專(zhuān)利名稱(chēng)：具有放電控制電極的放電元件及其控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有放電控制電極的新型放電元件以及用于驅(qū)動(dòng)根據(jù)本發(fā)明的放電 元件的驅(qū)動(dòng)電路，該放電元件用于通過(guò)改善放電元件針對(duì)處于低電壓時(shí)的快速瞬態(tài)電壓可 能不放電的特性從而甚至在低電壓下也誘導(dǎo)放電。
背景技術(shù)：
圖1例示了現(xiàn)有技術(shù)中的雙極型放電元件，該元件包括由陶瓷絕緣體制成的圓柱 狀管的兩端處的放電電極1和放電電極2，在管內(nèi)形成有放電間隙并且該雙極型放電元件 具有在放電間隙內(nèi)填充有放電輔助材料(氣體)的結(jié)構(gòu)。在上述放電元件中，當(dāng)在放電電極1和放電電極2之間施加高電壓時(shí)，填充在放電 間隙中的放電輔助材料開(kāi)始輝光放電，同時(shí)被電離，并且當(dāng)輝光放電的放電電流變大時(shí)，緊 接著是弧光放電，因此在放電電極之間施加的電壓瞬間放電并消失。圖2例示了現(xiàn)有技術(shù)中的三極型放電元件，該元件包括與放電輔助材料(氣體) 接觸的接地電極、以及在由陶瓷絕緣體制成的圓柱狀管的兩端處的放電電極1和放電電極 2，并且通過(guò)放電電極1和放電電極2形成放電間隙并且該三極型放電元件具有在放電間隙 內(nèi)填充有放電輔助材料(氣體)的結(jié)構(gòu)。在圖2的三極型放電元件中，當(dāng)在放電電極1-放電電極2之間、放電電極1-接地 電極之間或放電電極2-接地電極之間施加高電壓時(shí)，其中填充的放電輔助材料開(kāi)始輝光 放電，同時(shí)被電離，并且當(dāng)輝光放電的放電電流變大時(shí)緊接著是弧光放電，因此在這些放電 電極之間施加的高電壓瞬間放電并消失。如在圖1和圖2中所見(jiàn)，在常規(guī)放電元件中，構(gòu)成放電元件的全部電極物理地并電 性地連接到其中填充的放電輔助材料。放電元件是放電輔助材料為氣體或真空的充氣繼電管，并且充氣繼電管具有以下 放電特性該管針對(duì)直流或具有諸如lOOV/sec大小的上升速度緩慢的瞬態(tài)電壓在大約90V 的電平下放電。但是，當(dāng)施加諸如1000V/μ s大小的快速瞬態(tài)電壓時(shí)，該繼電管具有在700V 或更低的電平下不放電的放電特性?；诔Ｒ?guī)放電元件的放電特性，ITU-T的建議是不同于A(yíng)NSI/IEEE建議的規(guī)定。 對(duì)于用作PSTN線(xiàn)路的保護(hù)元件的放電元件，ITU-T建議元件針對(duì)諸如100V/sec的緩慢上 升速度在600V或更低電平下應(yīng)該放電，而諸如ANSI/IEEE 61000-4-5和UL497的規(guī)定定義 1. 2μ s/δθμ s的快速瞬態(tài)特性，因此這些規(guī)定具有的問(wèn)題是，即使在這樣的國(guó)際規(guī)定中也 不能達(dá)成一致。在針對(duì)快速施加的瞬態(tài)電壓的甚至國(guó)際規(guī)定也不統(tǒng)一的混亂狀態(tài)中，現(xiàn)實(shí)情況 是，放電元件作為通信領(lǐng)域中的電涌保護(hù)元件牢固地占有其位置。作為示例，UL鑒定了的放電元件EPCOS 3Ρ230-05針對(duì)直流在225V下放電，但作 為符合IEC C62. 41標(biāo)準(zhǔn)的快速瞬態(tài)波形的測(cè)試結(jié)果，在850V下放電。因此，對(duì)于根據(jù)ITU-T中基于PSTN的保護(hù)元件應(yīng)該在600V內(nèi)放電的國(guó)際規(guī)定的
