DE112017002917T5

DE112017002917T5 - Transienten-Unterdrückungsschaltungsanordnungen

Info

Publication number: DE112017002917T5
Application number: DE112017002917.1T
Authority: DE
Inventors: James Allan Peters; Gary Bentley
Original assignee: Littelfuse Inc
Current assignee: Littelfuse Inc
Priority date: 2016-06-10
Filing date: 2017-05-23
Publication date: 2019-02-14
Also published as: US20170358567A1; WO2017213841A1; KR20190015496A; TW201743527A; CN109314387A

Abstract

Transienten-Unterdrückungsschaltungsanordnungen werden beschrieben. In einer Implementierung einer Transienten-Unterdrückungsschaltung ist mindestens eine Avalanche-Diode in Reihe mit einer DIAC, einem Wechselstrom-Siliziumdioden (SIDAC) -Gerät oder ein SIDACtor geschaltet.

Description

HINTERGRUND
Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht Priorität der am 10. Juni 2016 eingereichten, provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 62/348,242 , die Transienten-Unterdrückungsschaltungsanordnungen (Transient Suppressing Circuit Arrangements) betitelt und die durch Bezugnahme hierin in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Transienten-Unterdrückungsschaltungen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung im Allgemeinen Transienten-Unterdrückungsschaltungen, die zum Abschwächen von Spannungstransienten, die auf Signalleitungen auftreten können, verwendet werden können.
Beschreibung des Standes der Technik
Spannungstransienten sind kurzzeitige Spannungsstöße oder -spitzen. Nicht unterdrückte, Spannungstransienten können Schaltungen und Komponenten beschädigen, was zu einem vollständigen Systemausfall führen kann.
Spannungstransienten können aus einer Reihe von verschiedenen Quellen erzeugt werden. So kann beispielsweise Schalten von induktiven Lasten, wie jene, die bei Transformatoren, Generatoren, Motoren und Relais auftreten, Transienten von bis zu Hunderten von Volt und Ampere erzeugen und bis zu Hunderten von Millisekunden dauern. Solche Transienten können sowohl Wechselstrom- als auch Gleichstromschaltungen negativ beeinflussen.
Spannungstransienten können auch durch Blitzeinschläge erzeugt werden. Solche Blitzeinschläge und die damit verbundenen Spannungstransienten können Störungen auf elektrischen und Kommunikationsleitungen erzeugen, die mit elektronischen Betriebseinrichtungen verbunden sind. Eine weitere Quelle für Spannungstransienten ist als ein Load Dump bei Fahrzeugen bekannt. Ein Load Dump bezieht sich auf das, was mit einer Versorgungsspannung in einem Fahrzeug passiert, wenn eine Last entfernt wird. Wenn eine Last schnell entfernt wird, z. B. wenn die Batterie getrennt wird, während der Motor läuft, kann die Spannung ansteigen, bevor die mit dem Fahrzeug verbundenen elektrischen Komponenten stabilisiert werden.
Schaltungsstrukturen, wie beispielsweise eine Zenerdiode in Reihe mit einem Thyristor, wurden zur Transienten-Unterdrückung eingesetzt. Solche Schaltungsstrukturen bieten jedoch keine ausreichende Transienten-Unterdrückung, wenn die transiente Spannungen 150 Volt überschreiten.
ZUSAMMENFASSUNG
Transienten-Unterdrückungsschaltungsanordnungen werden beschrieben. In einer Implementierung einer Transienten-Unterdrückungsschaltung ist mindestens eine Avalanche-Diode in Reihe mit einer DIAC, einem Wechselstrom-Siliziumdioden (SIDAC) - Gerät oder einem SIDACtor geschaltet. Jedes der DIAC-, SIDAC- und SIDACtor-Geräte wird als ein per Schwellenspannung ausgelöster Schalter betrachtet. Insbesondere wird ein solches Gerät als ein bilateraler, per Spannung ausgelöster Siliziumschalter betrachtet, der von hoher Impedanz auf niedrige Impedanz abfällt, wenn eine Schwellenspannung angelegt wird. In einer weiteren Implementierung ist eine Mehrzahl von Avalanche-Dioden in Reihe mit einer DIAC, einem SIDAC-Gerät oder einem SIDACtor geschaltet. In einer weiteren Implementierung ist mindestens eine Avalanche-Diode in Reihe mit einem SIDACtor geschaltet. In noch einer weiteren Implementierung ist eine Mehrzahl von Avalanche-Dioden in Reihe mit einem SIDACtor geschaltet.
Figurenliste

