用于保护由电网运行的单元免受过压的电路装置的制作方法

文档序号:11289656阅读:209来源:国知局
用于保护由电网运行的单元免受过压的电路装置的制造方法

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于保护由电网运行的单元免受过压的电路装置,所述电路装置具有包括第一和第二输入连接端的输入端和包括第一和第二输出连接端的输出端以及具有保护电路,所述第一和第二输入连接端与电网连接,要保护的单元可连接在所述第一和第二输出连接端上,所述保护电路设置在第一和第二输入连接端之间,以便限制施加在所述保护电路上的电压。



背景技术:

由文献ep0431215a1已知一种用于保护可关断的晶闸管免受不允许的过压的方法和装置。按照那里的教导,对可关断的晶闸管的阳极电压在参考其阴极电压的情况下进行监控并且在超过预先确定的极限值时生成控制信号,由此连接在可关断的晶闸管的门极上的负电压源被关断,并且可关断的晶闸管借助于接通电路被接通。通过这种方式可保护可关断的晶闸管免受不允许的过压。

文献de10338921a1公开了一种保护免受浪涌电压的电路装置。在那里的任务基于如下问题,即保护设备免受例如由在电压电网上的雷击产生的浪涌电压。

对此设置的保护电路除了限制装置之外还包括开关装置。开关装置包括开关元件和用于开关元件的驱控电路,以便确保足够精确的参数确定(dimensionierung),其中开关元件构成为半导体构件。

开关装置和限制装置串联设置并且如此设计,使得在可预给定的第一触发标准下将开关装置导通并且在预给定的第二触发标准下使其截止。

作为限制装置使用可变电阻和/或欧姆电阻和/或齐纳二极管。开关元件例如构成为triac(双向晶闸管)和/或diac(双向二极管)或构成为晶闸管或igbt(绝缘栅双极晶体管)。

按照de10338921a1的所有实施方式共同的是,限制元件可实现为可变电阻、电阻或齐纳二极管。



技术实现要素:

由以上所述因此本发明的任务在于,提出一种改进的用于保护由电网运行的单元免受过压的电路装置,所述电路装置具有非常快速、安全且可重复的响应行为并且以简单的方式能以合理的成本实现以及可集成在电子组件中。

本发明的任务通过按照权利要求1的特征组合的电路装置得以解决,其中从属权利要求是至少符合目的的设计方案和改进方案。

按照本发明的解决方案基于如下基本构思,直接使用功率半导体开关作为过压限制元件并且在此使功率半导体运行于钳位模式。按照本发明,使用的功率半导体通过由例如双向二极管或晶闸管二极管和瞬态二极管(tvs)或齐纳二极管组成的串联电路来驱控。

半导体自身在此设置在横向支路中,其中涉及功率半导体开关的驱控电路仅仅用于过压识别和半导体的激活。使用的功率半导体因此不仅用作进行开关的元件而且用作实际上进行限制的元件并且在该意义上实现双重功能。

在本发明的一个优选的设计方案中,保护电路通过与输入端连接的二极管桥供电,从而可识别并消散负和正的过压脉冲或相应的浪涌电流。

在另一个实施方式中,出于分流的目的,与功率半导体并联连接有晶闸管。

在晶闸管的阴极与功率半导体的发射极之间还可以设有灭弧电容器。

出于限制电压的目的,因此被动地控制功率半导体其仅仅运行于钳位模式。钳位元件包括由双向二极管和齐纳元件组成的串联电路,其中齐纳电压和双向二极管电压的和产生钳位电压。该钳位电压稍微高于最大电网频率电压,所述最大电网频率电压可能施加几秒钟、亦即所谓的tov电压(暂态过压)。因此保护电平可调节为其最小可能的值。不必遵循90%低于功率半导体的最大电压的在其他情况下通常的设计。