4測(cè)試，通常用于針對(duì)快速施加的瞬態(tài)電壓(諸如感應(yīng)電涌)的特性的放電元件都是不夠的， 現(xiàn)實(shí)情況是，即使當(dāng)在建筑物中實(shí)際安裝了接線(xiàn)盒或MDF保護(hù)插頭時(shí)也不能防止閃電損 壞。盡管在RS-232、422、485等中以及在PSTN領(lǐng)域中普遍使用放電型元件作為一般通 信的保護(hù)元件，但由于其放電特性的限制，已經(jīng)致力于通過(guò)添加諸如雙重或三重保護(hù)的多 級(jí)保護(hù)電路來(lái)降低放電后的殘余電壓。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決該問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種具有殘余電壓特性的低電壓放電元件 和用于驅(qū)動(dòng)本發(fā)明的放電元件的電路，該放電元件針對(duì)具有快速瞬態(tài)電壓特性的電涌即使 在低瞬態(tài)電壓下也可以放電。更具體地說(shuō)，提供了一種當(dāng)在彼此面對(duì)的兩個(gè)放電電極之間施加快速瞬態(tài)電壓 (即，IEC C62.41標(biāo)準(zhǔn)電涌波形(1.2μ8/50μ8))時(shí)在100V以下放電的放電元件和用于有 效驅(qū)動(dòng)本發(fā)明的放電元件的電路。此外，本發(fā)明的另一目的是提供具有本發(fā)明的放電元件的電涌保護(hù)設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的具有放電控制電極的放電元件包括由陶瓷絕緣材料形成的氣密圓 柱體120 ；面對(duì)氣密圓柱體120的端部開(kāi)口布置的一對(duì)放電電極111、112 ；在一對(duì)放電電極 111、112之間形成的放電間隙140 ；填充在氣密圓柱體120內(nèi)的放電輔助材料130 ；以及放 電控制電極150，該放電控制電極150與氣密圓柱體120接觸并與放電輔助材料130物理地 分離，其中通過(guò)放電控制電極150施加的控制電壓誘導(dǎo)在一對(duì)放電電極111、112之間發(fā)生 放電。放電控制電極150可以由金屬線(xiàn)、金屬箔或金屬片形成，并且金屬線(xiàn)、金屬箔或金 屬片的金屬材料和形成了氣密圓柱體120的外側(cè)的陶瓷絕緣材料按照線(xiàn)或面的形式緊密 接觸(粘著)，并且放電控制電極150可以插入形成了氣密圓柱體120的陶瓷絕緣材料，以 引出到外部端子。此時(shí)，放電控制電極150可以是環(huán)型、U型或Y型金屬線(xiàn)、金屬箔或金屬片，此外，放 電控制電極150可以與一個(gè)或更多個(gè)金屬線(xiàn)、金屬箔或金屬片電連接，以引出到單個(gè)端子。放電元件還可以包括接地電極113，在放電間隙140和氣密圓柱體120之間形成通 孔，接地電極113以物理地接觸放電輔助材料。具有放電控制電極的放電元件100的控制電路包括高壓變壓器300和限制電流 的限制元件200，其中具有放電控制電極的放電元件中的一對(duì)放電電極的端子A連接到高 壓變壓器300的初級(jí)側(cè)的端子311，而高壓變壓器300的初級(jí)側(cè)的另一端子312和高壓變壓 器300的次級(jí)側(cè)的端子322連接到一對(duì)放電電極的另一端子B，而高壓變壓器300的次級(jí)側(cè) 的另一端子321連接到放電元件中的放電控制電極的端子C，并且限制元件200設(shè)置在放電 電極的端子A與高壓變壓器300的初級(jí)側(cè)的端子311之間，或者限制元件200設(shè)置在放電 電極的端子A與放電電極的另一端子B之間。限制元件200優(yōu)選地是從齊納二極管、變阻器、二極管、電容器、TVS (瞬態(tài)電壓抑 制器)和壓電元件中選擇的多種元件中的至少一種。限制元件200優(yōu)選地是LC諧振電路，并且該諧振電路可以由通過(guò)應(yīng)用于限制元件200的元件而獲得的自電容、以及通過(guò)高壓變壓器而獲得的電抗得到，并且它可以在高頻電 路中有效地工作。高壓變壓器300優(yōu)選是壓電變壓器，并且高壓變壓器300優(yōu)選地比施加到初級(jí)側(cè) 的電壓升高10至100倍，以升高電壓。