1 veranschaulicht die Transienten-Unterdrückungsschaltungsanordnung gemäß einer Ausführungsform.
2 veranschaulicht die Transienten-Unterdrückungsschaltungsanordnung gemäß einer Ausführungsform.
3-5 veranschaulichen die Durchbruchscharakteristik von Geräten, die in Schaltungsanordnungen verwendet werden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 veranschaulicht die Transienten-Unterdrückungsschaltungsanordnung 100 gemäß einer Ausführungsform. Die Transienten-Unterdrückungsschaltung 100 kann eine Avalanche-Diode 102 in Reihe mit einem per Schwellenspannung ausgelösten Schalter 104 enthalten, wie beispielsweise eine DIAC, einem Wechselstrom-Siliziumdioden (SIDAC) - Gerät oder einem SIDACtor. In einer Implementierung ist der per Schwellenspannung ausgelöste Schalter 104 ein SIDACtor.
Die Avalanche-Diode 102 und der SIDACtor 104 können in Reihe zwischen einem ersten Eingangsanschluss 106 und einem zweiten Eingangsanschluss 108 geschaltet sein. In einer Implementierung ist der erste Eingangsanschluss 106 oder der zweite Eingangsanschluss 108 mit Masse gekoppelt. Eine Versorgungsspannung kann an den ersten Eingangsanschluss 106 und/oder den zweiten Eingangsanschluss 108 bereitgestellt werden. Die Versorgungsspannung kann ein Betriebsgerät (nicht dargestellt), das mit dem ersten Eingangsanschluss 106 und/oder dem zweiten Eingangsanschluss 108 gekoppelt ist, mit Spannung versorgen. Die Reihenschaltung der Avalanche-Diode 102 und des SIDACtors 104 ist dazu vorgesehen, das Betriebsgerät oder dergleichen vor Spannungstransienten zu schützen, die an dem ersten Eingangsanschluss 106 und/oder dem zweiten Eingangsanschluss 108 vorhanden sein können.
In einer Implementierung weist die Avalanche-Diode 102 eine Durchbruchspannung von Vz auf und der SIDACtor 104 weist eine Durchbruchspannung von V_SO auf. In einer Implementierung ist Vz gleich oder nominal höher als eine Versorgungsspannung, die an den ersten Eingangsanschluss 106 und/oder den zweiten Eingangsanschluss 108 angelegt ist. In einer Implementierung ist V_Z+V_SO niedriger als ein Spannungsabfall, der mit dem Betriebsgerät verbunden ist. In einer bestimmten Implementierung ist V_Z+V_SO etwa 1000-1500 Volt. In einer weiteren Implementierung ist V_Z+V_SO etwa 3000-3500 Volt.
2 veranschaulicht die Transienten-Unterdrückungsschaltungsanordnung 200 gemäß einer Ausführungsform. Die Transienten-Unterdrückungsschaltung 200 kann eine Mehrzahl von Avalanche-Dioden 202 in Reihe mit einem per Schwellenspannung ausgelösten Schalter 204 enthalten, wie beispielsweise einer DIAC, einem Wechselstrom-Siliziumdioden (SIDAC) -Gerät oder einem SIDACtor. In einer Implementierung ist der per Schwellenspannung ausgelöster Schalter 204 ein SIDACtor. Mehr als zwei Avalanche-Dioden 202 können in Reihe mit dem SIDACtor 204 geschaltet sein.
Die Avalanche-Dioden 202 und der SIDACtor 204 können in Reihe zwischen einem ersten Eingangsanschluss 206 und einem zweiten Eingangsanschluss 208 geschaltet sein. In einer Implementierung ist der erste Eingangsanschluss 206 oder der zweite Eingangsanschluss 208 mit Masse gekoppelt. Eine Versorgungsspannung kann an den ersten Eingangsanschluss 206 und/oder den zweiten Eingangsanschluss 208 bereitgestellt werden. Die Versorgungsspannung kann ein Betriebsgerät (nicht dargestellt), das mit dem ersten Eingangsanschluss 206 und/oder dem zweiten Eingangsanschluss 208 gekoppelt ist, mit Spannung versorgen. Die Reihenschaltung der Avalanche-Dioden 202 und des SIDACtors 204 ist dazu vorgesehen, das Betriebsgerät oder dergleichen vor Spannungstransienten zu schützen, die an dem ersten Eingangsanschluss 206 und/oder dem zweiten Eingangsanschluss 208 vorhanden sein können.
In einer Implementierung weisen die Avalanche-Dioden 202 eine Durchbruchspannung von V_Z bzw. V_FB auf und der SIDACtor 204 weist eine Durchbruchspannung von Vso auf. In einer Implementierung ist V_Z+V_FB+V_SO niedriger als ein Spannungsabfall, der mit dem Betriebsgerät verbunden ist. In einer bestimmten Implementierung ist V_Z+V_FB+V_SO etwa 1000-1500 Volt. In einer weiteren Implementierung ist V_Z+V_FB+V_SO etwa 3000-3500 Volt. In einer Implementierung ist das Gerät 202 eine Foldback (FB) (z. B. foldbak™) -Diode.
3 veranschaulicht die Durchbruchscharakteristik der Avalanche-Dioden 102 und 202. Bezugsziffer 300 zeigt den anfänglichen Durchbruchsbereich, der den Avalanche-Dioden 102 und 202 zugeordnet ist. Spannung ist auf der x-Achse dargestellt und Strom ist auf der y-Achse dargestellt.
4 veranschaulicht die Durchbruchscharakteristik eines per Schwellenspannung ausgelösten Schalters 104 oder 204, wie beispielsweise einer DIAC, eines Wechselstrom-Siliziumdioden (SIDAC) -Geräts oder eines SIDACtors. Bezugsziffer 400 zeigt den anfänglichen Durchbruchsbereich, der einem per Schwellenspannung ausgelösten Schalter 104 oder 204 zugeordnet ist, wie beispielsweise einer DIAC, einem Wechselstrom-Siliziumdioden (SIDAC) -Gerät oder einem SIDACtor. Die Durchbruchscharakteristik für V_Z+V_SO und V_Z+V_FB+V_SO ist ähnlich, wie in 4 dargestellt, aber der anfängliche Durchbruchsbereich wird größer als der bei Bezugsziffer 400 dargestellte Durchbruchsbereich sein. Spannung ist auf der x-Achse dargestellt und Strom ist auf der y-Achse dargestellt.
5 veranschaulicht die Durchbruchscharakteristik des Geräts 202, das als eine Foldback (z. B. Foldbak) -Diode implementiert ist. Bezugsziffer 500 zeigt den anfänglichen Durchbruchsbereich, der dem Gerät 202 zugeordnet ist, das als eine FB (z. B. Foldbak) -Diode implementiert ist. Spannung ist auf der x-Achse dargestellt und Strom ist auf der y-Achse dargestellt.
Transienten-Unterdrückungsschaltungsanordnungen sind mit Bezug auf einige Ausführungsformen beschrieben; von Fachleuten wird verstanden werden, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente ersetzt werden können, ohne vom Geist und Umfang der Ansprüche der Anmeldung abzuweichen. Es können weitere Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder Material an die oben offenbarten Lehren anzupassen, ohne vom Umfang der Ansprüche abzuweichen. Daher sollten die Ansprüche nicht so ausgelegt werden, dass sie auf eine der beschriebenen besonderen Ausführungsformen beschränkt sind, sondern auf alle Ausführungsformen, die in den Umfang der Ansprüche fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62348242 [0001]

