的负载出现过电压状况的事件发生之前、期间和之后，负载电压和AC线路电流的示例时序图。
图19示出了如果不加以保护可能导致电路损坏的事件的示例。
图20示出了在一些实施例中，图13的示例电路可以被划分为不同的功能部分或块。
图21示出了具有如本文所述的一个或多个特征的装置的示例，其中该装置可以包括经过保护电源电路供电的一个或多个受保护电路。
具体实施方式
本文提供的标题(如果有)仅为方便起见，并不一定影响要求保护的发明的范围或含义。
图1描绘了一种配置(100和/或500)，其中，由交流(AC)电源(102、502)供电的器件或电路(110、516)可以受到具有如本文所述的一个或多个特征的保护电路(200和/或600)的保护。因此，器件或电路(110、516)可以被认为是受保护的器件或电路。
在本文公开的各种示例中，配置(100和/或500)可以以不同方式实现。例如，保护电路(200和/或600)可以实现为基本上在具有受保护器件或电路(110、516)的装置之外、部分在具有受保护器件或电路(110、516)的装置之外并且部分在具有受保护器件或电路(110、516)的装置之内、基本上在具有受保护器件或电路(110、516)的装置之内、或其任何组合。
此外，在本文公开的各种示例中，图1的配置(100和/或500)有时被描述为电路。应当理解，这种电路可以在例如系统、装置、电气电路或其某种组合中实现。因此，这种电路或配置也可以被称为系统、装置或电气电路。
此外，在本文公开的各种示例中，图1的受保护器件或电路(110、516)有时在本文中被称为受保护电路或简称为电路。应当理解，这种电路可以是电气电路、电气器件或其某种组合。
图2-12总体上涉及第一示例配置100，而图13-21总体上涉及第二示例配置500。在一些实施例中，具有如本文所述的一个或多个特征的配置可以包括具有第一示例配置100的一个或多个特征和第二示例配置的一个或多个特征的组合。
第一个示例配置：
本文公开的是涉及具有气体放电管(GDT)和金属氧化物变阻器(MOV)功能的组件与电弧故障断路器(AFCI)的组合以提供过电压保护功能的示例。这种过电压保护功能可以有效防止诸如交流(AC)线路电压骤升的事件。
图2示出了示例电路100，其中来自AC电源102的AC电力被用来向要保护的电路110供电。出于描述的目的，由于与电路100相关联的过电压保护功能，这种电路可以被认为是受保护电路。应当理解，受保护电路110可以包括使用AC电力的一个或多个负载电路、使用DC电力的一个或多个负载电路、或其任何组合。
在图2的示例中，AC电源102示为经过电弧故障断路器(AFCI)耦接到受保护电路110。在一些实施例中，可以跨受保护电路110提供具有气体放电管(GDT)和金属氧化物变阻器(MOV)功能的组件106，从而与受保护电路110并联。在此更详细地描述这种GDT+MOV组件的示例。
应当注意的是，典型的AFCI可配置为基于与由例如不良电连接引起的电弧相关联的高频分量的感测来断开AC电路。在一些实施例中，并且如本文所述，图2的AFCI 104可以配置为感测在GDT+MOV组件106的操作期间产生的签名(signature)。基于这种感测的签名，AFCI 104可以被激活，从而断开从电源102输送到AFCI 104另一侧的AC电力。
在一些实施例中，与GDT+MOV组件106的操作相关联的前述签名可以包括一个或多个具有高频特性的短寿命脉冲。因此，如果使用这种高频分量，AFCI 104可以配置为基于对与GDT+MOV组件106相关联的这种高频签名的感测而被激活。
在一些实施例中，AFCI 104可以配置为基于典型的电弧状况(例如，由不良电连接导致)或与GDT+MOV组件106的操作相关联的签名被激活。在一些实施例中，AFCI 104可以配置为基于与GDT+MOV组件106的操作相关联的签名，而不是典型的电弧状况(例如，由不良电连接引起)而被激活。
