靜態(tài)電涌保護(hù)裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種包含變阻器的電涌保護(hù)裝置，用于吸收浪涌電流以及保護(hù)負(fù)載以避免出現(xiàn)過(guò)電壓的情況。該電涌保護(hù)裝置包括一種開(kāi)關(guān)元件與二極管的組合。該電涌保護(hù)裝置還包括一種基本單元設(shè)計(jì)，通過(guò)該基本單元設(shè)計(jì)的并聯(lián)及／或串聯(lián)組合，使其能夠方便地應(yīng)用于需要較高的電壓及／或較高的放電電流及／或較高的電能的場(chǎng)合。該裝置的運(yùn)用能將該變阻器的疲勞度減到最小，因此能延長(zhǎng)其使用壽命。相較于只安裝傳統(tǒng)的MOV的情況，該電涌保護(hù)裝置能達(dá)到更高的MOV額定鉗制電壓與MOV額定最大連續(xù)AC電壓的比率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】靜態(tài)電涌保護(hù)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明整體涉及電涌保護(hù)領(lǐng)域，尤其是包括變阻器的電涌保護(hù)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]許多電涌保護(hù)裝置以變阻器(亦稱(chēng)為壓敏電阻器(voltage dependent resistor或VDR)作為主要元件來(lái)轉(zhuǎn)移與工業(yè)配電裝置有關(guān)的電干擾。變阻器是一種具有“類(lèi)二極管”非線性電流-電壓特性曲線的電子元件。當(dāng)限制剩余電壓以保護(hù)電路，該變阻器的基本功能是于電壓過(guò)量時(shí)傳導(dǎo)顯著增加的電流。變阻器通常通過(guò)合并電阻器至該電流的方式以保護(hù)電路不至于過(guò)量瞬時(shí)電壓，當(dāng)啟動(dòng)時(shí)，變阻器將分流從靈敏元件來(lái)的高電壓所產(chǎn)生的電流。
[0003]最一般的變阻器類(lèi)型是一金屬氧化物變阻器(MOV)。MOV在有其它金屬氧化物(如少量的鉍、鈷、錳)的基質(zhì)中包含一大量陶瓷體鋅氧化晶粒且?jiàn)A在兩個(gè)金屬板(電極)之間。在每一晶粒與其鄰近物之間的接口形成一個(gè)二極管接面，其準(zhǔn)許電流以單一方向流動(dòng)。大量不規(guī)則方向的帶電晶粒等同于一背對(duì)背二極管對(duì)的網(wǎng)絡(luò)，而每一對(duì)與許多其它對(duì)并聯(lián)。當(dāng)?shù)碗妷罕粦?yīng)用穿過(guò)該電極，通過(guò)反向漏電流穿過(guò)該二極管接面引起僅一微小電流。因此，該MOV將與一開(kāi)路相似。當(dāng)被應(yīng)用穿過(guò)于該電極的電壓超過(guò)該MOV額定最大連續(xù)電壓，該二極管接面則由于一熱離子發(fā)射與電子穿透與一大電流的結(jié)合而損壞。此行為的結(jié)果是一高非線性電流-電壓特性曲線，于其中該MOV在低電壓作為一絕緣器(高電阻)，以及作為一導(dǎo)體(低電阻)用于超過(guò)該MOV最大連續(xù)電壓的瞬時(shí)電壓。
[0004]MOV額定最大連續(xù)電壓明確為在該MOV開(kāi)始傳導(dǎo)之前，可被應(yīng)用的最大AC (交流)或DC (直流)電壓。一旦超過(guò)最大連續(xù)電壓，,該MOV會(huì)于傳導(dǎo)電流流動(dòng)時(shí)開(kāi)始升溫。在此情況中，由于熱失控使該MOV最終將為一慘重的失敗。為了處理此問(wèn)題，電涌保護(hù)裝置制造商合并熱機(jī)械切斷系統(tǒng)使在金屬氧化電阻器故障之前可從該電源電壓切斷該MOV。然而，被應(yīng)用于超額電壓大小的熱機(jī)械切斷系統(tǒng)的使用受到局限。若該電壓相當(dāng)高，該MOV的加熱發(fā)生太快以致于無(wú)法準(zhǔn)許該熱機(jī)械切斷系統(tǒng)響應(yīng)。這是由于傳導(dǎo)電流速率升高(di /dt)。從此方面而言,該電流無(wú)法透過(guò)MOV耗散,而熱點(diǎn)(hot spots)或集中電流密度的區(qū)域在MOV中快速形成，由此造成該MOV的擊穿。
[0005]而且，雖然MOV提供低成本與相對(duì)高瞬時(shí)能量吸收能力，MOV也會(huì)隨著重復(fù)壓力而逐漸退化。因此，MOV會(huì)隨著更頻繁的啟動(dòng)而更快老化。在一典型的電涌保護(hù)裝置中，至少一 MOV被使用于每種保護(hù)模式而有時(shí)兩個(gè)或多個(gè)MOV的并聯(lián)使用以達(dá)到更高的額定電涌電流。該MOV額定最大連續(xù)電壓被選擇以提供最大的保護(hù)。然而，該MOV額定最大連續(xù)電壓與該系統(tǒng)電壓相比必須相當(dāng)夠高，使該MOV僅于一電涌事件期間啟動(dòng)。若該MOV于無(wú)電涌事件時(shí)被啟動(dòng)，則MOV將由于疲勞而更快速老化。一般設(shè)計(jì)慣例是選擇一具有115%標(biāo)稱(chēng)系統(tǒng)電壓的額定最大連續(xù)電壓以避免無(wú)端的啟動(dòng)。
