过电压保护电路和包括这种保护电路的电气设备制造技术

本发明专利技术涉及一种用于连接在电能源(2)和过电压敏感设备(3)之间的保护电路(1)。本发明专利技术包括：串联连接的电流限制电路(10)和电流监测电路(21)、传递参考电压(Vref1)的参考电压生成器电路(13)、和用于控制电流监测电路(21)，使得在电流限制电路(10)和电流监测电路(21)之间的连接点(25)处的电压基本上等于参考电压(Vref1)的平衡电路(22)。本发明专利技术还涉及一种包括至少一个这样的过电压保护电路(1)的电气测量或电源设备。

Overvoltage protection circuit and electrical equipment including such protection circuit

【技术实现步骤摘要】
过电压保护电路和包括这种保护电路的电气设备
本专利技术涉及一种过电压保护电路，包括用于连接到电能源的输入和用于连接到要保护其免受过电压的设备的输出。本专利技术还涉及一种包括至少一个这样的过电压保护电路的电气测量或电源设备。
技术介绍
许多电气设备连接到电网以用于其能量供应。然后，这些设备受到由电网传输的干扰。在这些干扰中，存在可以是诸如雷击的自然起源的过电压、或者由诸如感应负载(例如电动机)的控制的电气设备的操作生成的过电压。通过电网传输的过电压可以具有非常高的能量，因此必须保护电气设备以避免其老化。该保护主要涉及对抗过电压的幅度和所述过电压中包含的能量的消耗。变阻器类型的元件通常用于消耗过电压的能量，其具有寿命有限的缺点，当干扰的数量和能量高时，元件寿命会更短。还使用诸如晶体管的有源元件。目前，晶体管具有低于2kV的电压耐受强度，这不足以承受通常在雷击的情况下测量的在6kV至8kV之间的幅度的过电压。因此，需要对多个晶体管和变阻器进行关联，限制组件的响应时间(所有有源元件必须同时反应，特别是在陡峭的电压沿上)和限制过电压中包含的能量的消耗。已知文献EP0497478A2涉及旨在保护免受测量设备的输入的过电压的保护电路。这种设备采用MOSFET晶体管，所述MOSFET晶体管能够被串联以便实现大于单个MOSFET的电压耐受强度的电压耐受强度。然而，所述保护电路需要快速双极晶体管来对MOSFET晶体管的栅极和源极之间的杂散电容进行放电，并且在过电压尖峰的情况下允许晶体管非常快速的阻止(block)。而且，为了增加电压耐受强度的几级的串联连接增加了电路的串联电阻。这对于测量输入不是缺点，但是这种电路不能用作电路电源的保护，串联电阻器中消耗的能量可能过多。已知文献WO2006/129005A1涉及一种保护设备，其包括串联设置在电网和要保护的电路之间的电流限制部件以及并联放置以将干扰电流从要保护的电路中转移出来的限制部件的组合。需要其中每个级具有不同的电压耐受强度特性的几个级来切掉(clip)过电压而不消耗太多能量。还已知旨在保护电容型电源免受过电压的文献EP2124310A1和EP2124326A1。这些文献描述了串联安装并以电流限制模式工作的两个常闭场效应晶体管的组合。并联安装双向跨接二极管，以将一部分干扰电流从要保护的电路中转移出来。串联放置的干扰电流限制部件的使用使得可以限制并联放置的限制部件中消耗的能量。以这种方式，增加了瞬变二极管的寿命。现有技术中已知的设备没有描述同时受益于对抗大于单个晶体管的几倍电压耐受强度幅度的过电压、在正常操作中保证低串联电阻的同时限制在设备中循环的电流以及极快的响应时间的电路。
技术实现思路
本专利技术的目的是一种保护电路，其避免了现有技术的设备的缺点，其设计简单并且易于适应预期的过电压水平。为此，本专利技术描述了一种用于电负载的保护电路，所述保护电路旨在串联连接在电能源和要保护的电负载之间，该电能源向电负载提供电流，所述保护电路包括：-用于将所述保护电路连接到所述电能源的输入，-用于连接所述电负载的输出，-参考电压生成器电路，被布置为提供至少一个第一参考电压，-电流限制电路，连接到所述输出的，所述电流限制电路被布置为限制通过它的电流，-第一电流监测模块，其在一侧与所述电流限制电路在第一连接点处串联连接，在另一侧与所述输入连接，所述第一电流监测模块包括：-第一电流监测电路，用于监测通过它的电流的幅度，以及-第一平衡电路，连接到所述电压生成器以接收所述第一参考电压并且连接到所述第一连接点以接收第一电压，第一平衡电路被布置为控制第一电流监测电路，使得所述第一电压基本上等于所述第一参考电压。优选地，所述电流限制电路至少包括常闭型第一场效应晶体管和连接在所述第一场效应晶体管的栅极和源极之间的第一串联电阻器，所述第一场效应晶体管的漏极连接到所述第一连接点、栅极连接到所述保护电路的连接输出。