以上述方式配置，图3示出了图2的电路100的正常操作状况的示例。在图3中，来自AC电源102的AC电力被传送到受保护电路110。因此，正常AC电流120示为经过AFCI 104提供给受保护电路110。在这种状态下，GDT+MOV组件106保持非激活。表1中提供了对应于图3的电路100的各种部件的状态。
表1
AFCI GDT+MOV组件 传送到受保护电路的电力
非激活 非激活 是
图4示出了诸如AC电压骤升导致GDT+MOV组件106被激活从而将电力从受保护电路110转移开的过电压状况的示例。因此，在图4中，允许电流122通过GDT+MOV组件106，从而为电路110提供保护。表2中提供了对应于图4的状况的电路100的各种组件的状态。
表2
AFCI GDT+MOV组件 传送到受保护电路的电力
非激活→激活 激活 否
在图4的示例中，由GDT+MOV组件106的激活导致的电流122示为包括主要分量和高频(HF)分量。图5示出了对应于通过GDT+MOV组件106的电流(图4中的122)的信号124的示例。更具体地，示例信号124是电压轨迹，其包括处于与信号124相关联的过电压状况下的主要分量和短持续时间高频分量126。
参考图4和图5，当AFCI 104检测到高频分量(诸如图5示例中的HF分量126)的存在时，它(AFCI 104)可以被激活以断开来自电源102的AC电力。因此，在表2中，图4中的AFCI104的状态可以是AFCI被激活的过渡状态。
图6示出了一个示例，其中AFCI 104由于与GDT+MOV组件106相关联的高频信号分量的感测已经被激活。因此，在图6中，AFCI 104将电源侧与电路侧解耦。表3中提供了对应于图6的状况的电路100的各种部件的状态。
表3
AFCI GDT+MOV组件 传送到受保护电路的电力
激活 非激活 否
在图6的示例中，被AFCI 104断开的电路100导致电路侧基本上没有电力。因此，在这种状况下，GDT+MOV组件106可以自行复位并变成非激活。
在一些实施例中，图6中的电路100可以保持在断开状态直到AFCI 104被复位(例如，在过电压状况不再存在之后，手动或使用一些控制信号)。一旦复位，AFCI 104就可以处于非激活状态，并且因此允许向电路侧提供电力以用于受保护电路110的操作。
图7A-7D示出了可用于图2电路的GDT+MOV组件的非限制性示例。图7A示出了在一些实施例中，具有如本文所述的一个或多个特征的GDT+MOV组件106可以包括GDT器件150和MOV器件152，每个是单独的器件。这种单独的器件可以与导体156串联连接。因此，GDT+MOV组件106的一端可经过导体154连接，而另一端可经过导体158连接。
图7B示出了在一些实施例中，具有如本文所述的一个或多个特征的GDT+MOV组件106可以包括组合在单个封装器件中的GDT器件160和MOV器件162。例如，GDT器件160的端子或电极可以与MOV器件162的端子或电极物理和电接触。因此，GDT+MOV组件106的一端可通过导体164连接，而另一端可通过导体168连接。
图7C示出了图7B的GDT+MOV组件106的更具体示例。图7C还示出在一些实施例中，具有如本文所述的一个或多个特征的GDT+MOV组件106可以包括一个或多个GDT和一个或多个MOV。例如，图7C的GDT+MOV组件106示为包括MOV+GDT+MOV的串联组合。关于这种配置的附加细节公开在2019年8月30日提交的题为“INTEGRATED DEVICE HAVING GDT AND MOVFUNCTIONALITIES”的国际申请第PCT/US2019/049008号中，其公开内容通过在这里整体引用而明确地合并于此。
图7D示出在一些实施例中，具有如本文所述的一个或多个特征的GDT+MOV组件106可以包括与一个或多个GDT和一个或多个MOV相关联的一个或多个部分的集成。例如，图7D的GDT+MOV组件106可以提供类似于图7C的MOV+GDT+MOV的串联组合的功能，但是一些部分是共享的。关于这种配置的附加细节公开在上面引用的国际申请第PCT/US2019/049008号中。