[0006]本發(fā)明提供一新或改良的電涌保護(hù)裝置以解決上述的問(wèn)題，以及克服現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)的方法，所述的現(xiàn)有技術(shù)諸如氣體放電管(GDT)或包含齊納二極管及硅控整流器(thyristor,亦稱(chēng)為閘流體)的消弧電路的使用。
[0007]本發(fā)明提供一新解決上述問(wèn)題的方法，以及提供現(xiàn)有技術(shù)的解決方案未發(fā)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)本發(fā)明，提供一種電涌保護(hù)裝置，包含:一電涌保護(hù)電路，包含:一第一串聯(lián)變阻器對(duì)；一第一串聯(lián)二極管對(duì)，其中該第一串聯(lián)二極管對(duì)反極性連接；以及一第一開(kāi)關(guān)元件，其連接該第一串聯(lián)變阻器對(duì)之間的一第一端與該第一串聯(lián)二極管對(duì)之間的一第二端。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，是提供一種電涌保護(hù)裝置，包含:一第一電涌保護(hù)電路，包含:三個(gè)串聯(lián)變阻器；第一、第二、第三串聯(lián)二極管，其中第二串聯(lián)二極管連接該第一串聯(lián)二極管的一第一端以及連接該第三串聯(lián)二極管的一第二端，該第二串聯(lián)二極管具有的極性相反于上述第一及第三串聯(lián)二極管的該極性；一第一開(kāi)關(guān)元件，其連接該第一及第二串聯(lián)二極管之間的一第一端與連接該第一及第二串聯(lián)變阻器之間的一第二端；以及一第二開(kāi)關(guān)元件，其連接該第二及第三串聯(lián)變阻器之間的一第一端與連接該第二及第三串聯(lián)二極管之間的一第二端。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一電涌保護(hù)裝置包含:一第一電涌保護(hù)電路，包含:(I) 一第一串聯(lián)變阻器對(duì)；一第二串聯(lián)變阻器對(duì)；一第一串聯(lián)二極管對(duì)，其中該二極管對(duì)反極性連接；一第一開(kāi)關(guān)元件，其連接該第一串聯(lián)變阻器對(duì)之間的一第一端與連接該第一串聯(lián)二極管對(duì)之間的一第二端；以及一第二開(kāi)關(guān)元件，連接該第一串聯(lián)二極管對(duì)之間的一第一端與連接該第二串聯(lián)變阻器對(duì)之間的一第二端，其中該第一與第二開(kāi)關(guān)元件有相反極性；以及(2) —第二電涌保護(hù)電路，包含:一第一串聯(lián)變阻器對(duì)；一第二串聯(lián)變阻器對(duì)；一第一串聯(lián)二極管對(duì)，其中該二極管對(duì)反極性連接且具有一與該第一電涌保護(hù)電路的該第一二極管對(duì)相反的極性。一第一開(kāi)關(guān)元件，連接該第一串聯(lián)變阻器對(duì)之間的一第一端與連接該第一串聯(lián)二極管對(duì)之間的一第二端；以及一第二開(kāi)關(guān)元件，連接該第一串聯(lián)二極管對(duì)之間的一第一端與連接該第二串聯(lián)變阻器對(duì)之間的一第二端，其中該第一及第二開(kāi)關(guān)元件具有相反極性，以及一極性相反的該第一電涌保護(hù)電路的該第一與第二開(kāi)關(guān)元件，其中多個(gè)該第一保護(hù)電路與多個(gè)第二電涌保護(hù)電路以交替的方式相連接，其中相鄰的第一及第二電涌保護(hù)電路共用該第一串聯(lián)變阻器對(duì)的一該變阻器、該第二串聯(lián)變阻器對(duì)的一該變阻器，以及該第一串聯(lián)二極管對(duì)的一該二極管。
[0011]一本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)是提供了一電涌保護(hù)裝置，其能夠保護(hù)負(fù)載防止瞬態(tài)過(guò)電壓。
[0012]另一本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)是提供了一電涌保護(hù)裝置，其不會(huì)產(chǎn)生跟隨電流(follow-oncurrent)。
[0013]然而另一本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)是提供了一電涌保護(hù)裝置，其適合用于處理預(yù)制程序的跳脫電位、需要的電壓或最大電流容量，以及可變的電涌電流水平。
[0014]而另一本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)是提供了一電涌保護(hù)裝置，其將變阻器的疲勞減到最小。
[0015]然而，若與僅安裝一傳統(tǒng)MOV作比較，另一本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)是提供一電涌保護(hù)裝置可達(dá)到一更高的MOV額定鉗制電壓與MOV額定最大連續(xù)AC電壓的比率。
[0016]然而，另一發(fā)明的優(yōu)勢(shì)是提供一電涌保護(hù)裝置，具有一基本單元設(shè)計(jì)，借助該基本單元設(shè)計(jì)的并聯(lián)及/或串聯(lián)組合，使其能夠方便地應(yīng)用于需要較高的電壓及/或較高的放電電流及/或較高的能量的場(chǎng)合。
