CN101800423A - 抑制连续脉冲的电涌保护器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能够抑制连续脉冲的电涌保护器SPD，它是对于由气体放电元件，如气体放电管、空气间隙等与限压型元件，如压敏电阻器、浪涌抑制二极管等串联构成的SPD的技术改进，改进点是在限压型元件上并联一只泄放电阻器R_X，从而保证了整个SPD在连续脉冲电流下的残压稳定性，能够很好的保护电子电气设备。

Description

抑制连续脉冲的电涌保护器

技术领域

本发明涉及一种电涌保护器，尤其是一种用于抑制浪涌过电压，从而保护电子、电气设备的电涌保护器，并且该电涌保护器在连续脉冲电流下的残压相对稳定。

背景技术

电涌保护器(SPD)是一种以伏安特性为非线性的元件作为主要功能元件，用来抑制瞬时过电压，泄放浪涌电流的保护器件，广泛应用于各种电子和电气产品中。限压特性的典型元件是压敏电阻器和半导体浪涌抑制二极管，开关特性的典型元件有气体放电管，空气放电间隙，可控硅二极管等。仅用压敏电阻器(MOV)的SPD或仅用气体放电管(GDT)的SPD，或由压敏电阻器与气体放电管串联构成的SPD(以下简称″V-G串联型SPD″)，是目前SPD的三个主导品种。在低压配电系统中大量使用着仅用MOV的SPD，这种SPD的应用技术中有一个难以解决的矛盾，就是保护特性与电压寿命和暂时过电压(TOV)耐受能力的矛盾。由于这种SPD中的MOV上始终加有系统电压，这个电压应力将使MOV老化，当系统中出现TOV时，MOV极易损坏。为了提高MOV承受系统电压和系统TOV的能力，只能选用参考电压高的MOV，但这样一来，系统中因雷电和系统操作出现过电压时，MOV的残压相应升高，结果保护性能变差。而将MOV与气体放电管(GDT)或空气间隙串联起来，即做成″V-G串联型SPD″是解决上述矛盾的一个方法。在V-G串联型SPD中，气体放电管(GDT)或空气间隙隔离了系统电压和低值TOV，平时MOV上不承受电压应力，没有系统电压引起的老化问题，因而可以选用参考电压低的MOV，使保护性能得到改善。当系统中出现浪涌电压时，一开始浪涌电压按两个元件的电容量分配。由于MOV的固有电容比GDT的固有电容大得多，前者一般是后者的几百倍以上，因而浪涌电压一开始几乎全部加在GDT上，迫使GDT击穿进入电晕或电弧放电状态。当浪涌电压消失后，MOV将电源推动的续流截断。V-G串联型SPD的这些优点，使得它的应用范围日益扩展。

但是，普通V-G串联型SPD有一个重要缺点：由于MOV元件在低电压下的漏电流极小，等效电阻可高达数十兆欧或更高，这个电阻与MOV固有电容的乘积所形成的放电时间常数可达秒级，因此，在连续脉冲电流下，前一次脉冲电流充入MOV固有电容的电荷不能迅速泄放，当下一次脉冲加来时，并且若这个脉冲与上一次脉冲是同极性的话，那么MOV固有电容上的残存电压将叠加在气体放电元件的击穿电压上，使V-G串联组合的放电电压提高。因此，普通V-G串联型SPD，在连续脉冲下，由于限压元件本身固有电容上残存电荷的影响，使后续同极性脉冲的残压升高，而且，相邻两次脉冲的间隔时间越短，升高的比例越大。这严重损害了SPD的保护性能，因为实际雷击放电是多重放电，平均脉冲数为2～3个，最多纪录到42个脉冲，脉冲间隔时间大体为0.6ms～0.8s，因此普通V-G串联型SPD实际上不适用于抑制连续脉冲。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种在连续脉冲电流下，能迅速泄放限压元件本身固有电容上由于上一次放电所积存的残余电荷，能够保证整个电涌保护器残压的稳定性的电涌保护器。

本发明所采用的技术方案为：一种抑制连续脉冲的电涌保护器，用于抑制浪涌过电压，包括串联设置的限压元件和气体放电元件，所述的限压元件上并联泄放电阻器。

具体的说，所述的限压元件为压敏电阻器或浪涌抑制二极管；所述的气体放电元件为气体放电管或空气间隙；所述的泄放电阻器为线性电阻器或电压非线性系数较低的非线性电阻器。

进一步的说，在泄放电阻器与限压元件并联的结构上可以为：泄放电阻器与限压元件分体式并联或泄放电阻器与限压元件一体式封装设置。

由于脉冲的间隔时间都较短，为了达到更好的抑制效果，从而保护电子、电气设备，所述的泄放电阻器至少需要满足两个基本要求：1)所述的泄放电阻器的电阻值R_X与限压元件的固有电容量C_Z的乘积形成泄放时间常数τ₁，所述的泄放时间常数τ₁小于脉冲间隔时间Δt；2)所述的泄放电阻器的脉冲耐电压高于限压元件的残压。

