專利名稱：突波能量轉換電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明突波能量轉換電路，是屬于突波抑制技術領域范疇，尤指其組成的電路不 但可將突波吸收，還可進一步將突波能量以電壓形態(tài)轉換，對于電氣設備、網絡電信設備， 可發(fā)揮完善的保護效果。
背景技術：
易損性干擾突波(vulnerability interference surge)具有大能量的特性，為主 要突波干擾源之一；傳導性閃電雷擊突波(lightning flash surge)為典型代表。在實際 環(huán)境中，對易損性干擾突波處理能力不足或方法不適當時，電氣設備必然經常故障或誤動 作(malfunction)。但現(xiàn)有對于突波能量的處理方法，常采用突波保護元件，例如金屬氧化變阻器 (metal oxide varistor，MOV)，配合極低接地阻抗因應。但事實上，此方法或技術對于突波 能量無法有效處理，致使突波能量依然流入電氣設備，導致硬件受沖擊故障，造成相當大的 損失。故，本發(fā)明針對目前單純采用突波保護元件，無法防制突波能量流入電氣設備的 缺失，做一完善克服的決解之道；進而研發(fā)一種突波能量轉換電路，通過精密規(guī)劃的特別設 計，使其電路除了可供突波吸收保護，還可進一步將突波吸收進行能量轉換，以有效降低流 入電氣設備的突波能量，與降低突波殘存電壓，能達到實質對于電氣設備、網絡電信設備的 保護效果，即增強電氣設備、網絡電信設備的突波免疫力。

發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的是提供一種突波能量轉換電路，其組成的電路不但可將突波吸 收，還可進一步將突波能量以電壓形態(tài)轉換，對于電氣設備、網絡電信設備，可發(fā)揮完善的 保護效果。為了達到上述目的，本發(fā)明所設的一種突波能量轉換電路，主要包括—突波吸收單元，與輸入端及突波能量轉換單元相連，由多個突波保護元件SPD 所構成，用以吸收一定比率的突波能量；一突波能量轉換單元，與突波吸收單元及突波能量充放控制單元相連，由至少二 只平行電感所構成，供超出一定比率的其余突波能量暫存，并將突波能量轉換成電壓形態(tài)， 其中突波能量轉換的百分比等于進入的突波總量減去突波吸收單元所吸收突波的百分 比；一突波能量充放控制單元，與突波能量轉換單元及輸出端相連，由至少一電容所 構成，將突波能量轉換的電壓作充放控制，其中以選定電容規(guī)格大小，而決定其充放控制時 間的長短，以及；一等電位接地單元，與前述各單元、輸入端、輸出端及地線相連，由多個突波保護 元件SPD所構成，使電路對于由地線耦合的突波能創(chuàng)造出等電位效果；
使組成的電路可達到如下的功能效果及優(yōu)點1.以突波保護元件、電感與電容構成電路。用以降低突波殘存電壓，將突波能量 以電壓形態(tài)轉換，重疊在工作電源上，使工作電壓微幅增加；由此方法，提升突波保護元件 SPD壽命與增強電氣設備突波免疫能力。2.可增加突波保護元件SPD、氣體放電管(gas Tube)串接置于輸入端，使本發(fā)明 成為兩階突波抑制結構，提升突波抑制效果。3.可將突波能量轉換電路設成二端口(two port)，一邊為電源或訊號輸入端，另 一邊輸出端則為電氣或訊號設備保護端，以串聯(lián)方式保護電氣設備、網絡電信設備。4.以電源或訊號輸入端供對外與電源或訊號接線相連，輸出端供與電氣設備、網 絡電信設備相連；由此，可將突波能量轉換電路，以串聯(lián)方式設在對外接線與電氣設備、網 絡電信設備，而形成突波能量轉換方式的保護效果，能達到實質提升電氣設備、網絡電信設 備的突波免疫力。更重要的是應用本發(fā)明，不但可以將突波能量以電壓形態(tài)轉換，也能推算工作電 壓上升的幅度與持續(xù)時間；并且可依據客制化要求制成符合所需的產品，故本發(fā)明可廣泛 應用于各類電氣設備與網絡通信設備，有效防止突波干擾，使電氣設備維持正常運轉。