图8显示了图2-4和6的电路100。在图8中，这种电路可以包括保护电路200，该保护电路200配置为从AC电源102向受保护电路110提供电力。在一些实施例中，这种保护电路可以包括GTD+MOV组件106和AFCI104，并且配置为如本文所述操作。
图9-12示出了图8的保护电路200可以以不同方式实现。更具体地，这种保护电路可以在单个装置中实现，作为单独器件或系统的一部分，或者它们的任何组合。
例如，图9示出了具有如本文所述的一个或多个特征的保护电路200可以在给定装置中实现。在这种情形中，保护电路200左边的区段可以被认为是连接部件302，并且连接部件302左边部分可以被认为是AC电源204。在这种情况下，保护电路200可以配置为能够经过连接部件连接到AC电源。
图10示出了具有类似于图9示例的部件的布置的装置300的示例。更具体地，装置300可以包括经过保护电路200供电的一个或多个受保护电路110。保护电路200可以包括如本文所述的一个或多个特征，并且可以配置为从装置300外部的AC电源102向一个或多个受保护电路110提供电力。在图10的示例中，AC电源102可以是例如配置为接收适当配置插头304的电插座。在一些实施例中，这种插头可以连接到电线路306；因此，电线路306和插头304可以是与装置300相关联的AC电源连接部件302的一部分。
在一些实施例中，图10的装置300可以是配置为插入AC插座以用于操作的任何电气设备。这种电气设备可以是例如家用电器。
在另一示例中，图11示出了具有如本文所述的一个或多个特征的保护电路200可以部分地在给定装置中实现，并且部分地在与AC电源更多相关联的组件中实现。例如，保护电路200的AFCI 104可以相对于AC电源102处于大致固定的位置。在墙上安装的AC插座，包括AFCI功能的插座，就是这种配置的一个示例。在这种上下文中，表示为204的部分可以被指示为具有部分保护功能的AC电源。
在图11的示例中，GTD+MOV组件106示为作为给定装置300的一部分实现。应当注意的是，虽然这种GTD+MOV组件也可以作为部分204的一部分来实现，但可能更期望将GTD+MOV组件106配置为适应受保护电路110的电性能(并因此是同一装置300的一部分)。
图12示出了具有类似于图11的示例的部件布置的装置300的示例。更具体地，装置300可以包括经过保护电路200被供电的一个或多个受保护电路110。保护电路200可以包括如本文所述的一个或多个特征，并且可以配置为从装置300外部的AC电源204向一个或多个受保护电路110提供电力。在图12的示例中，AC电源204可以是例如配置为接收适当配置的插头304的电插座。在一些实施例中，这种插头可以连接到电线路306；因此，电线路306和插头304可以是与装置300相关联的AC电力连接部件302的一部分。
在图12的示例中，保护电路200的区段示为实现为装置300的一部分，并且还实现为与AC电源204相关联的一部分。
第二示例配置：
本文公开了涉及与诸如集成浪涌保护器(例如，晶闸管集成浪涌保护器(TISP))和瞬态阻断单元(TBU)之类的消弧(crowbar)电路保护器件的协同使用，以提供自保护和自复位过电压保护功能的示例。这种过电压保护功能可以有效抵御诸如闪电、子电路故障、和/或交流(AC)线路电压骤升的事件。应当理解，TISP元件仅是示例，也可以使用其他电压保护器件(例如，气体放电管(GDT)、金属氧化物变阻器(MOV)、瞬态电压抑制器(TVS)等)。
图13示出了示例电路500，其中来自AC电源502的AC电力用来向负载516供电。出于描述的目的，由于与电路500相关联的过电压保护功能，这种负载可以被认为是受保护电路。
在图13的示例中，AC电源502示为经过AC线路510耦接到电力转换部件512。电力转换部件512可以将经过AC线路510提供的AC电力转换成具有电流I和电压V的直流(DC)或AC(AC)电力。