根據(jù)本發(fā)明的具有放電控制電極的放電元件100的控制電路可以用作構(gòu)成電涌 保護(hù)設(shè)備的元件，并且即使針對(duì)高速施加的低電壓也提供優(yōu)良的放電性能，并且提供低殘 余電壓特性，由此提供具有更優(yōu)良電涌保護(hù)性能的電涌保護(hù)設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的具有放電控制電極的放電元件和該放電元件的控制電路是完全不 同于現(xiàn)有技術(shù)的新型放電元件和控制電路，它即使在高速施加的低電壓下也具有優(yōu)良的放 電性能，并具有低的殘余電壓特性。此外，根據(jù)本發(fā)明的具有帶放電控制電極的放電元件和放電控制元件的閃電/電 涌保護(hù)器可以提供即使在感應(yīng)電涌下設(shè)備也可以充分地繼續(xù)存在的低殘余電壓特性，由此 完全保護(hù)設(shè)備免于閃電的破壞，以及通過(guò)提供在低電壓下放電的放電元件，提供了為各種 國(guó)際規(guī)定能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一打下基礎(chǔ)的機(jī)會(huì)。


結(jié)合附圖，根據(jù)下面對(duì)給出的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和 其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明了，在附圖中圖1是例示了現(xiàn)有技術(shù)的雙極型放電元件的視圖；圖2是例示了現(xiàn)有技術(shù)的三極型放電元件的視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的具有放電控制電極的放電元件的實(shí)施方式；圖4是根據(jù)本發(fā)明的具有放電控制電極的放電元件的另一實(shí)施方式；圖5是根據(jù)本發(fā)明的具有放電控制電極的放電元件的再一實(shí)施方式；圖6是根據(jù)本發(fā)明的具有放電控制電極的放電元件的又一實(shí)施方式；圖7是例示了現(xiàn)有技術(shù)的放電元件和根據(jù)本發(fā)明的具有放電控制電極的放電元 件的特性的視圖，圖7A例示了雙極型放電元件，圖7B例示了三極型放電元件，圖7C例示了 根據(jù)本發(fā)明的具有放電控制電極的雙極型放電元件，而圖7D例示根據(jù)本發(fā)明的具有放電 控制電極的三極型放電元件；圖8是例示了根據(jù)本發(fā)明的具有放電控制電極的放電元件的驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)施方 式；圖9是根據(jù)本發(fā)明的放電元件及其控制電路的特性的測(cè)量結(jié)果，圖9A是按照根據(jù) IEEE C62. 41的標(biāo)準(zhǔn)電涌波形施加到輸入端的脈沖波形，其為1. 2 μ s/50 μ s和8 μ s/20 μ s 的混合波形，圖9B是施加到根據(jù)本發(fā)明的放電元件的放電控制電極的高電壓脈沖，而圖9C 是通過(guò)放電元件的操作使施加到輸入端的脈沖被放電和消失的放電特性的結(jié)果；圖10是實(shí)際制造的根據(jù)本發(fā)明的具有放電元件及其控制電路的電涌保護(hù)設(shè)備的 廣品；禾口圖11是通過(guò)使用圖10的電涌保護(hù)設(shè)備而測(cè)得的電涌測(cè)試結(jié)果。<附圖中主要部件的描述>100 具有放電控制電極的放電元件
111、112 放電控制電極130 放電輔助材料(氣體)150、151、152 放電控制電極200:限制元件
140 放電間隙 113 接地電極
120 陶瓷絕緣體
300 高壓變壓器