[0017]然而，另一本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)勢(shì)是提供了 一種電涌保護(hù)裝置，其包含可以串聯(lián)或并聯(lián)的方式組配的模塊電路，以達(dá)到需要的電壓或最大電流容量從而為那些追求減少制造成本的系統(tǒng)設(shè)計(jì)者提供了更好的變通性。
[0018]這些及其它優(yōu)勢(shì)從以下帶有參照附圖的說(shuō)明書(shū)與所附的權(quán)利要求書(shū)而變得清楚?！緦?zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]本發(fā)明能夠以特定的部分或多個(gè)部分的組合來(lái)得到物理型態(tài)，其實(shí)施例將被詳細(xì)配合相應(yīng)部分的【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】于該說(shuō)明書(shū)中，其中:
[0020]圖1是根據(jù)示范的第一實(shí)施例的示意圖，闡明一靜態(tài)電涌保護(hù)裝置具有一電涌保護(hù)電路；
[0021]圖2A顯示了一 AC電壓波形于90度帶有一正電電壓涌流；
[0022]圖2B顯示了一 AC電壓波形于90度帶有一負(fù)電電壓涌流；
[0023]圖3是根據(jù)示范的第二實(shí)施例的示意圖，以闡明一靜態(tài)電涌保護(hù)裝置具有一電涌保護(hù)電路，其中該第二實(shí)施例是該第一實(shí)施例的一擴(kuò)展版本以提供增強(qiáng)能量耗散的能力。
[0024]圖4是闡明一具有一交替電路排列的靜態(tài)電涌保護(hù)裝置的示意圖，用于顯示圖3中的電涌保護(hù)電路。
[0025]圖5是根據(jù)示范的第三實(shí)施例的示意圖，以闡明靜態(tài)電涌保護(hù)裝置具有一電涌保護(hù)電路。
[0026]圖6是根據(jù)示范的一第四實(shí)施例的示意圖，以闡明具有一電涌保護(hù)電路的靜態(tài)電涌保護(hù)裝置，其中該第四實(shí)施例是該第三實(shí)施例的一擴(kuò)展版本以提供增強(qiáng)能量耗散的能力。
[0027]圖7是根據(jù)示范的一第五實(shí)施例的示意圖，以闡明具有一電涌保護(hù)電路的靜態(tài)電涌保護(hù)裝置，其中該第五實(shí)施例是顯示于圖4的交替排列的第二實(shí)施例的一擴(kuò)展版本，該第五實(shí)施例提供增強(qiáng)能量耗散的能力。
[0028][主要元件符號(hào)說(shuō)明]:
[0029]A 電流流動(dòng)路徑
[0030]B 電流流動(dòng)路徑
[0031]SI正電壓涌流
[0032]S2負(fù)電壓涌流
[0033]2 靜態(tài)電涌保護(hù)裝置
[0034]2A靜態(tài)電涌保護(hù)裝置
[0035]2B靜態(tài)電涌保護(hù)裝置
[0036]3 靜態(tài)電涌保護(hù)裝置
[0037]4 靜態(tài)電涌保護(hù)裝置
[0038]5 靜態(tài)電涌保護(hù)裝置
[0039]10驅(qū)動(dòng)電路
[0040]21電涌保護(hù)電路[0041]22k電涌保護(hù)電路
[0042]22B電涌保護(hù)電路
[0043]23電涌保護(hù)電路
[0044]23A電路
[0045]31閘流體
[0046]32閘流體
[0047]40變阻器
[0048]40a串聯(lián)變阻器
[0049]40b串聯(lián)變阻器
[0050]42變阻器
[0051]42a串聯(lián)變阻器
[0052]42b串聯(lián)變阻器
[0053]50a串聯(lián)二極管
[0054]50b串聯(lián)二極管
[0055]61開(kāi)關(guān)元件
[0056]62開(kāi)關(guān)元件
[0057]70a 串聯(lián)二極管
[0058]70b串聯(lián)二極管
[0059]70c串聯(lián)二極管
[0060]80a串聯(lián)變阻器
[0061]80b串聯(lián)變阻器
[0062]80c串聯(lián)變阻器
[0063]122電涌保護(hù)電路
[0064]123電涌保護(hù)電路
【具體實(shí)施方式】
[0065]現(xiàn)在請(qǐng)參考附圖，其中所顯示的僅為了闡述本發(fā)明的實(shí)施例的目的，而并非用于本發(fā)明。圖1顯示的是根據(jù)第一實(shí)施例(基本單元設(shè)計(jì))的一靜態(tài)電涌保護(hù)裝置2，其由一驅(qū)動(dòng)電路10與一電涌保護(hù)電路21組成。裝置2顯示有連接于一交流(AC)電路(電源線)與一需要電涌保護(hù)的負(fù)載。
[0066]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電路10可采取一過(guò)電壓保護(hù)檢測(cè)電路的形式。
[0067]電路21 —般包含一串聯(lián)變阻器對(duì)40a及40b, —串聯(lián)二極管對(duì)50a及50b (以反極性連接)，與一開(kāi)關(guān)元件(以一閘流體31的形式)連接于變阻器40a、40b與二極管50a、50b之間。更特別的是，閘流體31連接該第一串聯(lián)變阻器對(duì)40a、40b之間的一第一端與連接該第一串聯(lián)二極管對(duì)50a、50b之間的一第二端。驅(qū)動(dòng)電路10使用于啟動(dòng)(也就是打開(kāi))閘流體，將于以下說(shuō)明。