在一些实施例中，可以跨受保护电路516提供诸如集成浪涌保护器(例如，完全集成浪涌保护器(TISP))的消弧电路保护器件514，以及沿AC线路510提供一个瞬态阻断单元(TBU)508。本文更详细地描述了与消弧电路保护器件514和TBU 508的操作相关的示例。
在一些实施例中，可以跨AC线路510提供过电压保护(OVP)器件506，使得TBU 508位于OVP器件506和电力转换部件512之间。这种OVP器件(506)可以在某些情况(例如，在AC电源侧出现过电压状况)下被激活。在一些实施例中，可以沿着AC线路510提供熔断器(F1)504，使得熔断器504在OVP器件506和AC电源502之间。这种熔断器可以在某些情况(例如，AC电源侧的大浪涌)下被激活。
在图13的示例中，如果AC电源侧的浪涌事件足够大，那么熔断器504可以跳闸，并切断熔断器504右侧的整个电路500的电源。AC电源侧可能有浪涌，不会使熔断器504跳闸，但会激活OVP器件506。在这种情况下，来自AC电源502的电流通常可以经过OVP器件506分流并离开电力转换部件512。在一些实施例中，OVP器件506可以是例如金属氧化物变阻器(MOV)。
以上述方式配置，图14示出了图13的电路500的正常操作状况的示例。在图14中，来自AC电源502的AC电力被电力转换部件512转换成DC电力，以向负载(受保护电路)516提供正常电流。因此，正常电压Vnorm存在于受保护电路516两端，以及消弧电路保护器件514两端。消弧电路保护器件514是非激活的并且基本上充当开路。表4中提供了电路500的各种部件的状态。
表4
F1 OVP TBU Z1 负载116两端的电压V
未跳闸 非激活 非激活 非激活 V<sub>norm</sub>
图15显示了可能出现在受保护电路516两端的过电压状况的示例。由于电力转换部件512任一侧上的事件，这种过电压状况可能会出现。因此，出于描述的目的，将假设受保护电路516两端的过电压Vover由某种状况导致。当这种过电压状况发生时，消弧电路保护器件514变得激活并且变得导电。因此，由过电压状况导致的电流从受保护电路516分流离开并路由经过消弧电路保护器件514。因此，在图15中，经过消弧电路保护器件514分流的这种电流被称为消弧电流。一旦建立了这种消弧电流，消弧电路保护器件514两端的电压变得近似为零。表5中提供了与图15的状况相对应的电路500的各个部件的状态。
表5
F1 OVP TBU Z1 负载116两端的电压V
未跳闸 非激活 非激活 激活 最初为V<sub>over</sub>，过渡到零
在图15的示例中，消弧电路保护器件514(当被激活时)的导电特性导致消弧电流以很小的电阻或没有电阻流动。因此，电力转换部件512可以响应于前述消弧电流从AC线路510汲取增加的电流量。
图16示出了由电力转换部件512在AC线路510中汲取的前述增加的电流量的示例。更具体地，作为对消弧电流的响应而导致的这种电流被称为在AC线路510中流动的过电流。在图16的示例中，假设电力转换部件512不具有限流特征。表6中提供了对应于图16状况的电路500的各个部件的状态。
表6
F1 OVP TBU Z1 负载116两端的电压V
未跳闸 非激活 非激活 激活 零
在图16的示例中，AC线路510中的过电流被假定为作为增加的电流(称为消弧电流)的结果而汲取的附加电流。如果包括AC线路510中的过电流在内的总电流超过TBU 508的某个阈值跳闸电流，那么TBU 508变为激活并且提供阻断功能。
图17示出了TBU 508处于激活状态以阻断电流流入电力转换部件512的示例。在一些实施例中，处于激活状态的TBU 508可以阻断AC电流的正部分和负部分两者的通过。在图17中，TBU 508被描绘为阻断AC电流的一个方向(例如，对应于正部分)，尽管它阻断了另一个方向。然而，出于描述图17的目的，假设AC电流的这种另一方向被阻断，不能到达电力转换部件512的另一侧。更具体地，可以假设电力转换部件512包括整流功能，使得仅AC电力的正或负部分通过。因此，即使TBU 508仅阻断正部分，负部分也被电力转换部件512阻断。与图17状况相对应的电路500的各个部的状态在表7中提供。
