[发明专利]电压短路器

说明书

本发明提供一种电子势垒装置，其可形成例如隔离势垒或zener势垒的另一装置的部分，且包括例如至少一个zener装置的电压限制器，用于在故障状况期间限制电路中的电压，所述势垒装置包含被布置成锁存在所述至少一个zener装置上以降低所述电路故障状况下所述至少一个zener装置中的功率耗散的短路器装置，其中所述短路器装置被布置成响应于所述势垒装置中感测到的电流的变化而锁存。

技术领域

本发明涉及一种电压分流装置(voltage shunt device)，例如还称为电压短路器(voltage crowbar)且明确地说但非排他性地，涉及一种用于降低势垒装置中的功率耗散的电压分流装置，所述势垒装置用于本质安全的系统且例如见于隔离势垒或齐纳势垒(zener barrier)中。

背景技术

势垒装置通常包括电压限制器，例如提供电压限制的zener群组、用以限制Zener中的电流的熔丝及在装置的输出支腿上用以限制输出电流以限定的zener钳位电压出现的限制电阻器。Zener和电阻器必须在不超过其最大额定值的2/3下使用，且熔丝必须被认为在其额定值的1.7倍的持续电流下保持无破损。

然而，此类布置可能证明是有问题的，因为在故障状况下，即当zener正钳位电压时，zener中的功率耗散可能变得相当大，且所生成的热可能证明难以耗散，特别是在隔离势垒或zener势垒装置的典型小外壳中。

举例来说且注意到上述额定值特性，对于70mA的持续电流，将需要100mA的熔丝。如果输出电压最大为20V，则将需要20V zener。此布置将生成(0.1A×1.7)×20V＝3.4W的热以在故障状况下耗散，且因此对于zener将需要连续5.1W的额定值。耗散此类功率且提供合适的zener可能是不可能的。为了缓解此类功率耗散问题，已知解决方案是使用所谓的电压短路器装置。此类装置用于在zener达到zener最小电压(根据zener公差)之前检测zener处的电压，且如果所述电压超过限制，则在zener上激发锁存短路。作为一实例，此类短路可能在短路器上提供1V，且在电流为100mA×1.7的情况下，短路器装置中的耗散功率将仅为0.17W-与先前在Zener中出现的3.4W相比。

为了进一步说明当前技术，且转到图1，提供了一种基本势垒装置的图，其中在输入104处存在具有未定义电流能力的未定义电压，使得其功率中的一些或全部在输出105上可用。所述电压在Zener电压Vz下经受zener钳位101，以确保最大值≤Vz。在使电流通过限制电阻器103时，此现在受保护的电压将输出105上可用的最大电流抑制为≤Vz÷Rl。

如上文所指出，此类值应在以下条件下保持有效：所有组件的功率参数必须为额定值的2/3。因此，为了保护zener以免违反此规则，串联熔丝102用以将连续电流限制为标称熔丝值的1.7倍(所述因数被认为是安全的且用作标准)。出于实际原因，为了长期可靠性，熔丝额定值必须至少与输出短路电流相同，且优选地超过输出短路电流达安全因数。

这意味着，如果zener经历如在数据表中指定的最大允许连续功率的最大2/3的连续功率，则其只可能在减小值(包含短路)而非在增大值(包含断路)方面发生故障。

而且，如果电阻器经历如在数据表中指定的最大允许连续功率的最大2/3的连续功率，则其只可能在增大值(包含断路)而非在减小值(包含短路)方面发生故障。

另外，根据其数据表，两种组件类型还必须能够耐受1.5倍的可能瞬变。

又另外，必须应用温度降额(temperature de-rating)，且分隔距离将为安全要求。

最后，势垒中从输入边界106到输出边界107的距离可为zener势垒的部分或更复杂设备(例如，隔离势垒)的部分，且使得本质安全的信号可在输出边界之后可用。