具體實(shí)施例方式下面，將參考附圖來(lái)詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的具有放電控制電極的放電元件和用 于驅(qū)動(dòng)放電元件的驅(qū)動(dòng)電路。作為示例提供下面例示的附圖以向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分表達(dá) 本發(fā)明的思想。因此，本發(fā)明不限于下面例示的附圖，而可以通過(guò)其他另選結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。此外， 在說(shuō)明書(shū)中相同的標(biāo)號(hào)表示相同結(jié)構(gòu)的元件。這里，除非另外地具體限定，本文使用的全部技術(shù)或科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本發(fā)明所屬 技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員通常理解的意義相同的意義。在下面的描述和附圖中，將忽略可 能使本發(fā)明的要點(diǎn)不必要地模糊的公知功能和構(gòu)造的描述。如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的具有放電控制電極的放電元件包括用陶瓷絕緣材料 形成的氣密圓柱體120 ；面對(duì)氣密圓柱體120的端部開(kāi)口布置的一對(duì)放電電極111、112 ；在 一對(duì)放電電極111、112之間形成的放電間隙140 ；填充在氣密圓柱體120內(nèi)的放電輔助材 料130 ；以及放電控制電極150，該放電控制電極150與氣密圓柱體120接觸并與放電輔 助材料130物理地分離，其中通過(guò)放電控制電極150施加的控制電壓誘導(dǎo)在一對(duì)放電電極 111、112之間發(fā)生放電。在圖3的實(shí)施方式中，例示了下面的示例由金屬箔制成的環(huán)型放電控制電極150 形成在氣密圓柱體120的外表面上，并且氣密圓柱體120的形成有放電控制電極150的外 側(cè)被雕刻為在外表面上與放電控制電極150不形成臺(tái)階外形，但是，通過(guò)將U型或Y型金屬 體引導(dǎo)并壓制到氣密圓柱體120的外表面可以制成根據(jù)本發(fā)明的放電控制電極150，并根 據(jù)本發(fā)明的放電控制電極150可以是繞線(xiàn)型金屬體。放電控制電極150形成為使得它由金屬線(xiàn)、金屬箔或金屬片制成，而金屬線(xiàn)、金屬 箔或金屬片的金屬材料與形成氣密圓柱體120的外側(cè)的陶瓷絕緣材料按照線(xiàn)或面的形式 接觸。如圖4所示，放電控制電極150形成為使得它插入形成氣密圓柱體120的陶瓷絕緣 材料以被引出到外部端子150a。此外，如圖5所示，形成一個(gè)或更多個(gè)放電控制電極151、152，并且放電控制電極 151,152每一個(gè)可電連接，以引出到單個(gè)端子。本發(fā)明富有思想性的特征是提供這樣一種放電控制電極，當(dāng)電涌(瞬態(tài)電壓)未 施加到放電間隙(在該放電間隙兩個(gè)放電電極相互面對(duì))的外側(cè)時(shí)該放電控制電極物理上 和電性上完全分離并絕緣，因此當(dāng)產(chǎn)生了非?？焖俚乃矐B(tài)電壓時(shí)，產(chǎn)生比施加到放電控制 電極的放電電極的電壓高的電壓，以使填充在放電間隙內(nèi)的放電輔助材料電離，由此在放 電電極之間誘導(dǎo)放電。填充在放電間隙內(nèi)的放電輔助材料優(yōu)選是空氣或者特定的真空狀態(tài)，并且通常可 以使用填充在充氣繼電管中的氣體，根據(jù)該特性，這可以適當(dāng)?shù)貜脑刂芷诒碇胁粚儆诘?18族(Ne、Ar、Kr、Xe、Rn)的氣體中選擇氣體來(lái)使用。另外，盡管已經(jīng)基于具有圖3至圖5所示的雙極結(jié)構(gòu)的放電元件描述了根據(jù)本發(fā)明的具有放電控制電極的放電管的實(shí)施方式，但本發(fā)明的要點(diǎn)可以適用于具有圖6所示的 三極結(jié)構(gòu)的放電元件。