表7
F1 OVP TBU Z1 负载116两端的电压V
未跳闸 非激活 激活 激活或非激活 零
在图17的示例中，TBU 508被激活导致从AC线路510到电力转换部件512的负载侧的电力被阻断。因此，如果AC线路侧发生消弧激活事件，那么电力不会提供给负载侧；并且消弧电路保护器件514可以变得非激活。如果在负载侧发生了消弧激活事件，那么消弧电路保护器件514可以保持在激活状态或返回到非激活状态。例如，如果消弧激活状况仍然存在，即使在TBU激活之后，消弧电路保护器件514也可以保持激活以保护负载。在另一个示例中，如果消弧激活状况不再存在，那么消弧电路保护器件514可以恢复到非激活状态。
基于本文参考图13-17描述的各种示例，可以看出，由AC电源(502)供电的受保护电路(516)可以基本上一直受到保护，以免发生导致过电压状况。一旦这种过电压状况清除，消弧电路保护器件514就可以复位，并且电路500可以恢复正常操作。
图18示出了负载电压(虚线)和AC线路电流(实线)在事件发生之前、期间和之后，导致负载经过AC线路供电的过电压状况的示例时序图。在时间t1之前，图13-17的电路500示为处于正常操作状态，其中正常负载电压被提供给受保护电路(516)。这种负载电压由从AC线路(510)转换的电力产生。
在时间t1处，示出了过电压状况，导致提供给负载的电压增加。这种电压的增加示出会持续，直到在时间t2达到消弧阈值。此时，消弧电路保护器件(514)变为激活状态并提供低电阻分流路径，从而降低提供给负载的电压。
如本文所述，低电阻消弧路径导致经过其的电流增加，从而导致AC线路中的电流增加。因此，AC线路电流也增加，直到TBU阈值达到时间t3。此时，TBU(508)阻断AC线路电流，从而引起AC线路电流被阻断，不能到达电力转换部件(512)。因此，电力转换部件处的AC线路电流以及因此转换的电力降低到相应的空电平。
在图18的示例中，这种空电平示为保持直到过电压状况不再存在，并且消弧电路保护器件(114)和TBU(108)被复位。在这种时间(t4)，允许AC线路电流达到正常操作水平。在时间t5，负载电压也可以开始增加到其正常操作水平(在时间t6)。
在图18的示例中，可以认为事件持续时间ΔT在时间t1开始并在时间t6结束。如本文参考图19所述，这种事件持续时间可以相对短、长或在介于两者之间的任何地方。在一些实施例中，与消弧电路保护器件(514)和TBU(508)相关联的激活时间可以足够小，以在这种不同持续时间的事件期间提供有效的保护。应当注意的是，在某些情况下，消弧电路保护器件(514)可以在每次AC输入电压过零时复位。在这种情况下，图18中所示的示例序列可以在AC输入电力的每半个周期或每个周期(在半波整流配置中)重复。
图19示出了如果不加以保护可能导致电路损坏的事件的示例。例如，诸如闪电的短持续时间(ΔT1)事件可能涉及大的过电压。在另一示例中，子电路故障可能导致比闪电示例持续更长(例如，ΔT2)的过电压状况。在又一示例中，在某些情况下，引入线中的电压骤升可能比两个示例持续时间中的任一个持续更长。这种长持续时间(例如，ΔT3)的过电压状况可能没有闪电示例那样高的过电压水平；但也可能同样对电路造成损害。
图20示出了图13-17的电路500。在图20中，这种电路可以分为不同的部分。例如，一个部分可以被认为是配置为向受保护电路516提供电力的保护电源电路600。在一些实施例中，这种保护电源电路可以包括消弧电路保护器件514、电力转换部件512和TBU 508。在一些实施例中，保护电源电路600可以可选地包括过电压保护(OVP)器件506和熔断器(F1)504中的任一个或两者。