Claims

Vorrichtung, umfassend: eine Avalanche-Diode; und eine DIAC, eine Siliziumdiode für Wechselstrom (SIDAC) oder ein SIDACtor, die/der in Reihe mit der Avalanche-Diode geschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Avalanche-Diode eine Mehrzahl von Avalanche-Dioden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der SIDACtor in Reihe mit der Avalanche-Diode geschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Avalanche-Diode eine Mehrzahl von Avalanche-Dioden ist und der SIDACtor in Reihe mit der Mehrzahl von Avalanche-Dioden geschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen ersten Eingangsanschluss und einen zweiten Eingangsanschluss, wobei die Reihenschaltung der DIAC, der SIDAC oder des SIDACtors und der Avalanche-Diode zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss geschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der erste Eingangsanschluss und/oder der zweite Eingangsanschluss eine Versorgungsspannung für ein Betriebsgerät enthält, das mit dem ersten Eingangsanschluss und/oder dem zweiten Eingangsanschluss gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der erste Eingangsanschluss und/oder der zweite Eingangsanschluss mit Masse gekoppelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Reihenschaltung den SIDACtor und die Avalanche-Diode enthält, die zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss geschaltet ist.
Vorrichtung, umfassend: eine Avalanche-Diode, die in Reihe mit einer Foldback-Diode geschaltet ist; und eine DIAC, eine Siliziumdiode für Wechselstrom (SIDAC) oder ein SIDACtor, die/der in Reihe mit der in Reihe geschalteten Avalanche-Diode und der Foldback-Diode geschaltet ist.