在出现过压的情况下,产生钳位电压uclamp=ug+udiac+uzener。

在超过击穿电压之后、例如大约1μ秒之后,双向二极管导通,并且钳位电压跌落。因此产生uclamp=ug+uzener。

如果齐纳电压正好设为电网电压,那么在消散过程期间在功率半导体中产生显著减小的能量转化。

利用晶闸管的上述并联连接,能进一步提高浪涌电流承受能力。

在该情况下,功率半导体、特别是igbt在钳位模式下承受浪涌电流,直至晶闸管激活(zünden)。

由此晶闸管由于其较低的导通电压而承受全部浪涌电流。

所提及的与晶闸管串联连接的电容器充电直至电网电压。由此低于晶闸管的保持电流并且晶闸管截止。

此外进行扩展地,电容器可以用于分析处理脉冲。根据电容器在过压脉冲之后具有何种程度的充电,可以推断出脉冲的能量。

因此本发明基于一种用于保护由电网运行的单元免受过压的电路装置,所述电路装置具有包括第一和第二输入连接端的输入端,所述第一和第二输入连接端与电网连接。此外,电路装置具有包括第一和第二输出连接端的输出端,要保护的单元可连接在所述第一和第二输出连接端上。此外,设有保护电路,所述保护电路位于第一和第二输入连接端之间,以便限制施加在所述保护电路上的电压。

按照本发明,保护电路具有功率半导体、特别是igbt,其中在功率半导体的集电极与门极之间连接有由diac(亦即双向二极管)和齐纳元件组成的串联电路,其中齐纳电压和双向二极管电压的和产生用于功率半导体的钳位电压,该钳位电压位于电网的电压之上并且限定保护电平。

在本发明的一个优选实施方式中,保护电路通过二极管桥供电。由此可以通过如下方式节省功率半导体构件,即对相关的过压或出现的浪涌电流进行整流并且用于驱控(唯一的)功率半导体。

在本发明的实施方式中,据此为了分流或者承受电流与功率半导体并联连接有晶闸管,晶闸管的阳极连接在功率半导体的集电极上,而晶闸管的阴极连接在功率半导体的发射极上,其中晶闸管的门极与功率半导体的门极连接。

符合目的地,灭弧电容器连接在晶闸管的阴极与功率半导体的发射极之间。

附图说明

以下应根据实施例以及参照附图进一步阐明本发明。其中:

图1示出用于保护单元免受过压的原理电路,所述原理电路具有作为功率半导体的igbt;

图2示出保护电路的一种实施方式,该保护电路通过与输入端连接的二极管桥供电;以及

图3示出保护电路的另一种实施方式,该保护电路具有与功率半导体并联连接的晶闸管。

具体实施方式

如图1中可见的是,按照本发明的用于保护由电网运行的单元免受过压的电路装置包括功率半导体、例如或优选igbt。

功率半导体在其集电极和其门极之间具有由diac(双向二极管)和齐纳元件ze组成的串联电路,其中齐纳电压和双向二极管电压的和产生用于功率半导体igbt的钳位电压,所述钳位电压位于电网的电压之上并且限定保护电平。

在根据图2的电路装置中,diacd2又与齐纳元件d1串联连接,其中该串联电路位于半导体开关hs的门极与集电极之间。驱控电路在该实施方式中还包括在半导体开关hs的门极与发射极之间的电阻r1。电阻r1用于门极的防干扰,但也用于在过压事件之后进行放电并且进而用于关断晶体管。

附加地存在二极管桥db,从而可处理负和正的过压脉冲。电网在图2和3中用附图标记1表示并且针对过压要保护的单元(负载)用附图标记2表示。

在根据图3的视图中存在与根据图2的驱控电路类似的驱控电路,所述驱控电路又包括diacd2以及齐纳元件d1和半导体开关hs。

与功率半导体hs并联连接有晶闸管th。

具体地,晶闸管th的阳极连接在功率半导体hs的集电极上,而晶闸管th的阴极连接在功率半导体hs的发射极上,其中晶闸管th的门极与功率半导体hs的门极连接。

在根据图3的实施方式中,在晶闸管th的阴极与功率半导体hs的发射极之间还设有灭弧电容器c1。

在该实施方式中,特别是构成为igbt的钳位半导体开关用作用于晶闸管的触发单元,其中电容器c1引起晶闸管的灭弧。

同时电容器c1可以考虑作为脉冲分析处理单元。

对此存在如下可能,即进行脉冲的峰值检测或电荷积分,用以确定干扰脉冲的能量含量。

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