在图20的示例中，保护电源电路600左侧部分可以被认为是连接部件602，并且连接部件602左侧部分可以被认为是AC电源604。在这种示例情形中，保护电源电路600可以配置为连接到或能够连接到要保护的电路(例如，516)。保护电源电路600还可以经过连接部件602连接到或能够连接到AC电源604。应当注意的是，虽然本文在由电力转换部件512转换的电力的情形中描述了各种示例，但本申请的一个或多个特征也可以在没有这种转换部件的电路中实现。在这种配置中，来自AC电源(例如，502)的电力可以经过AC线路(例如，510)提供给负载电路(例如，516)和相应的消弧电路保护器件(例如，514)。
图21示出了具有如本文所述的一个或多个特征的装置700的示例。在一些实施例中，装置700可以包括一个或多个受保护电路516，其被经过保护电源电路600供电。保护电源电路600可以包括如本文所述的一个或多个特征，并且可以配置为从AC电源502向一个或多个受保护电路516提供电力。在图21的示例中，AC电源502可以是例如配置为接收适当配置的插头704的电插座。在一些实施例中，这种插头可以连接到电线路702；因此，电线路702和插头704可以是与装置700相关联的AC电力连接部件602的部分。
在一些实施例中，装置700可以是配置为插入AC插座以用于操作的任何电气设备。这种电气设备可以是例如家用电器。
应当理解，在一些实施例中，保护电源电路600中的至少一些可以在装置外部实现，类似于本文参考图11和12所描述的示例。
除非上下文另有明确要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括”、“包括了”等应理解为包含性含义，而不是排他性或穷举性含义；也就是说，在“包括但不限于”的意义上。如本文中通常使用的，词语“耦接”是指两个或更多个元件，其可直接连接，或通过一个或多个中间元件连接。另外，当在本申请中使用时，词语“本文中”、“以上”、“以下”和类似含义的词语应整体上指本申请，而不是指本申请的任何特定部分。在上下文允许的情况下，在以上详细描述中使用单数或复数的词也可分别包括复数或单数。词语“或”指的是两个或多个项目的列表，该单词涵盖该单词的以下所有解释：列表中的任何项目、列表中的所有项目以及列表中的项目的任何组合。
本发明的实施例的以上详细描述不旨在穷举，或是将本发明限制为以上公开的精确形式。尽管以上出于说明性目的描述了本发明的具体实施例和用于本发明的示例，但是如相关领域的技术人员将认识到的，在本发明的范围内的各种等效修改是可能的。例如，尽管按照给定顺序呈现了处理或块，但是替换的实施例可以执行具有不同顺序的步骤的处理，或采用具有不同顺序的块的系统，并且一些处理或块可以被删除、移动、添加、细分、组合和/或修改。这些处理或块中的每一个可以按照各种不同的方式来实现。而且，虽然有时将处理或块示出为串行地执行，但是相反地，这些处理或块也可以并行地执行，或者可以在不同的时间执行。
本文提供的本发明的教导可以应用于其他系统，而不一定是上述系统。可以将上述各个实施例的元素和动作组合以提供进一步的实施例。
尽管已经描述了本发明的某些实施例，但是这些实施例仅借助于示例来呈现，并且不意欲限制本申请的范围。其实，本文描述的新颖的方法和系统可以以多种其他形式来实施；此外，可以对本文所述的方法和系统的形式进行各种省略、替换和改变，而没有脱离本申请的精神。所附权利要求及其等效物旨在涵盖将落入本申请的范围和精神内的这种形式或修改。

Claims (41)

1.一种保护电路，包括：
AC线路，配置为从AC电源提供电力；
第一保护电路，其耦接到所述AC线路并被实现为与负载电路电并联，所述第一保护电路配置为，当所述负载电路两端的电压在正常范围内时，处于基本不导通的非激活状态，或当所述负载电路两端的所述电压具有大于正常范围的过电压值时，处于基本导通的激活状态，以将电力从所述负载电路上分流出去；以及