圖1為本發(fā)明的方塊圖；圖2為本發(fā)明的電路圖；圖3為本發(fā)明常模耦合測試圖；圖4為本發(fā)明對地共模耦合測試圖；圖5為本發(fā)明以數(shù)個單階電路構成多階電路的實施例；圖6A、圖6B為本發(fā)明制成不同電路模塊的實施例；圖7A、圖7B為本發(fā)明制成具有封殼模塊的實施例；圖8為本發(fā)明集合三個模塊制成Y型共接的實施例；圖9為本發(fā)明集合三個模塊制成Δ型共接的實施例。附圖標記說明1-突波吸收單元；10-突波能量轉換電路；11-突波保護元件； 12-輸入端；2-突波能量轉換單元；21-電感；3-突波能量充放控制單元；31-電容；34-輸 出端；4-等電位接地單元；41-突波保護元件；51-突波保護元件；52-氣體放電管；100-模 塊；(1、02、03、04-接點。
具體實施例方式為使貴審查委員方便了解本發(fā)明的其他特征內容與優(yōu)點，及其所達成的功效能夠 更為顯現(xiàn)，茲將本發(fā)明配合附圖，詳細說明如下如圖1、2所示，本發(fā)明所設的一種突波能量轉換電路10，主要包括一突波吸收單元1，與輸入端12及突波能量轉換單元2相連，由多個SPD突波保護 元件11所構成，用以吸收一定比率的突波能量；(另外，在說明中為方便標號及在不違背字 義情況下，將相關SPD均移至突波保護元件11的前方，先予陳明。)一突波能量轉換單元2，與突波吸收單元1及突波能量充放控制單元3相連，由至少二只平行電感21所構成，供超出一定比率的其余突波能量暫存，并將突波能量轉換成電 壓形態(tài)，其中突波能量轉換的百分比等于進入的突波總量減去突波吸收單元1所吸收突波 的百分比； 一突波能量充放控制單元3，與突波能量轉換單元2及輸出端34相連，由至少一電 容31所構成，將突波能量轉換的電壓作充放控制，其中以選定電容31規(guī)格大小，而決定其 充放控制時間的長短，以及；一等電位接地單元4，與前述突波吸收單元1、突波能量轉換單元2、突波能量充放 控制單元3、輸入端12、輸出端34及地線相連，由多個SPD突波保護元件41所構成，使電路 對于由地線耦合的突波能創(chuàng)造出等電位效果；請參圖1、2所示，實施時，所述突波能量轉換電路10可設為二端口(twoPort)結 構，一邊為輸入端12以連接電源或訊號線，一邊為輸出端34則作為電氣或網絡電信設備的 保護端。其突波能量轉換電路10細部規(guī)劃可進一步包括有一前述二端口輸入端12;一前述二端口輸出端；34 ；二只前述平行電感21，串設于輸入端12與輸出端34之間；一前述電容31，串接設在輸出端34上，并連接在二平行電感21之后；一前述突波吸收單元1，共具有二只SPD突波保護元件11，呈交差配置連接于二只 平行電感21的前后兩端，并在二只平行電感21前后形成四個接點C1、C2、C3、C4，以對應前 述輸入端12及輸出端34的標號，方便后面說明介紹；一前述等電位接地單元4，具有相同規(guī)格的四只SPD突波保護元件41，分別配置連 接于二只平行電感21的前后兩端四個接點C1、C2、C3、C4與地線之間；另外，實施時，還可進一步在輸入端12上串接一 SPD突波保護元件51、及一氣體放 電管52(gas Tube)，以構成兩階突波抑制結構，提升突波抑制效果。