[發明專利]一種低殘壓電源防雷保護裝置

有效

• 申請號: 201210579143.3
• 申請日: 2012-12-27
• 公開（公告）號: CN103036224A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 徐大鵬
• 申請（專利權）人: 徐大鵬
• 主分類號: H02H9/04
• 分類號: H02H9/04;H02H9/06
• 代理公司: 深圳市深佳知識產權代理事務所(普通合伙) 44285
• 代理人: 唐華明

技術領域

本發明涉電子及電器設備技術領域，更具體地說，涉及一種低殘壓電源防雷保護裝置。

背景技術

防雷擊、防浪涌是目前電子電器設備安全應用領域的一個重點技術方向。特別是對于電子電器設備本身的電源系統的防雷擊和防浪涌要求，在相關設備領域已經建立了相關的國際和國家標準。如何滿足這些標準，成為了這些設備領域內的設計、生產、裝配、應用的重要課題。

雷擊和浪涌的主要表現就是在極短的時間內，在傳輸導體上出現一個快速變化的高電壓、大電流能量沖擊，其瞬時功率可以達到數百到數千千瓦，甚至數十兆瓦的水平。當這些能量沖擊直接作用于電子電器設備內的元件上的時候，相關元件無法承受這樣大的能量沖擊而出項損毀，從而導致設備損壞，甚至出現連鎖事故，例如擊穿設備絕緣保護，出現漏電人身傷害事故等。

雷擊和浪涌的表現方法又有共模沖擊和差模沖擊兩種模式。所謂差模沖擊，是指在傳輸導體回路上產生的沖擊，其典型表現就是在電力輸入和火線和零線之間產生的高電壓、大電流沖擊；而共模沖擊則是在傳輸導體回路和某個公共基準參考點之間的沖擊，例如在火零線和公共保護地之間產生的高電壓、大電流沖擊。差模沖擊主要對設備輸入級產生嚴重威脅，而共模沖擊則可能擊穿設備絕緣保護，導致設備內部漏電或外殼漏電。為此，人們研究了很多雷擊和浪涌防護方案來避免其危害，目前最為常見的電源輸入防雷單元是采用壓敏電阻和氣體放電管組成的防護單元，對共模雷擊和差模雷擊進行防護。圖1所示即為最常見的電路方案。

在圖1所示方案中，壓敏電阻MOV1、MOV2和氣體放電管GDT構成共模防護單元，壓敏電阻MOV3則承擔差模防護功能。該方案的優點是電路簡單，易于實現，成本低。

但該方案同時也存在相當明顯的缺點：MOV3直接并聯在火線和零線之間，在正常交流輸入下會產生漏電流，導致器件發熱，加速其老化失效，甚至引起短路事故；為了盡可能壓低其正常輸入下的漏電流，就不得不提高其耐壓參數，這樣一來，當雷擊和浪涌沖擊來臨的時候，其兩端電壓就會被抬到比較高的程度，也就是說會留下比較高的“殘壓”。一般來說，目前最常見方案的這個殘壓在1000V以上，有些甚至可以達到1500V以上，對于后級設備的威脅依然很大。

針對上述缺點，人們又提出了如圖2所示的改進方案：在圖2所示改進方案中，MOV3支路串進了一個氣體放電管GDT2，火線上串進了一個電感L1，輸出端并聯了一個瞬態抑制二極管（TVS）、或半導體放電管（TSS）、或玻璃放電管。

其改進原理如下：正常工作時，GDT2處于開路狀態，使得MOV3與火/零線回路分斷，這就解決了壓敏電阻的漏電和老化問題；但由于GDT2的串入，更加抬高了MOV3/GDT2支路的保護啟動電壓，因此，后級采用TVS等單元作為鉗位控制，進一步泄放電流，避免后級設備面臨高殘壓危險；電感L1則主要用來隔離沖擊期間MOV3支路和TVS支路的壓差，同時限制其輸出電流增長率。

圖2所示方案原理上與圖1方案相比有明顯改善，但實際應用卻比較少，主要是由于以下原因：

其一，GDT2的串入，抬高了前級保護的啟動電壓，延緩了沖擊時的啟動時刻，導致更多的能量沖入后級。這是由于為了保證GDT在正常輸入電壓下不被擊穿，其擊穿電壓必須選得比較高，而且氣體放電管的一個特性是電壓變化越快，所需要的擊穿電壓就越高，瞬態沖擊擊穿電壓要遠遠高于其直流擊穿電壓，針對雷擊浪涌沖擊保護功能所要求的擊穿電壓，一般都會達到1000V以上，對于保護啟動時刻的延遲比較嚴重；另外就是GDT本身的動作時間也比較長，二者的綜合作用使得保護效果受到很大影響；

其二，TVS本身的電流容量比較小，功率容量也偏小，在鉗位電壓比較高的時候，能量消耗能力不足是個很大的缺陷。如果采用TSS作為后級保護，可以實現比較低的導通鉗位電壓，能量消耗能力不足的缺陷得到緩解，但又存在沖擊過后的續流問題，而且有可能導致后級設備缺失半個交流周波，引發其它異常；

其三，為了適應后級保護單元的功率容量限制，不得不將絕大部分沖擊能量限制在前級消耗或泄放，因此就不得不將L1的電感值做到比較大，工藝和成本上存在困難不說，還可能引發比較大的阻抗特性變化，對后級設備產生影響，引入其它方面的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種低殘壓電源防雷保護裝置，以實現可以直接與設備的交流或直流電源模塊、或電源接口、甚至是設備電源線等組合在一起，構成具備防雷擊、防浪涌功能的電源輸入系統。