第二保护电路，其被实现为电连接在所述AC电源和所述负载电路之间，所述第二保护电路配置为阻断来自AC电源的电力，以响应由所述第一保护电路处于激活状态导致的状况。
2.如权利要求1所述的保护电路，其中，所述第一保护电路包括气体放电管(GDT)和金属氧化物变阻器(MOV)的电串联组合。
3.如权利要求2所述的保护电路，其中，所述第一保护电路处于激活状态所导致的状况包括允通信号中的高频分量。
4.如权利要求3所述的保护电路，其中，所述第二保护电路包括电弧故障断路器(AFCI)，其沿所述AC线路实现并且配置为在感测到所述高频分量时阻断来自所述AC电源的所述电力。
5.如权利要求4所述的保护电路，其中，所述允通信号中的高频分量由所述第一保护电路产生。
6.如权利要求2所述的保护电路，其中，所述GDT和所述MOV中的每一个配置为单独的器件。
7.如权利要求2所述的保护电路，其中，所述GDT和所述MOV封装在一起作为单个器件。
8.如权利要求2所述的保护电路，其中，所述GDT和所述MOV包括所述GDT和所述MOV共用的至少一个共享部分。
9.如权利要求8所述的保护电路，其中，所述至少一个共享部分包括所述GDT的电极，其配置为也用作所述MOV的电极。
10.如权利要求1所述的保护电路，其中，所述第一保护电路包括晶闸管过电压保护器件。
11.如权利要求10所述的保护电路，其中，所述晶闸管过电压保护器件实现为晶闸管集成浪涌保护器(TISP)。
12.如权利要求10所述的保护电路，其中，第一保护电路处于激活状态所导致的状况包括AC线路中的过电流。
13.如权利要求12所述的保护电路，其中，所述第二保护电路包括瞬态阻断单元(TBU)，其沿所述AC线路实现并配置为阻断所述AC线路中的过电流。
14.如权利要求13所述的保护电路，其中，还包括电力转换部件，其实现在所述TBU和晶闸管过电压保护器件之间，配置为将所述AC电力转换为具有所述电压的输出。
15.如权利要求14所述的保护电路，其中，所述电力转换部件的所述输出为DC电压。
16.如权利要求14所述的保护电路，其中，所述电力转换元件的所述输出为AC电压。
17.如权利要求14所述的保护电路，还包括：过电压保护器件，其跨所述AC线路实现，并且配置为当被与所述AC线路相关联的过电压状况激活时，将所述AC电力分流离开所述电力转换部件。
18.如权利要求17所述的保护电路，还包括：沿所述AC线路实现并且配置为在跳闸时防止所述AC电力进入所述AC线路的熔断器。
19.一种电气装置，包括：
负载电路；以及
配置为为所述负载电路供电的保护电路，所述保护电路包括配置为从AC电源提供电力的AC线路，以及耦接到所述AC线路并实现为与负载电路电并联的第一保护电路，所述第一保护电路配置为，当所述负载电路两端的电压在正常范围内时，处于基本不导通的非激活状态，或当所述负载电路两端的电压具有大于正常范围的过电压值时，处于基本导通的激活状态在，以将电力从所述负载电路分流出去，所述保护电路还包括第二保护电路，其被实现为电连接在所述AC电源和所述负载电路之间，所述第二保护电路配置为响应于由所述第一保护电路处于激活状态导致的状况，阻断来自AC电源的电力。
20.如权利要求19所述的电气装置，其中，所述电气装置是包括连接部件的电器，所述连接部件配置为将所述保护电路连接到所述AC电源，从而向所述AC线路提供所述电力。
21.一种保护电路，包括：
AC线路，配置为从AC电源向负载电路提供电力；
子电路，其包括气体放电管(GDT)和金属氧化物变阻器(MOV)的串联布置，当所述负载电路连接到所述AC线路时，所述子电路跨所述AC线路实现从而与所述负载电路并联，所述子电路处于激活状态时，在允通信号中产生高频分量；
电弧故障断路器(AFCI)，其沿所述AC线路实现并且配置为在感测到由所述子电路产生的所述高频分量时断开提供给所述负载电路的所述电力。
22.如权利要求21所述的保护电路，其中，当所述AC线路连接到所述AC电源时，所述AFCI实现在所述子电路和所述AC电源之间。