此外，如在圖6B的三維視圖中看到的，盡管圖6的放電控制電極151、152在放電 元件自身中不被電連接，但它不連接到放電電極111、112和接地電極，而是使用金屬線(xiàn)與 一個(gè)或更多個(gè)放電控制電極151、152連接。圖7C或圖7D可以表示具有按照本發(fā)明的富有思想性的特征的本發(fā)明的放電控制 電極的放電元件。圖7A例示了雙極型放電元件，圖7B例示了三極型放電元件，圖7C例示 了根據(jù)本發(fā)明的具有放電控制電極的雙極型放電元件，而圖7D例示了根據(jù)本發(fā)明的具有 放電控制電極的三極型放電元件。如圖7所示，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)中的放電元件的結(jié)構(gòu)有 巨大的不同，在誘導(dǎo)瞬態(tài)電壓的情況下，通過(guò)放電控制電極在放電電極之間或放電電極和 接地電極之間誘導(dǎo)放電，當(dāng)不誘導(dǎo)瞬態(tài)電壓時(shí)該放電控制電極是處于與放電輔助材料電絕 緣的狀態(tài)中。更具體地說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明，在氣密圓柱體中填充有放電輔助材料，在氣密圓柱體的 外壁體上存在放電控制電極，在放電控制電極與填充在氣密圓柱體內(nèi)的放電輔助材料之間 存在絕緣材料。諸如屬于元素周期表中的第18族的Ne、Ar、Kr、Xe、Rn的氣體被稱(chēng)為惰性氣體或 不活潑氣體，因?yàn)樵泳哂型耆畛溆须娮拥淖钔鈱硬⒕哂蟹浅５偷哪芗?jí)。例如，在作為不 活潑氣體的NH3的情況中，通過(guò)共價(jià)鍵NH3的最外層填充有電子，但當(dāng)與惰性氣體的能量相 比時(shí)，其借助共價(jià)鍵的能量不穩(wěn)定，因此其相對(duì)容易斷裂，由此容易地引起電化學(xué)反應(yīng)。排 除了元素周期表中的第18族之外的大多數(shù)活潑氣體當(dāng)它們處于電場(chǎng)中時(shí)由于能量可以引 起電化學(xué)反應(yīng)，在物理化學(xué)中通常理解的是，位于電場(chǎng)中的惰性氣體由于電場(chǎng)產(chǎn)生的能量 容易引起電化學(xué)反應(yīng)。而且，電場(chǎng)難以穿過(guò)金屬，但它具有無(wú)任何電阻地穿過(guò)諸如氣密圓柱 體中包含的陶瓷的材料的特性，氣密圓柱體中的惰性氣體容易被施加到氣密圓柱體外側(cè)中 的放電控制電極的高電壓激活，施加到兩個(gè)電極的這樣的電壓開(kāi)始產(chǎn)生弱輝光放電，由此 進(jìn)一步激活氣體，結(jié)果，引起弧光放電。以下，將詳細(xì)地描述用于控制根據(jù)本發(fā)明的具有控制電極的放電元件的控制電路。根據(jù)本發(fā)明的具有放電控制電極的放電元件包括高壓變壓器300和用于限制電 流的限制元件200，其中具有放電控制電極的放電元件中的一對(duì)放電電極的端子A連接到 高壓變壓器300的初級(jí)側(cè)的端子311，而高壓變壓器300的初級(jí)側(cè)的另一端子312和高壓變 壓器300的次級(jí)側(cè)的端子322連接到一對(duì)放電電極的另一端子B，高壓變壓器300的次級(jí) 側(cè)的另一端子321連接到放電元件中的放電控制電極的端子C，并且限制元件200設(shè)置在 放電電極的端子A與高壓變壓器300的初級(jí)側(cè)的端子311之間(圖8A)，或者限制元件200 設(shè)置在放電電極的端子A與放電電極的另一端子B之間(圖8B)。如圖8A所示，限制元件200設(shè)置在放電電極的端子A與高壓變壓器300的初級(jí)側(cè) 的端子311之間，并優(yōu)選是從齊納二極管、變阻器、二極管、電容器、TVS(瞬態(tài)電壓抑制器) 和壓電元件中選擇的多種元件中的至少一種。如圖8B所示，限制元件200設(shè)置在放電電極的端子A與放電電極的另一端子B之 間，并優(yōu)選是LC諧振電路。