由此，可將突波能量轉換電路10，以串聯(lián)方式設在對外接線與網絡電信設備或電 氣設備之間，而形成突波能量轉換保護效果，達到實質降低流入電器設備的突波能量，使其 能維持正常運作并延長使用壽命。提升突波保護元件SPD11、41、51壽命與增強電氣設備突 波免疫能力，使其在突波干擾環(huán)境下，依然能維持正常運作。以下將更進一步詳細介紹，本發(fā)明如何推算突波能量以電壓形態(tài)轉換，使工作電 壓上升的幅度與持續(xù)時間，及其可達到隨客制要求制成符于實用需求產品的方法。如圖2所示，本發(fā)明突波能量轉換電路10，是以SPD突波保護元件11、41、51，及氣 體放電管52、電感21與電容31所構成，流入電器設備的突波能量轉換，及其產生的抑制效 果，將可用以下所述數(shù)學公式獲得一合理交代。本發(fā)明方法數(shù)學理論推演，所使用的SPD突波保護元件11、41、51可依客戶要求而 設計不同突波箝位電壓Velamping (clamping voltage)；箝位電壓高則流經SPD突波保護元件 11突波殘存電流IJresidual current)低，箝位電壓低則流經SPD突波保護元件11突波 殘存電流高；本發(fā)明方法數(shù)學理論推演以流入接點C1、C4的突波保護元件突波殘存電流值 設定為k，流入電感21突波殘存電流值則為l_k，k值介于0. 1-0. 9之間，做為設計架構敘 述；
1.請參圖2、3所示，當電源輸入端12，施加工作電壓(operating voltage)情況 下，易損性突波由輸入端12進入，形成突波常模耦合(normal modecoupling)在突波能量轉換電路10作為電氣設備保護的輸出端34的電壓為V34，兩只電感21 所儲存的能量為Ep電感21兩端電壓為\，突波電流流經電感21時，瞬間所儲存的能量為 E(Δu，瞬間電感21兩端電壓為V(Δ^，則可知
權利要求
1.一種突波能量轉換電路，其特征在于，包括一突波吸收單元、一突波能量轉換單 元、一突波能量充放控制單元、及一等電位接地單元所構成，其中；所述突波吸收單元，與輸入端及所述突波能量轉換單元相連，由多個突波保護元件所 構成，用以吸收一定比率的突波能量；所述突波能量轉換單元，與所述突波吸收單元及所述突波能量充放控制單元相連，由 至少二只平行電感所構成，供超出一定比率的其余突波能量暫存，并將突波能量轉換成電 壓形態(tài)，其中突波能量轉換的百分比等于進入的突波總量減去突波吸收單元所吸收突波的 百分比；所述突波能量充放控制單元，與所述突波能量轉換單元及輸出端相連，由至少一電容 所構成，將突波能量轉換的電壓作充放控制，其中以選定電容規(guī)格大小，而決定其充放控制 時間的長短，以及；所述等電位接地單元，與前述各單元、輸入端、輸出端及地線相連，由多個突波保護元 件所構成，使電路對于由地線耦合的突波能創(chuàng)造出等電位效果；由此，使組成的電路串聯(lián)接在突波經過的路徑，可大幅減少流入的突波能量，降低突波 殘存電壓，并將突波能量以電壓形態(tài)進行轉換。
2.根據權利要求1所述的突波能量轉換電路，其特征在于，為二端口結構，一邊為輸入 端以連接電源或訊號線，一邊為輸出端則作為電氣或網絡電信設備的保護端。
3.根據權利要求2所述的突波能量轉換電路，其特征在于，進一步包括一前述二端口輸入端；一前述二端口輸出端；二只前述平行電感，串設于輸入端與輸出端之間；一前述電容，串接設在輸出端上并連接在二平行電感之后；一前述突波吸收單元，共具有二只突波保護元件SPD，呈交差配置連接于二只平行電感 的前后兩端；一前述等電位接地單元，具有相同規(guī)格的四只突波保護元件SPD，分別配置連接于二只 平行電感的前后兩端與地線之間。
