一种桥式结构的浪涌保护电路制造技术

本发明专利技术公开一种桥式结构的浪涌保护电路，由两个限流型器件和两个限压型器件组成电桥，两个限流型器件采用电感，两个限压型器件均以电容与压敏电阻并联组成，压敏电阻以一电阻和一TVS二极管串联组成；本发明专利技术综合了限压型器件和限流型器件构成电桥结构，相邻桥臂分别采用不同交直流阻抗特性的器件，利用器件在低频的正常工作状态下和出现浪涌脉冲的瞬态下不同的阻抗响应抵消浪涌影响，各器件以电容、电感等无源器件为主，可保证足够高的响应速度；通过对各桥臂器件参数的匹配设计即可将浪涌的影响降至最低，还可大大降低各电容、电感等器件的体积，使用很方便。

【技术实现步骤摘要】
一种桥式结构的浪涌保护电路
本专利技术涉及一种浪涌保护电路，主要用于各种大功率电子设备电源端口的防浪涌保护。
技术介绍
浪涌是造成用电设备损坏的常见原因，特别是采用架空电缆供电的电子设备，例如户外列车上的电子设备，浪涌经由电源线破坏连接于机车供电母线上的列车电子设备，为此，浪涌保护一直是车载电子设备设计的重点。浪涌是发生在微秒级时间内的一种剧烈脉冲，严重超出正常工作电压。引起浪涌的因素包括雷击、电网瞬态过程等。雷击是引起浪涌的常见原因，它引起单相脉冲电涌，能量巨大，对用电设备尤其是户外架空电缆供电的设备具有严重的破坏作用。在雷击放电时，以雷击为中心1.5~2kM范围内，都可能产生危险的过电压，包括感应雷击电涌过电压、直接雷击电涌过电压、雷击传导电涌过电压、振荡电涌过电压等等。直接雷击是最严重的事件，发生雷击时架空输电线电压将上升到几十万伏特，电流可在电力线上传输一公里或更远，在雷击点附近的峰值电流可达100kA以上，在用电器处低压线路的每相电流可达到5kA到10kA。间接雷击和电力系统浪涌能量较小，但发生概率高，大部分用电设备损坏与其有关。常见电力系统浪涌发生的原因是在电力系统内部状态变化，如电力大负荷的投入和切除、感性负荷的投入和切除、功率因素补偿电容器的投入和切除、短路故障等，引起的电力内部电磁能量转换或传输过渡过程，将在电力系统内出现过电压。浪涌对敏感电子电器设备的影响包括：造成用电设备内部器件电源端、信号输入输出端瞬间出现过高的电压，破坏元器件金属化表层，甚至击穿半导体器件；瞬间电压可能锁死晶闸管、双向可控硅或CMOS器件等元件失控，造成器件工作于非正常状态，使器件通过过大电流而烧毁；过电压会破坏印刷电路板印刷线路或接触点；瞬间的电压波动会对设备造成干扰，使通信传输数据的错误，数据处理程序出错，数据文件部分破坏；频繁的过电压会造成器件老化加速，大大缩短设备寿命。当前，为保护设备免受通过电源线进入的静电、雷击、开关等高电压浪涌的影响，广泛采用的保护电路有：开关型、限压型、分流型或扼流型等等。其基本技术原理包括两个方面：1.利用压敏电阻（VDR）、瞬变抑制二极管（TVS）、气体放电管等限压型器件限制线路电压。这些器件并联在设备输入线路两端，在线路电压处于正常范围内时呈现很大的阻抗，当浪涌电压进入设备时，线路电压超过容限，器件阻抗快速下降，吸收浪涌电流，以保证线路电压不至于过高。但对于这几种器件在应对高压浪涌时，均有它们的局限性：压敏电阻动作时能吸收较大能量，但响应速度慢，不能很快地抑制电压突变；瞬变抑制二极管响应速度快，但其吸收瞬时功率有限，在大电流通过的情况下极易过流烧毁；气体放电管放电过程不可靠。2.利用电感等限流型器件限制浪涌电流。这些器件串联在设备输入线路中，正常情况下，线路频率较低，器件呈现很小的阻抗，而对于浪涌进入设备时携带的大量高频成分则呈现较高的阻抗，以此阻挡浪涌电流进入设备。其存在的缺陷是：正常工作状态下，保护器件的阻抗必须非常大，尤其对于大功率用电设备的电源进线，为此，电感需采用较粗的绕线线径，那么大电感值就造成电感体积很大，使用不方便。
技术实现思路
本专利技术针对当前使用的浪涌保护电路所存在的问题，提出一种体积小、响应速度快、抑制浪涌效果好的桥式结构的浪涌保护电路。本专利技术采用的技术方案是：本专利技术由两个限流型器件和两个限压型器件组成电桥，第一限流型器件和第一限压型器件串接，第二限压型器件和第二限流型器件串接，第一限流型器件和第二限压型器件并接在a点，第一限压型器件和第二限流型器件并接在d点，a、d两点接至电源输入；电桥中间桥路的b、c两点引出电源输出。进一步地，两个限流型器件采用电感，两个限压型器件均以电容与压敏电阻并联组成，压敏电阻以一电阻和一TVS二极管串联组成。本专利技术采用上述技术方案后具有的有益效果是：1、本专利技术综合了限压型器件和限流型器件构成电桥结构，相邻桥臂分别采用不同交直流阻抗特性的器件，利用器件在低频的正常工作状态下和出现浪涌脉冲的瞬态下不同的阻抗响应抵消浪涌影响，正常工作状态下阻抗很大，当出现浪涌脉冲时阻抗下降。2、本专利技术中各器件以电容、电感等无源器件为主，可保证足够高的响应速度。3、通过对各桥臂器件参数的匹配设计即可将浪涌的影响降至最低，还可大大降低各电容、电感等器件的体积，使用很方便。附图说明图1为本专利技术一种桥式结构的浪涌保护电路的结构图；图2为实施例中的浪涌保护电路的结构图；图中：1、4.限流型器件；2、3.限压型器件；11、41、51.电感；21、31、52.电容；22、32.电阻；23、33.TVS二极管。具体实施方式参见图1，本专利技术由限流型器件1、限流型器件4、限压型器件2和限压型器件3组成电桥，限流型器件1和限压型器件2串接，限压型器件3和限流型器件4串接。限流型器件1和限压型器件3并接在a点，限压型器件2和限流型器件4并接在d点，电源输入接至a、d点。限流型器件1和限压型器件2之间的b点、限压型器件3和限流型器件4之间的c点是电桥中间桥路点，从b、c点引出电源输出。正常工作状态下，限流型器件1、4阻抗很小，基本无压降；当出现浪涌脉冲时，随着输入电压的快速升高，限流型器件1、4的阻抗增大，压降升高。而限压型器件2、3与此相反，正常工作状态下阻抗很大，基本无电流通过，负载可获得全部供电能量；当出现浪涌脉冲时，限压型器件2、3阻抗较小，压降降低，如此，负载电源正极电位下降，负极电位上升，抵消了浪涌电压的影响。随着浪涌脉冲的持续，各器件的阻抗趋于静态参数，浪涌脉冲影响逐渐加大，当脉冲达到一定水平时，开关器件启动再次改变各器件的阻抗状况，使电桥趋于平衡状态，抵消浪涌脉冲的影响。本专利技术可通过对电桥各桥臂器件参数的匹配设计，只需保证在浪涌电压达到顶峰附近时使器件阻抗满足电桥平衡条件，即可将浪涌对负载电源电压影响降至最低。以下提供本专利技术的一个效果显著的实施例。实施例参见图2，限流型器件1、4采用电感，限压型器件2、3采用电容与压敏电阻并联，压敏电阻是以一电阻和一TVS二极管串联。具体为：以电感11作为限流型器件1，以电感41为限流型器件4，以电阻22、TVS二极管23串联再与电容21并联作为限压型器件2，以电阻32、TVS二极管33串联再与电容31并联作为限压型器件3。其中电感11与41参数相同，电感值相同均取10μH，电容21和电容31的电容值相同均取1000pF，电阻22和电阻32的阻值相同均取2Ω，TVS二极管23和TVS二极管33均选用5KE150CA。工作方法如下：1、正常工作状态下，电感11与电感41上基本无压降，输出电压即输入电压。2、出现浪涌脉冲时，随着输入电压的快速升高，电感11与电感41阻止脉冲电流通过，同时电容21抑制b、d点之间电压的突变，电容31抑制a、c点之间电压的突变。如此输入端a、d之间的电压突然升高，b点电位随d点下降，c点电位随a点上升，使b、c点之间的电压朝着浪涌脉冲相反的方向变化，在浪涌脉冲的初期抵消了浪涌电压的影响。3、随着电容21、电容31充电结束，电压随浪涌脉冲升高，TVS二极管23、33将在电压达到约150V时导通，则限压型器件2、3的等效阻抗降至约为电阻22、电阻32的阻值2Ω。电桥各桥臂将阻抗的比例关系再次本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种桥式结构的浪涌保护电路，其特征是：由两个限流型器件和两个限压型器件组成电桥，第一限流型器件（1）和第一限压型器件（2）串接，第二限压型器件（3）和第二限流型器件（4）串接，第一限流型器件（1）和第二限压型器件（3）并接在a点，第一限压型器件（2）和第二限流型器件（4）并接在d点， a、d两点接至电源输入；电桥中间桥路的b、c两点引出电源输出。

【技术特征摘要】
1.一种桥式结构的浪涌保护电路，其特征是：由两个限流型器件和两个限压型器件组成电桥，第一限流型器件（1）和第一限压型器件（2）串接，第二限压型器件（3）和第二限流型器件（4）串接，第一限流型器件（1）和第二限压型器件（3）并接在a点，第一限压型器件（2）和第二限流型器件（4）并接在d点，a、d两点接至电源输入；电桥中间桥路的b、c两点引出电源输出。2.根据权利要求1所述一种桥式结构的浪涌保护电路，其特征是：两个限流型器件采用电感，两个限压型器件均以电容与压敏电阻并联组成，压敏电阻以一电阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦云，樊曦，赵德安，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32