本发明所述的技术方案的原理为：当系统中出现浪涌电压时，一开始浪涌电压按照限压元件和气体放电元件各自的固有电容量进行分配，由于限压元件的固有电容比气体放电元件的固有电容大得多，前者一般是后者的几百倍以上，因而浪涌电压一开始几乎全部加在气体放电元件上，迫使气体放电元件击穿进入电晕或电弧放电状态。当浪涌电压消失后，限压元件将电源推动的续流截断。即使是在连续脉冲电流下，由于限压元件上并联有一个泄放电阻器，这就加快了放电速率，使得前一次脉冲电流充入限压元件固有电容上的电荷能够在极短的时间内迅速泄放。

本发明的有益效果是：在限压元件上并联泄放电阻器，由于泄放电阻器的阻值与限压元件的固有电容量会形成泄放时间，因此能够迅速的泄放限压元件上因上一次放电时所积存的残余电荷，这样就不会因为限压元件本身固有电容上残存的电荷的影响而使后续脉冲的残压升高，这样就能够保证整个电涌保护器在后续脉冲电流下的残压的稳定性，从而能够很好的保护电子电气设备。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是现有电涌保护器的电路原理图；

图2是现有电涌保护器在连续脉冲下的电流波和残压波的波形图；

图3是本发明的电路原理图；

图4是本发明在连续脉冲下的电流波和残压波的波形图。

具体实施方式

现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图3所述的一种抑制连续脉冲的电涌保护器，用于抑制浪涌过电压，包括串联设置的限压元件和气体放电元件，所述的限压元件上并联泄放电阻器。所述的限压元件为压敏电阻器或浪涌抑制二极管；所述的气体放电元件为气体放电管或空气间隙；所述的泄放电阻器为线性电阻器或电压非线性系数较低的非线性电阻器。图3所示的限压元件为压敏电阻MOV，型号为CJV-34S271，压敏电阻的名义值U_N＝270V，电容量C_Z的实际值为3280pF；气体放电元件采用气体放电管GDT，型号为R608XHA，直流击穿电压为600V，电容量小于2.5pF。MOV并联的泄放电阻器为R_X＝1MΩ的线性电阻器。由于所述的泄放电阻器的电阻值R_X与压敏电阻的固有电容量C_Z的乘积形成泄放时间常数τ₁，因此，泄放时间常数为τ₁＝R_XC_Z＝3280×10^-12×10⁶＝3.28ms。

在本实施例所述的电涌保护器上施加试验电压为50Hz工频半波整流电压，因此，两次脉冲之间的间隔时间Δt为20ms。图4表示了流过电涌保护器的电流波和SPD的残压波的波形。图4中表示了连续4个脉冲：第1个脉冲的击穿电压是672V，比第2、3、4脉冲的击穿电压616V高出9.1％。后续的第2、3、4脉冲的击穿电压相当稳定，它们之所以比第1个低，是由于上一次放电在GDT管内产生的离子-电子尚未完全复合，还有一定浓度的导电粒子存在的缘故。图4中的第1、3、4三个脉冲的残压波顶部都有两个台阶，前一个台阶表示GDT处在电晕放电阶段，后一个台阶表示GDT处在电弧放电阶段。GDT的电晕放电电压高于电弧放电电压，且随着电流的增大而上升，电弧放电电压在熄弧前基本上不随电流大小而变。图4中的第2个残压波与其余三个不一样，是由于电源电压向小波，因此电流减小，只在电流的峰点的很短时间内进入电弧放电，大部分时间内只能维持电晕放电，因此没有明显的第二个台阶。

而图1和图2所示的是压敏电阻上没有并联泄放电阻的现有电涌保护器的电路原理图以及在与本实施例相同的电压电流环境下的连续脉冲下的电流波和残压波的波形图，从图2中可以看出在上述条件下的波形：四个残压波的峰值依次为①584，②736，③640V，④736V。可以看出第1个波的后续波的残压明显升高，且不稳定。在本例中后续波的残压比第1个波的残压高出26％～9.6％。

以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离发明的实质和范围。

Claims (7)

1.一种抑制连续脉冲的电涌保护器，用于抑制浪涌过电压，其特征在于：包括串联设置的限压元件和气体放电元件，所述的限压元件上并联泄放电阻器。

2.如权利要求1所述的抑制连续脉冲的电涌保护器，其特征在于：所述的限压元件为压敏电阻器或浪涌抑制二极管。

3.如权利要求1所述的抑制连续脉冲的电涌保护器，其特征在于：所述的气体放电元件为气体放电管或空气间隙。

4.如权利要求1或2或3所述的抑制连续脉冲的电涌保护器，其特征在于：所述的泄放电阻器的脉冲耐电压高于限压元件的残压。

5.如权利要求1或2或3所述的抑制连续脉冲的电涌保护器，其特征在于：所述的泄放电阻器为线性电阻器或电压非线性电阻器。

6.如权利要求1或2或3所述的抑制连续脉冲的电涌保护器，其特征在于：所述的泄放电阻器与限压元件分体式并联或泄放电阻器与限压元件一体式封装设置。

7.如权利要求1或2或3所述的抑制连续脉冲的电涌保护器，其特征在于：所述的泄放电阻器的电阻值R_X与限压元件的固有电容量C_Z的乘积形成泄放时间常数τ₁，所述的泄放时间常数τ₁小于脉冲间隔时间Δt。

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