23.如权利要求21所述的保护电路，其中，所述GDT和所述MOV中的每一个配置为单独的器件。
24.如权利要求21所述的保护电路，其中，所述GDT和所述MOV封装在一起作为单个器件。
25.如权利要求21所述的保护电路，其中，所述子电路包括所述GDT和所述MOV共用的至少一个共享部分。
26.一种电气装置，包括：
负载电路；以及
配置为给所述负载电路供电的保护电路，所述保护电路包括配置为连接到AC电源的AC线路，所述保护电路还包括具有串联布置的气体放电管(GDT)和金属氧化物变阻器(MOV)的子电路，所述子电路跨所述AC线路实现，从而与所述负载电路并联，所述子电路处于激活状态时，在允通信号中产生高频分量，所述保护电路还包括电弧故障断路器(AFCI)，其沿所述AC线路实现并且配置为在感测到由所述子电路产生的所述高频分量时断开提供给所述负载电路的所述电力。
27.如权利要求26所述的电气装置，还包括：连接部件，其配置为将所述保护电路连接到所述AC电源以向所述AC线路提供电力。
28.如权利要求27所述的电气装置，其中，所述电气装置是电器。
29.一种保护电源电路，包括：
配置为接收AC电力的AC线路；
沿所述AC线路实现的瞬态阻断单元(TBU)；
电路保护器件，其耦接到所述AC线路并在所述负载电路连接到所述电路保护器件时实现与所述负载电路并联，所述电路保护器件配置为当提供给所述负载电路的电压在正常范围内时不导通，而当电压具有大于正常范围的过电压值时导通以将基本上所有过量的电力分流开负载电路；
其中，所述TBU配置为阻断由所述电路保护器件中的电流导致的所述AC线路中的过大电流。
30.如权利要求29所述的保护电源电路，还包括：电力转换部件，其实现在所述AC线路和所述电路保护器件之间，并且配置为将所述AC电力转换为具有所述电压的输出。
31.如权利要求29所述的保护电源电路，其中，来自所述电力转换部件的所述输出的所述电压是DC电压。
32.如权利要求29所述的保护电源电路，其中，来自所述电力转换部件的所述输出的所述电压是AC电压。
33.如权利要求29所述的保护电源电路，其中，所述电路保护器件是过电压保护器件。
34.如权利要求33所述的保护电源电路，其中，所述电路保护器件是晶闸管过电压保护器件。
35.如权利要求34所述的保护电源电路，其中，所述晶闸管过电压保护器件被实现为晶闸管集成浪涌保护器(TISP)。
36.如权利要求29所述的保护电源电路，还包括：过电压保护器件，其跨所述AC线路实现，并且配置为当由与所述AC线路相关联的过电压状况激活时，将所述AC电力分流离开所述电力转换部件。
37.如权利要求34所述的保护电源电路，还包括：沿所述AC线路实现并配置为在跳闸时防止所述AC电力进入所述AC线路的熔断器。
38.一种电气装置，包括：
负载电路，配置为以一电压操作；以及
保护电源电路，配置为接收AC电力并为所述负载电路产生电压，所述保护电源电路包括配置为接收AC电力的AC线路，以及沿所述AC线路实现的瞬态阻断单元(TBU)，所述保护电源电路还包括耦接到所述AC线路并实现为与所述负载电路并联的电路保护器件，所述电路保护器件配置为当提供给所述负载电路的电压在正常范围内时不导通，而当电压具有大于正常范围的过电压值时导通以将基本上所有过量的电力分流离开所述负载电路，其中，所述TBU配置为阻断由所述电路保护器件中的电流导致的所述AC线路中的过大电流。
39.如权利要求38所述的电气装置，其中，所述保护电源电路还包括电源转换部件，其实现在所述AC线路与所述电路保护器件之间，并且配置为将所述AC电力转换为具有所述电压的输出。
40.如权利要求38所述的电气装置，还包括：连接部件，其配置为将所述保护电源电路连接到AC电源，从而向所述AC线路提供所述AC电力。
41.如权利要求40所述的电气装置，其中，所述电气装置是电器。
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