[0068]如上所示，在所闡述的實(shí)施例中，該開(kāi)關(guān)元件采取閘流體類(lèi)型半導(dǎo)體(亦稱(chēng)為硅控整流器，SCR)的形式。然而，也應(yīng)了解，開(kāi)關(guān)元件可采取其它合適的形式，包括但不限于，一氣體放電管或具有齊納二極管與硅控整流器的消弧電路。該閘流體類(lèi)型半導(dǎo)體可進(jìn)一步適合于從一閘流體家族選擇，包括但不限于，閘極截止閘流體(GTO)、逆導(dǎo)電閘流體(RCT)與金屬氧化物半導(dǎo)體控制閘流體等等。
[0069]一閘流體具有一閘極(柵極)、一陽(yáng)極與一陰極。當(dāng)少量電流流入該閘極，該閘極準(zhǔn)許更大的電流從該陽(yáng)極流至該陰極。甚至當(dāng)該電流至該閘極之中，該閘流體持續(xù)準(zhǔn)許電流從該陽(yáng)極流至該陰極。更特別的是，在該閘流體正?！瓣P(guān)閉“的情況，該電流受限于該泄漏電流(如:< 0.1mA)。當(dāng)該閘極至陰極的電壓超過(guò)某一極限值，該閘流體“開(kāi)啟”(即啟動(dòng)態(tài))以及將電流由陽(yáng)極傳導(dǎo)至陰極。只要通過(guò)該閘流體的電流保持高于一“保持電流”，即便在閘極電流被移除后，該閘流體保持在“開(kāi)啟”狀態(tài)。該保持電流是保持該閘流體在“開(kāi)啟”的狀態(tài)所需要的最少量的負(fù)載電流。一旦電流于一適當(dāng)時(shí)長(zhǎng)的時(shí)間降到低于該保持電流，該閘流體開(kāi)關(guān)關(guān)閉。典型的保持電流值范圍從I毫安至50毫安或更多。
[0070]在該說(shuō)明實(shí)施例中，變阻器40a與40b采取金屬氧化物變阻器(MOV)的形式。當(dāng)一小或中等電壓被施加于穿過(guò)該一變阻器的電極，僅一小電流流動(dòng)通過(guò)該變阻器。當(dāng)一大電壓被施加于穿過(guò)該一變阻器的電極，則一大電流流動(dòng)通過(guò)該變阻器。因此，一變阻器具有一高度非線性的電流-電壓特性曲線，其中，該變阻器在低電壓為一高電阻，而在高電壓為一低電阻。當(dāng)該變阻器處于一傳導(dǎo)狀態(tài)，電涌能量會(huì)被吸收且該穿過(guò)變阻器的電壓受一與所觀察的該電涌電流量有關(guān)的一給定電壓水平所限制或鉗制。
[0071]裝置2的操作將于以下詳細(xì)說(shuō)明。在正常操作條件下，該AC電路“看到“串聯(lián)的變阻器40a、40b。變阻器40a與40b在一高電阻模式，而因此看似為一開(kāi)路。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路10檢測(cè)一正電壓涌流(SI)，如圖2A所表示(描述于90度，但該電涌可能發(fā)生在該波形上的任一點(diǎn))，驅(qū)動(dòng)電路10開(kāi)啟閘流體31。因此，電流傳導(dǎo)通過(guò)變阻器40a、閘流體31與二極管50a，如電流流動(dòng)路徑A所示。在此方面中，因?yàn)樵揂C電路電壓等于或超過(guò)該變阻器最大連續(xù)電壓(MCOV)，所以變阻器40a傳導(dǎo)電流。二極管50a為正向偏壓時(shí)亦傳導(dǎo)電流。自該電流往該最小阻力路徑時(shí)，電流不會(huì)流經(jīng)變阻器40b。當(dāng)流經(jīng)該閘流體31的電流為零或接近零，閘流體31自動(dòng)關(guān)閉。因此，該AC電路將再次“看到”串聯(lián)的變阻器40a與40b。
[0072]當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路10檢測(cè)一負(fù)電壓涌流(S2)，電路21以相似方式響應(yīng)，如圖2B所表示(描述于90度，但該電涌可能發(fā)生在該波形上的任一點(diǎn))。在此方面中，驅(qū)動(dòng)電路10開(kāi)啟閘流體31，造成電流傳導(dǎo)通過(guò)變阻器40b、閘流體31與二極管50b，如電流流動(dòng)路徑B所示。因?yàn)樵揂C電路電壓等于或超過(guò)該變阻器最大連續(xù)電壓(MCOV)，所以變阻器40b傳導(dǎo)電流，且二極管50b也為正向偏壓時(shí)亦傳導(dǎo)電流。自該電流往該最小阻力路徑時(shí)，電流不會(huì)流經(jīng)變阻器40a。當(dāng)流經(jīng)該閘流體31的電流為零或接近零，閘流體31自動(dòng)關(guān)閉。而該AC電路將再次“看到”串聯(lián)的變阻器40a與40b。
