[發明專利]用于保護電負載免受過電壓影響的方法和設備

在審

• 申請號: 202180009891.5
• 申請日: 2021-07-22
• 公開（公告）號: CN114982085A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 菲利普·施泰因貝格爾;彼得·施皮爾;伯恩哈德·福斯特
• 申請（專利權）人: 未來系統產業有限公司
• 主分類號: H02H1/00
• 分類號: H02H1/00;H02H3/22;H02H3/08
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 龔偉;李鶴松

一種用于保護電負載(9)的保護設備(1)，所述保護設備(1)包括：適于接收供電電壓的至少一個輸入端子(2)；供電路徑(10)中的與相關聯的輸入端子(2)串聯連接的至少一個半導體電源開關(5)，與所述供電路徑(10)的輸出端子(3)連接的電負載(9)通過所述供電路徑接收負載電流IL；所述保護設備(1)還包括：具有微處理器(8A)的控制單元(8)，該控制單元(8)適于響應于接收到的開關命令(CMD)控制所述保護設備(1)的驅動電路(6)以接通或關斷設置在供電路徑(10)中的至少一個半導體電源開關(5)；所述保護設備(1)還包括：至少一個過電壓檢測電路ODC(12)，其與所述保護設備(1)的相關聯的供電路徑(10)連接并且適于檢測所述保護設備(1)的相應的供電路徑(10)處的過電壓狀態并在過電壓檢測電路ODC(12)檢測到過電壓狀態時，通過與驅動電路(6)的低電壓側(6A)的驅動器輸入端(IN)連接的控制線(12、20)直接控制驅動電路(6)，以關斷設置在相關聯的供電路徑(10)內的至少一個半導體電源開關(5)以保護連接的電負載(9)免受過電壓的影響。

本發明涉及用于保護與保護設備的輸出端子連接的電負載免受過電壓影響的方法和設備。

當電路或負載裝置的一部分中的電壓升高到超過設計上限時，這也被稱為過電壓。可能存在許多可能發生過電壓的不同的情況和條件。根據其持續時間，過電壓事件可能是瞬態的，即電壓尖峰的出現，也可能是永久性的，導致電涌。例如，雷擊可能在供電網絡中導致過電壓，這進而導致與供電網絡連接的電負載被損壞。此外，電壓尖峰可能是由接通或關斷感應負載(例如電動機)時的電磁感應或切換大電阻AC負載引起的。由于可能發生包括電壓尖峰的瞬態過電壓，因此需要盡可能快地關斷所連接的負載以避免對其內部電路造成任何損壞。

因此，本發明的一個目的是提供一種在最少的關斷期間內關斷所連接的負載的用于保護電負載免受過電壓影響的保護設備。

根據本發明的第一方面，上述目的通過包括權利要求1的特征的保護設備來實現。

根據第一方面，本發明提供一種用于保護電負載免受過電壓影響的保護設備，

所述保護設備包括：

至少一個輸入端子，該輸入端子適于接收供電電壓；供電路徑中的至少一個半導體電源開關，該半導體電源開關與相關聯的輸入端子串聯連接，與供電路徑的輸出端子連接的電負載通過該供電路徑接收電負載電流，其中所述保護設備還包括具有微處理器的控制單元CU，該控制單元適于響應于接收到的開關命令控制所述保護設備的驅動電路接通或關斷設置在供電路徑中的至少一個電源開關，

其中保護設備還包括：

至少一個過電壓檢測電路ODC，該過電壓檢測電路ODC與所述保護設備的相關聯的供電路徑連接，并且適于檢測保護設備的相應的供電路徑處的過電壓狀態并在所述過電壓檢測電路ODC檢測到過電壓狀態時，通過與驅動電路的低電壓側的驅動器輸入端連接的控制線直接控制驅動電路在短的關斷期間內關斷設置在相關聯的供電路徑內的至少一個半導體電源開關，以為所連接的電負載提供免受過電壓影響的保護，

其中短的關斷期間由沿著控制線的控制信號傳播延遲和沿著驅動電路的內部電路的傳播延遲來預定。

在一個優選的實施方式中，根據本發明的第一方面的保護設備能夠在小于1毫秒的關斷期間內關斷供電路徑內的至少一個半導體電源開關。這是可能的，因為驅動電路的內部電路的傳播延遲小于200納秒。

在一個優選的實施方式中，過電壓檢測電路包括具有最小傳播延遲的快速模擬控制路徑，使得對于在供電路徑中檢測到的過電壓瞬變實現小于1微秒的關斷期間。在一個可能的實施方式中，可以通過可配置的閾值來調整過電壓檢測電路對瞬態或永久過電壓的靈敏度。

在根據本發明的第一方面的保護設備的一個可能的實施方式中，控制單元與用戶界面連接以接收開關命令。