[发明专利]过压保护设备

说明书

一种过压保护设备，能够保护电源线，并且包括并联的穿通二极管、受控开关以及用于控制开关的电路。

技术领域

本公开涉及一种过压保护设备，并且更具体地涉及一种能够保护电源线的过压保护设备。

背景技术

过压保护设备是当其两端的电压超过给定阈值时接通的部件或电路，给定阈值称作击穿电压并且通常标记为V_BR。

第一类型保护部件是雪崩二极管类型，具有如图1所示的电流-电压特性曲线。当跨该部件的电压超过击穿电压V_BR时，部件接通。理想地，跨部件的电压保持等于V_BR而电流增大。实际上，如图1所示，特性曲线并非是垂直的，并且跨部件的电压超过值V_BR而过压被吸收，也即大值的电流I流过部件。

该类型部件的缺点在于，在过压吸收阶段期间，跨部件的电压保持大于或等于击穿电压V_BR，也即在该阶段期间，部件必需吸收大于V_BR×I的电能。这导致必需形成具有足够大尺寸以能够吸收该电能而不会受损的部件。当前，对于大于100伏的电压V_BR而言，例如在300伏的量级，这导致部件尺寸大于若干cm²，例如在10cm²的量级。然而该部件制作为二极管芯片堆叠的形式，例如每一个具有8.6×8.6mm²表面面积的十四个基本部件的堆叠以达到430V击穿电压。这些部件因此是昂贵和大型的。

第二类型的保护部件是穿通(break-over)类型、肖特基二极管类型、或无栅极晶闸管类型。穿通部件的电流-电压特性曲线示出在图2中。当跨部件的电压超过击穿电压V_BR时，该电压急速下降并且随后跟随基本垂直的特性曲线I。

该第二类型部件的优点在于部件中过压所耗散的能量与雪崩二极管类型设备中耗散的能量相比较低，假设跨部件的电压在过强流动期间非常低。该第二类型部件的缺点在于，只要部件两端存在电压，所述部件就保持接通，仅在其两端的电压使得该部件中电流变得小于保持电流I_h时，保护部件返回至断开。对于具有近似范围从50至1000伏的击穿电压V_BR的保护部件而言，根据部件的击穿电压，该保持电流当前具有近似范围从100mA至1A的值。

因此，穿通类型保护部件用于其中这些部件意在保护具有越过零值操作电压的线路的电路-这对于数据传输线而言特别适用。

如图3所示，如图需要保护形成了连接至诸如太阳能发电设施10之类的电源设备的输出的电源线(例如连接至逆变器12)的线路L1，可以通常不使用穿通保护部件，这是因为在过压发生之后，例如对应于对线路L1的雷电电涌，线路L1上的电压保持为正并且保护部件保持导电。

如图4A所示，在施加了过压之后，电源10的输出处的电压V_DC被短路，并且短路电流I_SC流过其中。电源看到跨其端子的内部电阻R_i和保护二极管的接通状态电阻R_D。电压V_D＝V_DC(R_D/(Ri+R_D))继而存在于保护二极管两端。

图4B示出了对应于该具体情形的二极管的特性曲线的一部分。在大多数实际配置中，对应于短路电流I_SC的电势V_D远大于对应于穿通部件的保持电流I_h的电压V_h。作为示例，对于150mA保持电流I_h，电压V_h可以是2V的量级。因此现有技术无法使用穿通部件以保护DC电源线。因此使用雪崩二极管类型的保护设备，其具有巨大表面积以及因此具有高成本。

此处需要克服该缺点。

发明内容