[发明专利]防止电路过电压的保护装置和包含此类装置的电源构件

说明书

技术领域

本发明涉及用于防止电路过电压的装置和包括此类装置的电源构件，所述装置即是被设计为对施加在该电路的端子之间的电压进行限制的装置。

背景技术

为了确保电路和组成这些电路的组件正常运行，电路领域的一个议题是防止电路过电压。实际上，在电路的两个端子之间所施加的过电压可以导致电路被损坏。过电压通常来自在该电路的端子之间可能被施加的静电放电。

在防止过电压领域中，使用诸如非线性电阻或者齐纳二极管之类的组件已为人们所知。齐纳二极管更具体地对应于功率齐纳二极管，所述功率齐纳二极管的额定功率例如大于10W。

例如当非线性电阻与待进行过电压保护的电路并联连接时，该非线性电阻使得能够在对所述电路的端子之间的电压进行限制的同时消耗因过电压而产生的能量。然而，非线性电阻提供的电压限制(也称为电压限幅)是有限的。

功率齐纳二极管具有非常好的电压限幅功率并因此使得能够限制待进行过电压保护的电路的端子之间的电压。然而，功率齐纳二极管消耗因过电压而产生的过剩能量的能力非常有限，这会在出现过电压时导致功率齐纳二极管的损坏。

在图3中，该曲线图使用曲线100示出了非线性电阻的电流-电压特性并使用曲线102示出了功率齐纳二极管的电流-电压特性。曲线100、102阐明了非线性电阻的有限的电压限幅能力并示出了功率齐纳二极管具有比非线性电阻更好的电压限幅能力。实际上，对于负电流，在非线性电阻和功率齐纳二极管的传导区104处曲线102的斜率大于曲线100的斜率。

使用包括与非线性电阻并联连接的功率齐纳二极管的装置也为人们所知。功率齐纳二极管被连接在待进行过电压保护的电路的端子之间。然而，在这样的装置中，当非线性电阻的端子之间的电压由于过电压而显著增大时，功率齐纳二极管的端子之间的电压也大幅增大，这导致了功率齐纳二极管的损坏。此外，在此类型的装置中，为功率齐纳二极管选择的第一额定电压值取决于为非线性电阻选择的第二额定电压值。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种装置，该装置用于防止电路过电压，并使得能够提高与过电压的出现有关的过剩能量的消耗以及用于对电路端子之间的电压的进行限幅。

为此，本发明涉及一种用于防止电路过电压的装置，所述装置包括非线性电阻和齐纳二极管，所述非线性电阻被设计为连接在所述电路的电源的端子之间，所述齐纳二极管和所述非线性电阻各自包括第一连接端和第二连接端，所述齐纳二极管的第一端连接到所述非线性电阻的第一端。根据本发明，所述装置还包括电流限制器组件，所述电流限制器组件能够限制通过自身的电流的强度，所述电流限制器组件连接在所述非线性电阻的第二端和所述齐纳二极管的第二端之间。

得益于本发明，当出现过电压时，自所述电流限制器组件输出的电流的强度是有限的，这使得能够将通过所述齐纳二极管的电流的强度限制为例如小于一强度值，当超过所述强度值时可能会损坏二极管。因此，当出现过电压时，出现峰值电流并且在所述电流的一部分通过所述电流限制器组件的同时，所述电流限制器组件阻止所述电流中另一部分通过所述非线性电阻的电流。于是所述非线性电阻能够消耗与过电压有关的过剩能量。此外，所述齐纳二极管具有非常高的电压限幅功率，这使得能够很好地防止电路过电压。所提出的装置因此使得能够在避免齐纳二极管损坏的同时更好地防止电路过电压。

根据本发明的其他有利的方面，所述保护装置还包括一个或更多个下列特征，这些特征可以被单独考虑或者根据任何技术上可能的组合进行考虑：

所述齐纳二极管连接在所述电路的端子之间。

所述电流限制器组件包括诸如JFET晶体管或MOS晶体管之类的场效应晶体管。

所述场效应晶体管包括由具有宽带隙的材料制成的半导体衬底，所述具有宽带隙的材料对应于硅或碳化硅。

所述场效应晶体管是具有由碳化硅制成的衬底的VJFET(垂直结型FET)。

所述齐纳二极管是分立式钳位(Transil)二极管。

所述非线性电阻是变阻器。

所述非线性电阻的额定电压大于由所述电源提供的电压，优选地至少是所述电源所提供的电压的1.5倍。

所述电流限制器组件能够将通过自身的电流的强度限制为小于或等于阈值的值，并且强度大于或等于所述阈值的电流能够通过所述齐纳二极管。

本发明还涉及一种电源构件，包括电源和用于防止电路过电压的装置。根据本发明，所述保护装置是上文定义的装置，并且所述非线性电阻被连接在所述电源的端子之间。

附图说明