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本發(fā)明的核心思想是，基于對(duì)具有放電控制電極C的放電元件100的放電控制電 極C中誘導(dǎo)(施加)至放電電極A、B的電壓，施加到放電電極A、B的電壓被升高，并被施 加到放電控制電極C，以使放電輔助材料電離，由此即使在放電電極A-B之間高速地(幾個(gè) μ s)施加低的瞬態(tài)電壓時(shí)，也誘導(dǎo)放電電極發(fā)生放電。如圖8Α所示，當(dāng)通過(guò)與從齊納二極管、變阻器、二極管、電容器和TVS中選擇的多 種限制元件200中的至少一種串聯(lián)連接來(lái)設(shè)置時(shí)，它具有簡(jiǎn)單的電壓/電流限制功能，但當(dāng) 它設(shè)置有并聯(lián)類(lèi)型的諧振電路時(shí)，可以極大地改善包括放電電極100的全部驅(qū)動(dòng)電路的頻 率特性。此時(shí)，可想到的是，IEEE C61. 41閃電脈沖為1. 2 μ s/50 μ s,當(dāng)分析閃電電涌的頻譜 時(shí)，觀(guān)察到閃電電涌的中心頻率為大約800KHz，并且認(rèn)為同一規(guī)定的環(huán)波頻率是ΙΟΟΚΗζ， 并且參照諸如5μ s/30y s和10μ s/700y s的標(biāo)準(zhǔn)波形的頻譜，基于該頻率特性可以應(yīng)用 它，其中將使用本發(fā)明的控制電路，但在該說(shuō)明書(shū)中，構(gòu)建具有在上升速度(1.2ys)的附 近電流可以大部分穿過(guò)的特性的LC諧振電路(LC濾波器)。優(yōu)選地利用諸如陶瓷諧振器的壓電元件來(lái)構(gòu)建限制元件200。但在該情況下，陶瓷 諧振器的諧振頻率應(yīng)該在閃電脈沖的頻率范圍內(nèi)。在通常的放電元件中，當(dāng)在電極A和另一電極B之間誘導(dǎo)具有5μ s的上升速度的 100V的電涌電壓時(shí)，由于放電電極A-B之間瞬間誘導(dǎo)了非常低的脈沖，所以不能發(fā)生放電。在本發(fā)明的控制電路中，如圖8所示，電流流經(jīng)限制元件200、高壓變壓器300中的 初級(jí)線(xiàn)圈的端子311、和另一端子312、以及最后流到放電元件的端子B。高壓變壓器300中的次級(jí)線(xiàn)圈優(yōu)選地具有至少大于10倍的升壓比，更優(yōu)選地為大 于10倍且小于100倍。但是，升壓比是本發(fā)明電路基于韓國(guó)的額定電壓和供電情況的確定 值。最優(yōu)選的是，高壓變壓器300應(yīng)該按照這樣的方式對(duì)本發(fā)明的放電控制電極提供升壓 后的電壓，該方式為在通常的電力波動(dòng)下不誘導(dǎo)放電，而在諸如感應(yīng)電涌的誘導(dǎo)的異常瞬 態(tài)電壓所引起的波動(dòng)下誘導(dǎo)放電，因此，顯然是，應(yīng)該通過(guò)基于各個(gè)國(guó)家的額定電壓、供電 情況和服務(wù)環(huán)境來(lái)考慮電力的通常波動(dòng)程度來(lái)確定升壓后的電壓。圖9是通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的具有放電控制電極的放電元件及其控制電路基于 放電元件的誘導(dǎo)電壓測(cè)量放電元件的放電特性的結(jié)果。圖9Α的輸入脈沖表示施加到高壓 變壓器的初級(jí)側(cè)的電壓，作為施加到輸入端的脈沖波形，其是根據(jù)IEEE C62.41的標(biāo)準(zhǔn)電涌 波形，存在諸如1. 2 μ s/50 μ s和8 μ s/20 μ s的混合波形，在施加到初級(jí)側(cè)的電壓超過(guò)73V 的瞬間，如圖9Β所示，次級(jí)電壓超過(guò)2000V，通過(guò)放電控制電極施加的高電壓(次級(jí)電壓) 所產(chǎn)生的電場(chǎng)起到使填充在絕緣材料內(nèi)的放電間隙中的放電輔助材料充分電離的作用。