4.根據權利要求3所述的突波能量轉換電路，其特征在于，為單階電路，或以數(shù)個單階 電路串接構成多階電路。
5.根據權利要求3所述的突波能量轉換電路，其特征在于，所述輸入端上進一步串接 一突波保護元件SPD、及一氣體放電管，以構成兩階突波抑制結構，提升突波抑制效果。
6.根據權利要求1、2、3、4或5所述的突波能量轉換電路，其特征在于，可依制定規(guī)格設 成模塊，以供不同用電規(guī)格設備選配安裝使用。
7.根據權利要求6所述的突波能量轉換電路，其特征在于，進一步集合三個所述模塊， 輸入端及輸出端而呈Y型共接配置。
8.根據權利要求6所述的突波能量轉換電路，其特征在于，進一步集合三個所述模塊， 輸入端及輸出端而呈Δ型共接配置。
9.根據權利要求3所述的突波能量轉換電路，其特征在于，所使用的突波保護元件SPD 進一步設有不同突波箝位電壓V。lamping。
10.根據權利要求9所述的突波能量轉換電路，其特征在于，進一步指定輸出端保護電壓為V34，輸出端的瞬間電壓增量為VU34)，電感所儲存的能量為Ep電感兩端電壓為\，突波 電流流經電感時，瞬間所儲存的能量為Ε(Δ ，瞬間電感兩端電壓為ν(Δ ，突波抑制電壓為 Vs，且所述電路是滿足電感量與輸出端的突波抑制電壓Vs成反比關系；且所述輸出端的瞬 間電壓增量Vu34)與電容量成反比關系；且輸出端的瞬間電壓增量ν(Δ34)持續(xù)時間長短與電 容量成正比關系。
11.根據權利要求10所述的突波能量轉換電路，其特征在于，進一步設定流入突波保 護元件SPD的突波殘存電流值設定為k ；流入電感的突波殘存電流值則為l_k ；k值介于0.1-0. 9之間，而可具有已得知公式(1)輸出端突波抑制電壓Vs(suppressing voltage) =Vclamping-(1-k) XL(dlr/dt)；已得知公式⑵輸出端的電壓增量 ν(Δ34) = (1/c) f (l-2k)1,dt；以及已得知公式⑶輸出端的電壓增量Vu34)持續(xù)時間為t=CV(A34);M可隨客制需求設定其突波保護元件SPD、電感、及其電容值規(guī)格大小，使制出的產品可符于 實用需求。
12.根據權利要求11所述的突波能量轉換電路，其特征在于，進一步指定四只突波保 護元件SPD的瞬間電壓增量為V (AlG)、V (A2G)、V (A3G)、 Vu4e)，輸出端的瞬間總電壓為Vc，而具有 已得知公式⑷輸出端瞬間總電壓Vc = V34+(VUie)-VU2(;)) + (VU3(;)-VU4(;))，以所述四只突波 保護元件SPD是執(zhí)行殘存電壓互抵，達到等電位效果，抑制共模耦合突波。
全文摘要
本發(fā)明公開一種突波能量轉換電路，主要是由突波保護元件(surgeprotection devices；SPD)、氣體放電管(gas Tube)、電感(inductance)、與電容(capacitor)所構成，用以大幅減少流入電器設備的突波能量，且可降低突波殘存電壓，將突波能量以電壓形態(tài)轉換，重疊在工作電源上，造成電壓峰值微幅上升；經過數(shù)10mS之后突波能量轉換完畢，工作電源又回復成正常電壓值；由此，可以提升突波保護元件SPD壽命，并增強電氣設備突波干擾免疫能力，使其在突波干擾情況下依然能正常運作。
文檔編號H02H9/04GK102142678SQ201010111239
公開日2011年8月3日 申請日期2010年2月3日 優(yōu)先權日2010年2月3日
發(fā)明者廖順安 申請人:廖順安