[0073]電路21轉(zhuǎn)移瞬時(shí)電流電涌通過(guò)電流流動(dòng)路徑A或電流流動(dòng)路徑B，從而保護(hù)該負(fù)載。該兩個(gè)變阻器40a與40b在一電涌事件期間僅其中之一被啟動(dòng)，從而導(dǎo)致每一該電阻器40a與40b的疲勞度減少。換句話說(shuō)，該疲勞度通過(guò)每一該電阻器40a與40b所分擔(dān)，因?yàn)閮H變阻器40a在該正電壓涌流事件被啟動(dòng)，而變阻器40b僅在該負(fù)電壓涌流事件被啟動(dòng)。于是，該兩個(gè)變阻器40a與40b僅其中之一被啟動(dòng)用于每一正或負(fù)電壓涌流。因此，兩個(gè)變阻器(即變阻器40a與40b)的串聯(lián)在正常操作期間不會(huì)疲勞，但當(dāng)一事件(如一電涌)被檢測(cè)到，該開(kāi)關(guān)元件(如:閘流體31)被觸發(fā)且僅其中的一變阻器(即變阻器40a或變阻器40b)被開(kāi)啟以提供鉗制。[0074]現(xiàn)參照?qǐng)D3，根據(jù)一第二實(shí)施例，顯示有一靜態(tài)電涌保護(hù)裝置2A包含一驅(qū)動(dòng)電路10與一電涌保護(hù)電路22A。電路22A是一電路21的一擴(kuò)展版本，增加(即2倍)的大量能量可被耗散。電路22A —般包含第一與第二串聯(lián)變阻器對(duì)40a、40b與42a、42b,以及一串聯(lián)二極管對(duì)50a、50b (反極性連接)以及一對(duì)以閘流體31與32的形式的開(kāi)關(guān)元件。閘流體31連接于變阻器40a、40b及二極管50a、50b之間，而閘流體32連接于二極管50a、50b及變阻器42a、42b之間。更特別的是，閘流體31連接該第一串聯(lián)變阻器對(duì)40a、40b之間的一第一端及該串聯(lián)二極管對(duì)50a、50b之間的第二端。閘流體32連接該串聯(lián)二極管對(duì)50a、50b之間的第一端與該第二串聯(lián)變阻器對(duì)42a、42b之間的第二端。
[0075]電路22A的操作將于以下詳細(xì)說(shuō)明。于正常操作情況期間，該AC電路“看到“并聯(lián)的串聯(lián)變阻器40a、40b與串聯(lián)變阻器42a、42b。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路10檢測(cè)一正電壓涌流(SI)，如圖2A所表示，驅(qū)動(dòng)電路10開(kāi)啟閘流體31與32。因此，電流傳導(dǎo)通過(guò)(I)變阻器40a、閘流體31與二極管50a以及(2)變阻器42a、閘流體32與二極管50a，如電流流動(dòng)路徑A所示。于是，該電涌電流被分至電阻器40a與42a。當(dāng)該流經(jīng)該閘流體31與32的電流為零或接近零，閘流體31與32自動(dòng)關(guān)閉。因此，該AC電路將再次“看到”并聯(lián)的串聯(lián)變阻器40a與40b以及串聯(lián)變阻器42a與42b。
[0076]當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路10檢測(cè)一負(fù)電壓涌流(S2)，電路22A以一相似方式響應(yīng)，如圖2B所表示。在此方面中，驅(qū)動(dòng)電路10開(kāi)啟閘流體31與32，造成電流傳導(dǎo)通過(guò)(I)變阻器40b、閘流體31與二極管50b以及(2)變阻器42b、閘流體32與二極管50b，如電流流動(dòng)路徑B所示。于是，該電涌電流被分至電阻器40b與42b。當(dāng)流經(jīng)該閘流體31與32的電流為零或接近零，閘流體31與32自動(dòng)關(guān)閉，而該AC電路將再次“看到”并聯(lián)的串聯(lián)變阻器40a與40b以及串聯(lián)變阻器42a與42b。
[0077]于一電壓涌流期間，通過(guò)使用該相同額定最大連續(xù)電壓的所有變阻器將該電流分給一對(duì)變阻器，大量可由電路22A耗散的能量(圖3)為由電路21耗散的能量(圖1)的兩倍。
[0078]圖4顯示了一靜態(tài)電涌保護(hù)裝置2B具有一電涌保護(hù)電路22B以替代顯示于圖3中用于電涌保護(hù)電路22A的該電路排列。在此方面中，電路22B具有與電路22A相同的元件，除此之外，該閘流體31與32的極性相反與二極管50a與50b的位置可交換(從而極性相反)。因此，電流流動(dòng)路徑A流經(jīng)二極管50a與變阻器40b及42b，而電流流動(dòng)路徑B流經(jīng)二極管50b與變阻器40a及42a，如圖4說(shuō)明。
[0079]現(xiàn)參照?qǐng)D5，根據(jù)一第三實(shí)施例，顯示一靜態(tài)電涌保護(hù)裝置3，包含一驅(qū)動(dòng)電路10與一電涌保護(hù)電路23。電路23 —般包含串聯(lián)變阻器80a、80b與80c，串聯(lián)二極管70a、70b與70c，以及以閘流體為形式的開(kāi)關(guān)元件61與62。二極管70a連接相反極性的70b與70c。閘流體61與62并聯(lián)于變阻器80a-80c與二極管70a_70c之間。最特別的是，閘流體61連接二極管70a與70b之間的一第一端，與連接變阻器80a與80b之間的一第二端。在該說(shuō)明實(shí)施例中，每一變阻器80b與80c具有的額定最大連續(xù)電壓相同于變阻器80a的該額定最大連續(xù)電壓的一半。所有變阻器80a、80b與80c具有相同額定尖峰電流。因此，變阻器80b與變阻器80c合起來(lái)提供的額定最大連續(xù)電壓大約約莫相當(dāng)于個(gè)別變阻器80a的額定最大連續(xù)電壓。