結(jié)果，當(dāng)放電間隙內(nèi)的放電輔助材料電離時(shí)，在電極A-B之間按照電暈放電-弧光 放電的順序瞬間放電，因此如圖9C所示，施加到兩電極的電涌脈沖將立刻消失。如圖9C所 示，放電特性是現(xiàn)有技術(shù)不可測(cè)量的波形，并且可看到，已實(shí)驗(yàn)地證明了本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的控制電路可適用于現(xiàn)有技術(shù)的三極型放電元件，由此驅(qū)動(dòng)接地電極 端，作為放電控制電極。但是，此時(shí)，放電控制電極(接地電極)暴露于其中的放電輔助材料，以在放電控 制電極(接地電極)與高壓變壓器中的次級(jí)線(xiàn)圈的接觸點(diǎn)322的方向上加速放電，因此通 過(guò)使側(cè)A和標(biāo)號(hào)321的電離變慢的現(xiàn)象而可以顯著地降低放電特性。圖10是實(shí)際制造的包括根據(jù)本發(fā)明的具有放電控制電極的放電元件及其控制電路的電涌保護(hù)設(shè)備的產(chǎn)品，已經(jīng)使用圖10的電涌保護(hù)設(shè)備執(zhí)行了電涌和電壓疊加測(cè)試，結(jié) 果，看到的是，即使當(dāng)在已施加AC 220V的狀態(tài)下施加4kV的電涌時(shí)，電涌保護(hù)設(shè)備也不跳 閘，并且最大電壓具有如464V的非常低的值。圖11是測(cè)量圖10的電涌保護(hù)設(shè)備的電涌測(cè) 試結(jié)果的示例。 如上所述，盡管參照附圖已經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式作為示例，但 本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，在不偏離本發(fā)明的精神或范圍的情況下本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 將可以進(jìn)行各種修改和變更。
權(quán)利要求
一種具有放電控制電極的放電元件，該放電元件包括由陶瓷絕緣材料形成的氣密圓柱體120；面對(duì)所述氣密圓柱體120的端部開(kāi)口布置的一對(duì)放電電極111、112；在所述一對(duì)放電電極111、112之間形成的放電間隙140；填充在所述氣密圓柱體120內(nèi)的放電輔助材料130；以及放電控制電極150，該放電控制電極150與所述氣密圓柱體120接觸并與所述放電輔助材料130物理地分離，其中，通過(guò)所述放電控制電極150施加的控制電壓誘導(dǎo)在所述一對(duì)放電電極111、112之間發(fā)生放電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有放電控制電極的放電元件，其中，所述放電控制電極150 由金屬線(xiàn)、金屬箔或金屬片形成，并且所述金屬線(xiàn)、金屬箔或金屬片的金屬材料和形成了所 述氣密圓柱體120的外側(cè)的陶瓷絕緣材料按照線(xiàn)或面的形式緊密接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有放電控制電極的放電元件，其中，所述放電控制電極150 插入形成了所述氣密圓柱體120的陶瓷絕緣材料，所述放電控制電極150被引出到外部端 子。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有放電控制電極的放電元件，其中，所述放電控制電極150 是環(huán)型、U型或Y型金屬線(xiàn)、金屬箔或金屬片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有放電控制電極的放電元件，其中，所述放電控制電極150 與一個(gè)或更多個(gè)金屬線(xiàn)、金屬箔或金屬片電連接，所述放電控制電極150被引出到單個(gè)端子。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有放電控制電極的放電元件，該放電元件還包括接地電極 113，在所述放電間隙140和所述氣密圓柱體120之間形成通孔，該接地電極113物理地接 觸所述放電輔助材料。