优选地，第一电流监测模块至少包括：-常闭型第二场效应晶体管和连接在所述第二场效应晶体管的栅极和源极之间的第二串联电阻器，漏极连接到所述保护电路的连接输入，以及-NPN型第一双极晶体管，其连接方式为：-所述第一双极晶体管的集电极连接到所述第二场效应晶体管的源极，-所述第一双极晶体管的发射极连接到所述第二场效应晶体管的栅极和所述第一连接点，并且-所述第一双极晶体管的基极连接到所述参考电压生成器以接收所述第一参考电压。优选地，所述第一场效应晶体管和第二场效应晶体管由碳化硅或氮化镓制成。有利地，参考电压生成器电路在一侧连接到输入，用于将所述保护电路连接到所述电能源，并且另一侧连接到输出，用于将所述保护电路连接到所述电负载。优选地，参考电压生成器电路包括串联连接的、具有基本相等的值的第一电阻器和第二电阻器，并且在所述第一电阻器和所述第二电阻器之间的第二连接点处提供所述第一参考电压。优选地，所述电流限制电路将电流限制在50mA至500mA之间的幅度。有利地，所述过电压保护电路使得：-所述参考电压生成器生成幅度大于所述第一参考电压的第二参考电压，并且使得：-第二电流监测模块在一侧与所述第一电流监测模块在第三连接点处串联连接，并且在另一侧连接到所述输入，所述第二电流监测模块包括：-第二电流监测电路，用于监测通过它的电流的幅度，以及-第二平衡电路，其在一侧连接到所述参考电压生成器以接收所述第二参考电压并且在另一侧连接到所述第三连接点以接收第二电压，所述第二平衡电路被布置为控制所述第二电流监测电路，使得所述第三连接点处的电压基本上等于所述第二参考电压。有利地，所述保护电路使得：-所述参考电压生成器生成N个减小幅度的参考电压，N大于或等于2，并且使得-所述保护电路包括串联连接在所述输入和所述第二电流监测模块之间的N个电流监测模块，每个电流监测模块包括链路输入和链路输出，电流监测模块的链路输出连接到相邻电流监测模块的链路输入，每个电流监测模块接收对应于其连接顺序的参考电压，每个电流监测模块监测通过它的电流，使得其输出上的电压基本上等于该参考电压。本专利技术还涉及一种包括用于连接电能源和要保护的电负载的端子的电气测量或电源设备，所述负载包括测量或电源输入，所述电气设备包括至少一个如前所述的过电压保护电路。所述至少一个保护电路连接在连接到所述电能源的端子和所述电负载的测量或电源输入之间，以保护所述电负载的测量或电源输入免受电能源传输的过电压。附图说明从以下作为非限制性示例给出的、并且在附图中示出的本专利技术的特定实施例的描述中将更清楚地显现出其他优点和特征，附图中：-图1是说明根据本专利技术的保护电路的操作原理的框图，-图2是对应于图1的框图的、根据优选实施例的保护电路的示意图，-图3表示保护电路的框图，用于说明对干扰电波的高电压的适应，-图4表示对应于图3的框图的保护电路的示意图，-图5表示保护电路的框图，用于说明保护电路对干扰波的高电压的模块化适应，-图6是保护电路的实施例的示意图，该保护电路包括用于适应干扰波的高电压的若干模块，-图7是包括若干适应模块的保护电路的变型实施例的示意图，-图8表示电气设备中的两个保护电路的布局图，该电气设备包括要保护免受过电压的设备，以及-图9表示电气设备中的四个保护电路的布局图，该电气设备包括由三相能源供电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于电负载(3)的保护电路(1)，所述保护电路(1)旨在串联连接在电能源(2)和要保护的电负载(3)之间，所述电能源(2)向电负载(3)提供电流(i)，所述保护电路特征在于，它包括：‑输入(4)，用于将所述保护电路(1)连接到所述电能源(2)，‑输出(5)，用于连接到所述电负载(3)，‑参考电压生成器电路(13)，被布置为提供至少一个第一参考电压(Vref1)，‑电流限制电路(10)，连接到所述输出(5)，所述电流限制电路被布置为限制通过它的电流(i)，‑第一电流监测模块(20)，在一侧与所述电流限制电路(10)串联连接于第一连接点(25)处，在另一侧与所述输入(4)连接，所述第一电流监测模块(20)包括：‑第一电流监测电路(21)，用于监测通过它的电流(i)的幅度，以及‑第一平衡电路(22)，连接到所述电压生成器(13)以接收所述第一参考电压(Vref1)并且连接到所述第一连接点(25)以接收第一电压(Vlim1)，所述第一平衡电路(22)被布置为控制所述第一电流监测电路(21)，使得所述第一电压(Vlim1)基本上等于所述第一参考电压(Vref1)。