[0080]在該一正電壓涌流事件中，驅(qū)動(dòng)電路10開(kāi)啟閘流體61與62造成電流傳導(dǎo)通過(guò)二極管70b、閘流體61與變阻器80a與二極管70c，如電流流動(dòng)路徑A所示。同樣地，在該一負(fù)電壓涌流事件中，驅(qū)動(dòng)電路10開(kāi)啟閘流體61與62造成電流傳導(dǎo)通過(guò)二極管70a、串聯(lián)變阻器80c與80b，如電流流動(dòng)路徑B所示。當(dāng)每一變阻器80b與80c具有的額定最大連續(xù)電壓大體上等于變阻器80a的該額定最大連續(xù)電壓的一半，該變阻器80b與變阻器80c合起來(lái)的額定最大連續(xù)電壓總數(shù)約莫等于個(gè)別變阻器80a的額定最大連續(xù)電壓。當(dāng)流經(jīng)該閘流體31與32的電流為零或接近零，閘流體31與32自動(dòng)關(guān)閉，而該AC電路將再次“看到”串聯(lián)的變阻器80b、80a與80c。當(dāng)變阻器80a僅于一正電壓涌流期間被啟動(dòng)，以及變阻器80b與80c僅于一負(fù)電壓涌流期間被啟動(dòng)，該前述的組態(tài)致使該變阻器承受更少的應(yīng)力。因此，并非所有變阻器80a、80b與80c于每一次電壓涌流被啟動(dòng)，所以將個(gè)別變阻器的大量應(yīng)力感應(yīng)的啟動(dòng)周期減到最小。
[0081]圖6所示意之圖是根據(jù)示范的一第四實(shí)施例的電涌保護(hù)電路123。電路123是該電路23(見(jiàn)圖5)的一擴(kuò)展版本，而因此提供增強(qiáng)能量耗散的能力。一靜態(tài)電涌保護(hù)裝置4包含電路123與一相關(guān)的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路10。
[0082]電路123是如上所述的電路23的組合。特別地，電路123由“覆蓋”有多個(gè)相鄰鏡像電路23 (于圖6中標(biāo)記為電路23A)的多個(gè)電路23組成。換句話說(shuō)，電路123由交替地串聯(lián)的電路23與電路23A組成，其中相鄰的電路23與電路23A共用串聯(lián)二極管70a、70b、70c 或變阻器 80a、80b、80c。
[0083]在正常操作條件下，該AC電路“看到“每一電路23與電路23A的并聯(lián)的該串聯(lián)變阻器80b、80a與80c。在該一正電壓涌流事件中，驅(qū)動(dòng)電路10開(kāi)啟電路123全部的閘流體61與62，因此造成電流傳導(dǎo)通過(guò)二極管70b、閘流體61與62、變阻器80a以及二極管70c，如電流流動(dòng)路徑A所示。同樣地，在該一負(fù)電壓涌流事件中，驅(qū)動(dòng)電路10開(kāi)啟電路123全部的閘流體61與62，因此造成電流傳導(dǎo)通過(guò)變阻器80c、80b、閘流體61、62與二極管70a，如電流流動(dòng)路徑B所示。當(dāng)流經(jīng)該閘流體61與62的電流為零或接近零，閘流體61與62自動(dòng)關(guān)閉，而該AC電路將再次“看到”該電路123的多個(gè)串聯(lián)的變阻器80b、80a與80c。
[0084]與采用單一的電路23做比較，電路123增加大量的變阻器(圖5)。因此，電路123于一電壓涌流期間耗散更多能量(即更高的電壓)。而且，當(dāng)電流路徑A及B分別提供并聯(lián)電流路徑以響應(yīng)正或負(fù)電壓涌流，電路123便施加更少的壓力于該變阻器，由此于一過(guò)電壓期間分離該電涌電流至多重變阻器。
[0085]圖7所示意之圖是根據(jù)示范的一第五實(shí)施例闡明的電涌保護(hù)電路122。電路122基本上是該電路22A與電路22B(圖3與圖4)的一擴(kuò)展版本，而因此提供增強(qiáng)能量耗散的能力。一靜態(tài)電涌保護(hù)裝置5包含電路122與一相關(guān)的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路10。
[0086]電路122基本上是如上所述的電路22k與22B的組合。特別地，電路122由覆蓋有多個(gè)相鄰電路22A的多個(gè)電路22B組成。如圖7所示。換句話說(shuō)，電路122由交替串聯(lián)的電路22B和電路22A組成，其中相鄰的電路22B與電路22A共用一變阻器40、一二極管50a或50b以及一變阻器42。在正常操作條件下，該AC電路“看到“該串聯(lián)變阻器40，以及電路22A與22B的串聯(lián)變阻器42。
[0087]在該一正電壓涌流事件中，驅(qū)動(dòng)電路10開(kāi)啟電路122所有閘流體31與32造成電流傳導(dǎo)，如電流流動(dòng)路徑A所示。同樣地，在該一負(fù)電壓涌流事件中，驅(qū)動(dòng)電路10開(kāi)啟電路122所有閘流體31與32造成電流傳導(dǎo)，如電流流動(dòng)路徑B所示。當(dāng)流經(jīng)該閘流體31與32的電流為零或接近零，閘流體31與32自動(dòng)關(guān)閉。而該AC電路將再次“看到”并聯(lián)的該多個(gè)串聯(lián)變阻器40與串聯(lián)變阻器42。