7.—種從權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)選擇的具有放電控制電極的放電元件100的控制電 路，該控制電路包括高壓變壓器300和用于限制電流的限制元件200，其中，具有放電控制電極的放電元件中的一對(duì)放電電極的端子A連接到所述高壓變壓 器300的初級(jí)側(cè)的一個(gè)端子311，而所述高壓變壓器300的初級(jí)側(cè)的另一端子312和所述高 壓變壓器300的次級(jí)側(cè)的一個(gè)端子322連接到所述一對(duì)放電電極的另一端子B，并且所述高 壓變壓器300的次級(jí)側(cè)的另一端子321連接到所述放電元件中的所述放電控制電極的端子 C,其中，所述限制元件200設(shè)置在所述放電電極的端子A與所述高壓變壓器300的初級(jí) 側(cè)的所述一個(gè)端子311之間，或者所述限制元件200設(shè)置在所述放電電極的端子A與所述放電電極的另一端子B之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有放電控制電極的放電元件的控制電路，其中，所述限制 元件200是從齊納二極管、變阻器、二極管、電容器、TVS即瞬態(tài)電壓抑制器、和壓電元件中 選擇的多種元件中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有放電控制電極的放電元件的控制電路，其中，所述限制 元件200是LC諧振電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有放電控制電極的放電元件的控制電路，其中，所述高壓變壓器300是壓電變壓器。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有放電控制電極的放電元件的控制電路，其中，所述高壓 變壓器300具有這樣的特性，使其電壓升高施加到所述初級(jí)側(cè)的電壓的10至100倍，以提高電壓。
12.一種電涌保護(hù)設(shè)備，其包括從權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)選擇的具有放電控制電極的 放電元件。
13.一種電涌保護(hù)設(shè)備，其包括根據(jù)權(quán)利要求7所述的放電元件的控制電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有放電控制電極的新型放電元件，該放電元件用于通過(guò)改善放電元件可能針對(duì)處于低電壓時(shí)的快速瞬態(tài)電壓不放電的特性甚至在低電壓下誘導(dǎo)放電。更具體地說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的具有放電控制電極的放電元件包括由陶瓷絕緣材料形成的氣密圓柱體；面對(duì)氣密圓柱體的端部開(kāi)口布置的一對(duì)放電電極；在一對(duì)放電電極之間形成的放電間隙；填充在氣密圓柱體內(nèi)的放電輔助材料；以及放電控制電極，該放電控制電極與氣密圓柱體接觸并與放電輔助材料物理地分離，其中通過(guò)放電控制電極施加的控制電壓誘導(dǎo)在一對(duì)放電電極之間發(fā)生放電。
文檔編號(hào)H01J61/02GK101960555SQ200880104732
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2008年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月28日
發(fā)明者金善鎬 申請(qǐng)人:韓國(guó)落雷研究所;金善鎬