【技术特征摘要】
2018.03.05 FR 18518741.用于电负载(3)的保护电路(1)，所述保护电路(1)旨在串联连接在电能源(2)和要保护的电负载(3)之间，所述电能源(2)向电负载(3)提供电流(i)，所述保护电路特征在于，它包括：-输入(4)，用于将所述保护电路(1)连接到所述电能源(2)，-输出(5)，用于连接到所述电负载(3)，-参考电压生成器电路(13)，被布置为提供至少一个第一参考电压(Vref1)，-电流限制电路(10)，连接到所述输出(5)，所述电流限制电路被布置为限制通过它的电流(i)，-第一电流监测模块(20)，在一侧与所述电流限制电路(10)串联连接于第一连接点(25)处，在另一侧与所述输入(4)连接，所述第一电流监测模块(20)包括：-第一电流监测电路(21)，用于监测通过它的电流(i)的幅度，以及-第一平衡电路(22)，连接到所述电压生成器(13)以接收所述第一参考电压(Vref1)并且连接到所述第一连接点(25)以接收第一电压(Vlim1)，所述第一平衡电路(22)被布置为控制所述第一电流监测电路(21)，使得所述第一电压(Vlim1)基本上等于所述第一参考电压(Vref1)。2.根据权利要求1所述的保护电路(1)，其特征在于，所述电流限制电路(10)至少包括常闭型第一场效应晶体管(J1)和连接在所述第一场效应晶体管(J1)的栅极和源极之间的第一串联电阻器(Rs1)，所述第一场效应晶体管(J1)的漏极连接到所述第一连接点(25)、栅极连接到所述保护电路(1)的连接输出(5)。3.根据权利要求1-2中的一项所述的保护电路(1)，其特征在于，所述第一电流监测模块(20)至少包括：-常闭型第二场效应晶体管(J2)和连接在所述第二场效应晶体管(J2)的栅极和源极之间的第二串联电阻器(Rs2)，所述第二场效应晶体管(J2)的漏极连接到所述保护电路(1)的连接输入(4)，以及-NPN型第一双极晶体管(Q1)，其连接方式为：-所述第一双极晶体管(Q1)的集电极连接到所述第二场效应晶体管(J2)的源极，-所述第一双极晶体管(Q1)的发射极连接到所述第二场效应晶体管(J2)的栅极和所述第一连接点(25)，并且-所述第一双极晶体管(Q1)的基极连接到所述参考电压生成器(13)以接收所述第一参考电压(Vref1)。4.根据权利要求3所述的保护电路(1)，其特征在于，所述第一场效应晶体管(J1)和第二场效应晶体管(J2)由碳化硅或氮化镓制成。5.根据前述权利要求中任一项所述的保护电路(1)，其特征在于，所述参考电压生成器电路(13)在一侧链接到所述输入(4)，用于将所述保护...

【专利技术属性】
技术研发人员：李博，王苗新，
申请(专利权)人：施耐德电器工业公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR