[发明专利]响应功率扰动变化率的浪涌抑制电路

说明书

本发明一般涉及用于保护一个设备及其负载使之免受电源电压的浪涌影响的设备，特别地，涉及响应表示浪涌的电源电压变化率以将通过负载的电压钳位到给定的电压级的浪涌抑制电路。

公知用于保护负载使之免受电源电压的浪涌影响的各种装置和布置。通常，使用两种方法：串联和并联保护。在串联保护中，使用高阻抗与负载串联以在浪涌期间阻断或限制浪涌电流。在并联保护中，通过低阻抗分流来转移浪涌电流。本发明提供并联保护。

公知使用电压钳位装置和急剧短路装置来提供并联浪涌保护。电压钳位器件将通过负载的电压钳位到给定的电压级。普通型钳位器件是金属氧化物变阻器(MOV)。如果单独使用来提供并联保护，MOV必须具有基本大于标称电源电压从而其最大连续操作电压(MCOV)大于标称电源电压的钳位电压。公知的急剧短路器件包括气体放电管和晶闸管。这些器件通常具有高阻抗并当电源电压浪涌超过气体放电管中气体的击穿电压，或足够高到可以激励触发电路以接通晶闸管时被转换到低阻抗。气体放电管的主要困难在于甚至当电压过零时，其也难于关断。单独使用时，急剧短路器件的固有局限性在于其转换到与负载并联的低阻抗将负载电压降到标称值以下。

美国专利No.4,912,589提出一种浪涌抑制电路，其中钳位器件如MOV与气体管形式的急剧短路器件或触发器件如晶闸管整流器(SCR)或双向三端晶闸管(TRIAC)并联连接。当浪涌超过击穿或触发电压时，与钳位器件并联的触发电路接通急剧短路器件。从而该电路响应浪涌电压的幅值。

美国专利No.5,621,599公开了一种称为“switched MOV device”的并联保护电路。在这种电路中，MOV通过负载与TRIAC串联连接。由电阻电路提供到门控的电压触发TRIAC从而电路还是电压响应的。

这些利用急剧短路器件的公知保护电路的局限性，以及关断其的困难，在于其响应相当慢。并且，公知的响应电压的并联浪涌抑制电路有意地被谐波和/或瞬时过电压干扰触发。

从而存在改进浪涌抑制电路的需求。这包括不响应谐波或瞬时过电压干扰的浪涌抑制电路的需求。

同样存在具有作为不要求MCOV大于标称电源电压的钳位器件MOV的改进浪涌抑制电路的需求。

通过本发明来满足这些需求或其它需求，本发明提供一种响应电源电压的幅值变化率而不是响应电源电压幅值的浪涌抑制电路。电噪声、谐波和/或瞬时过电压干扰不能触发这种改进的不受线电压影响的浪涌抑制电路。只有当出现高dV/dt瞬态干扰时，其才被触发。在没有这些瞬态干扰的情况下，电路稳定。

这种改进的浪涌抑制电路包括：用来限制电压达到给定钳位电压的电压钳位装置；用于响应触发信号从电流阻断状态可转换到电流导通状态的急剧短路装置；以及连接到电源电压和急剧短路装置以响应电源电压幅值给定变化率产生触发信号的触发装置。急剧短路装置和电压钳位装置串联连接通过交流电源并与设施的配电系统和负载并联连接。触发信号转换急剧短路装置到接通或关断状态。急剧短路装置从包括TRIAC、可控硅整流器(SCR)和四端晶闸管的组中选择。最好，触发装置是连接到急剧短路装置门控电极上的串联电阻器、电容器电路。最好，电压钳位装置从包括金属氧化物变阻器、齐纳二极管和硅雪崩二极管的组中选择。

对于较重载应用，电压钳位装置包括多个并联连接的电压钳位器件以及急剧短路装置同样包括多个并联连接的急剧短路器件。对所有急剧短路装置提供普通的RC触发电路。

在急剧短路装置如TRIAC沿一个方向具有较迅速的接通特性的情况下，以及在单极急剧短路装置如SCR的情况下，浪涌抑制电路包括正向子电路和反并联的负向子电路，其每个具有钳位装置、急剧短路装置和响应给定电源电压变化率将触发信号提供到急剧短路装置的相关触发装置。正向和负向子电路也具有多个并联连接的钳位器件和并联连接的急剧短路器件，其与多个钳位装置串联，以及每个子电路具有其自己的通用触发电路。

在本发明的具有多个急剧短路器件的实施例中，最好具有匹配电感和与急剧短路器件串联的最小容差以有助于均衡通过并联器件电流的阻抗。这些阻抗最好引入一些与急剧短路器件串联的电感以协助电流的均衡。在本发明的示范性实施例中，这些阻抗是提供一些串联电感的熔断器或可熔断电阻器。电压钳位器件由具有比钳位器件更低电阻的电阻器来分流以减少通过这些器件的电压。这允许浪涌抑制电路可用于低电压系统中通常使用的全部电压范围(如，100至600VAC)。