[0088]在圖7所闡述的實(shí)施例中，有六(6)個(gè)串聯(lián)變阻器40，與六(6)個(gè)串聯(lián)變阻器42。因此，當(dāng)所有閘流體31與32被開(kāi)啟，電流傳導(dǎo)通過(guò)三(3)個(gè)串聯(lián)變阻器40與三(3)個(gè)串聯(lián)變阻器42。當(dāng)所有閘流體31及32被關(guān)閉，該AC電路將“看到”并聯(lián)的六(6)個(gè)串聯(lián)變阻器40及六(6)個(gè)串聯(lián)變阻器42。因此，擴(kuò)大至N個(gè)串聯(lián)變阻器40及N個(gè)串聯(lián)變阻器42的電路，隨著所有閘流體31及32被開(kāi)啟，電流傳導(dǎo)經(jīng)過(guò)N / 2個(gè)串聯(lián)變阻器40及N / 2個(gè)串聯(lián)變阻器42。當(dāng)所有閘流體31及32被關(guān)閉，該AC電路將“看到”并聯(lián)的N個(gè)串聯(lián)變阻器40及N個(gè)串聯(lián)變阻器42。
[0089]與電路22A及22B比較，電路122增加大量的變阻器，分別顯示于圖3與4。因此，電路122于電壓涌流期間耗散更多能量(即更高的電壓)。而且，當(dāng)電流路徑A及B分別提供并聯(lián)電流路徑以響應(yīng)正或負(fù)電壓涌流，電路122便施加更少的壓力于該變阻器，由此于一過(guò)電壓事件期間分離該電涌電流至多重變阻器。
[0090]如上所述的，應(yīng)當(dāng)理解，每一實(shí)施例可考慮將該電涌保護(hù)電路擴(kuò)大以容納額外的變阻器。然而，每一變阻器的額定最大連續(xù)電壓可被選擇以達(dá)到一電涌保護(hù)的預(yù)定水平。
[0091]前面的描述揭露了本發(fā)明的特定實(shí)施例。這些實(shí)施例的描述應(yīng)被理解為僅用于解釋的目的。所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員將可理解的是，在未脫離本發(fā)明的精神與范疇之下，可在其中實(shí)行種種改變與修飾。當(dāng)這些改變與修飾在本發(fā)明所要求的范圍內(nèi)或在與之等效的范圍內(nèi)時(shí)，均應(yīng)視為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電涌保護(hù)裝`置，包括: 一電涌保護(hù)電路，其包括: 一第一串聯(lián)變阻器對(duì)； 一第一串聯(lián)二極管對(duì)，其中該第一串聯(lián)二極管對(duì)反極性連接； 一第一開(kāi)關(guān)元件，其連接該第一串聯(lián)變阻器對(duì)之間的第一端與該第一串聯(lián)二極管對(duì)之間的第二端。
2.如權(quán)利要求1所述的電涌保護(hù)裝置，其特征在于，當(dāng)該第一開(kāi)關(guān)元件被啟動(dòng)，該第一開(kāi)關(guān)元件準(zhǔn)許電流從該第一開(kāi)關(guān)元件的該第一端流至該第二端。
3.如權(quán)利要求1所述的電涌保護(hù)裝置，其特征在于，該第一開(kāi)關(guān)元件是一閘流體類(lèi)型半導(dǎo)體。
4.如權(quán)利要求1所述的電涌保護(hù)裝置，其特征在于，該裝置進(jìn)一步包括: 一驅(qū)動(dòng)電路，其對(duì)于電壓涌流進(jìn)行響應(yīng)以啟動(dòng)該第一開(kāi)關(guān)元件。
5.如權(quán)利要求1所述的電涌保護(hù)裝置，其特征在于，該第一電涌保護(hù)電路進(jìn)一步包括: 一第二串聯(lián)變阻器對(duì)；以及 一第二開(kāi)關(guān)元件，其連接該第一串聯(lián)二極管對(duì)之間的第一端與該第二串聯(lián)變阻器對(duì)之間的第二端。
6.如權(quán)利要求5所述的電涌保護(hù)裝置，其特征在于:` 當(dāng)該第一開(kāi)關(guān)元件被啟動(dòng)，該第一開(kāi)關(guān)元件準(zhǔn)許電流從該第一開(kāi)關(guān)元件的該第一端流至該第二端。 當(dāng)該第二開(kāi)關(guān)元件被啟動(dòng)，該第二開(kāi)關(guān)元件準(zhǔn)許電流從該第二開(kāi)關(guān)元件的該第二端流至該第一端。
7.如權(quán)利要求5所述的電涌保護(hù)裝置，其特征在于: 當(dāng)該第一開(kāi)關(guān)元件被啟動(dòng)，該第一開(kāi)關(guān)元件準(zhǔn)許電流從該第一開(kāi)關(guān)元件的該第二端流至該第一端。 當(dāng)該第二開(kāi)關(guān)元件被啟動(dòng)，該第二開(kāi)關(guān)元件準(zhǔn)許電流從該第二開(kāi)關(guān)元件的該第一端流至該第二端。
8.如權(quán)利要求5所述的電涌保護(hù)裝置，其特征在于，該第二開(kāi)關(guān)元件是一閘流體類(lèi)型半導(dǎo)體。
9.如權(quán)利要求5所述的電涌保護(hù)裝置，其特征在于，該裝置進(jìn)一步包括: 一驅(qū)動(dòng)電路，對(duì)于電壓涌流進(jìn)行響應(yīng)以啟動(dòng)該第一與第二開(kāi)關(guān)元件。
10.一種電涌保護(hù)裝置包括: 一第一電涌保護(hù)電路，包括:三個(gè)串聯(lián)變阻器；第一、第二、第三串聯(lián)二極管，其中第二串聯(lián)二極管在一第一端連接至該第一串聯(lián)二極管以及在一第二端連接至該第三串聯(lián)二極管，該第一串聯(lián)二極管具有的極性相反于該第一及第三串聯(lián)二極管的該極性； 一第一開(kāi)關(guān)元件，其連接該第一及第二串聯(lián)二極管之間的一第一端與連接該第一及第二串聯(lián)變阻器之間的一第二端；以及 一第二開(kāi)關(guān)元件，其連接該第二及第三串聯(lián)變阻器之間的一第一端與連接該第二及第三串聯(lián)二極管之間的一第二端。
11.如權(quán)利要求10所述的電涌保護(hù)裝置，其特征在于，該第一與第三串聯(lián)變阻器的額定最大持續(xù)電壓是該第二串聯(lián)變阻器的額定最大持續(xù)電壓的一半。
12.如權(quán)利要求10所述的電涌保護(hù)裝置，其特征在于: 當(dāng)該第一開(kāi)關(guān)元件被啟動(dòng)，該第一開(kāi)關(guān)元件準(zhǔn)許電流從該第一開(kāi)關(guān)元件的該第一端流至該第二端； 當(dāng)該第二開(kāi)關(guān)元件被啟動(dòng)，該第二開(kāi)關(guān)元件準(zhǔn)許電流從該第二開(kāi)關(guān)元件的該第一端流至該第二端。
13.如權(quán)利要求10所述的電涌保護(hù)裝置，其特征在于，該裝置進(jìn)一步包括: 一驅(qū)動(dòng)電路，對(duì)電壓涌流進(jìn)行響應(yīng)以啟動(dòng)該第一與第二開(kāi)關(guān)元件。
14.如權(quán)利要求10所述的電涌保護(hù)裝置，其特征在于，該裝置進(jìn)一步包括: 一第二電涌保護(hù)電路，其是前述第一電涌保護(hù)電路的鏡像。
15.如權(quán)利要求14所述的電涌保護(hù)裝置，其特征在于，該第二電涌保護(hù)電路相鄰于該第一電涌保護(hù)電路，且共用該第一、第二及第三串聯(lián)二極管或該第一、第二及第三串聯(lián)變阻器。
16.如權(quán)利要求14所述的電涌保護(hù)裝置，其特征在于，該裝置包括多個(gè)交替的第一及第二電涌保護(hù)電路，其中相鄰的第一與第二電涌保護(hù)電路共用第一、第二、第三串聯(lián)二極管或第一、第二及第三串聯(lián)變阻器。
17.如權(quán)利要求14所述的電涌保護(hù)裝置，其特征在于，該第一及第三串聯(lián)變阻器的額定最大持續(xù)電壓是該第二串聯(lián)變阻器的額定最大持續(xù)電壓的一半。
18.如權(quán)利要求14所述的電涌保護(hù)裝置，其特征在于，該裝置進(jìn)一步包括: 一驅(qū)動(dòng)電路，對(duì)電壓涌流進(jìn)行響應(yīng)以啟動(dòng)該第一與第二電涌保護(hù)電路的第一及第二開(kāi)關(guān)元件。
19.一電涌保護(hù)裝置，包括: 一第一電涌保護(hù)電路，包括: 一第一串聯(lián)變阻器對(duì)； 一第二串聯(lián)變阻器對(duì)； 一第一串聯(lián)二極管對(duì)，其中該第一串聯(lián)二極管對(duì)反極性連接； 一第一開(kāi)關(guān)兀件，其連接該第一串聯(lián)變阻器對(duì)之間的一第一端與該第一串聯(lián)二極管對(duì)之間的一第二端；以及 一第二開(kāi)關(guān)元件，其連接該第一串聯(lián)二極管對(duì)之間的一第一端與該第二串聯(lián)變阻器對(duì)之間的一第二端，其中該第一與第二開(kāi)關(guān)元件有相反極性；以及一第二電涌保護(hù)電路，包括: 一第一串聯(lián)變阻器對(duì)； 一第二串聯(lián)變阻器對(duì)； 一第一串聯(lián)二極管對(duì)，其中該第一串聯(lián)二極管對(duì)反極性連接且具有一與該第一電涌保護(hù)電路的該第一二極管對(duì)相反的極性。 一第一開(kāi)關(guān)兀件，其連接該第一串聯(lián)變阻器對(duì)之間的一第一端與該第一串聯(lián)二極管對(duì)之間的一第二端；以及一第二開(kāi)關(guān)元件，其連接該第一串聯(lián)二極管對(duì)之間的一第一端與該第二串聯(lián)變阻器對(duì)之間的一第二端，其中該第一及第二開(kāi)關(guān)元件具有相反極性，而一極性相反于該第一電涌保護(hù)電路的該第一與第二開(kāi)關(guān)元件， 其中多個(gè)該第一保護(hù)電路在與多個(gè)第二電涌保護(hù)電路以交替的方式相連結(jié)，其中相鄰的第一及第二電涌保護(hù)電路共用該第一串聯(lián)變阻器對(duì)的一該變阻器，該第二串聯(lián)變阻器對(duì)的一該變阻器，以及該第一串聯(lián)二極管對(duì)的一該二極管。
20.如權(quán)利要求19所述的電涌保護(hù)裝置，其特征在于，該裝置進(jìn)一步包括: 一驅(qū)動(dòng)電路，對(duì)電壓涌流進(jìn)行響應(yīng)以啟動(dòng)該第一與第二電涌保護(hù)電路的該第一與第二開(kāi)關(guān)元件。
【文檔編號(hào)】H02H9/04GK103636092SQ201280025956
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2012年5月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月27日
【發(fā)明者】珍-法藍(lán)科伊斯·狄帕瑪, 杰瑞·L·摩賽西恩 申請(qǐng)人:默森美國(guó)紐柏瑞港-麻薩諸塞州責(zé)任有限公司