專利名稱：一種采用bod元件的大容量電容器過電壓保護電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電路，具體講涉及一種采用BOD元件的大容量電容器過電壓保護電路。
背景技術(shù)：
一種采用BOD元件保護晶閘管過電壓電路原理圖見圖1。BOD元件常用于此保護電路中。而且BOD元件可多個串聯(lián)，以達到合理的保護電壓值。BOD元件伏安特性見圖2。 圖2中的Vm即是BOD元件的動作值，當BOD元件兩端電壓低于Vto時，流過BOD元件的漏電流很小，約IOOuA左右，當BOD元件兩端電壓達到Vto時，且流過其電流Im達到約15mA時， BOD元件導(dǎo)通，其兩端電壓Vh為約4 6V，流過其電流最大可達0. 9A，具體電流看電路中的限流電阻及電壓。參見圖1，當晶閘管T端電壓超過保護整定值時，BOD元件將被擊穿，電容C2充電， 當C2兩端電壓超過D4穩(wěn)壓管的值時，D4被擊穿，將觸發(fā)晶閘管T的門極，使晶閘管T導(dǎo)通， 晶閘管T兩端的電壓迅速下降，當其電壓小于BOD元件的擊穿電壓時BOD元件關(guān)斷，不會再有觸發(fā)門電流發(fā)出。晶閘管T承受的電壓有限，所以合理的選擇BOD元件的參數(shù)，可使得在晶閘管T承受危險的電壓之前通過BOD元件將晶閘管T觸發(fā)導(dǎo)通，避免損壞晶閘管T。以上的常規(guī)保護電路在晶閘管T過壓時，BOD元件導(dǎo)通將觸發(fā)晶閘管，晶閘管T兩端電壓迅速下降，所以在R1上消耗的功率較小，R1可用較小體積的電阻。而如果被保護的是一個大容量電容器，且在電容器過電壓時，BOD動作后不能迅速將大容量電容器上的電壓降為0，只是將大容量電容器的充電回路切斷，導(dǎo)致大容量電容器上的電壓將維持較長一段時間，那么R1上消耗的功率將會較大，R1必須用較大體積的電阻才能實現(xiàn)，這就增大了電路板的體積。且不同的保護電壓值要用不同的BOD元件，這就使得在工程應(yīng)用中較為麻煩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決以上的兩個問題，采用BOD元件的大容量電容器過電壓保護電路，來保護大容量電容器的過電壓。本發(fā)明采用下述技術(shù)方案予以實施一種采用BOD元件的大容量電容器過電壓保護電路，其改進之處在于，所述過電壓保護電路包括BODl元件、儲能電容、二極管、分壓電阻、回路放電電阻、限流電阻及晶閘管Q1。本發(fā)明提供的一種優(yōu)選的技術(shù)方案是所述儲能電容包括Cl和C2，所述二極管包括Dl和D2，所述分壓電阻包括Rl和R2，所述回路放電電阻為R3，所述限流電阻包括R4和 R5 ；所述分壓電阻Rl和R2并聯(lián)；在所述分壓電阻Rl和R2之間的連接線上依次連接有二極管Dl、BODl元件、限流電阻R4和R5 ；所述儲能電容Cl連接在二極管Dl的左側(cè)；所述回路放電電阻R3連接在BODl元件和限流電阻R4之間；所述儲能電容C2連接在限流電阻R4和R5之間；所述二極管D2連接在限流電阻R5的左側(cè)；所述分壓電阻R2、儲能電容Cl、回路放電電阻R3、儲能電容C2和二極管D2依次并聯(lián)；所述晶閘管Ql和二極管D2并聯(lián)。本發(fā)明提供的第二優(yōu)選的技術(shù)方案是所述過電壓保護電路具有連續(xù)發(fā)出觸發(fā)特性。本發(fā)明提供的第三優(yōu)選的技術(shù)方案是根據(jù)公式Rl = υ2/Ρ來確定所述分壓電阻 R1，所述U為當C1、R2或者所述過電壓保護電路的其他元件短路時Rl承受最高的保護電壓值；功率P為6W。本發(fā)明提供的第四優(yōu)選的技術(shù)方案是根據(jù)公式Vbq = U*R2/(R1+R2)來確定所述分壓電阻R2，所述Vbq為BODl元件的動作值。本發(fā)明提供的第五優(yōu)選的技術(shù)方案是所述儲能電容Cl的值為3XVto ；根據(jù)公式 Cl * Vb20 /2=C2 *152/2計算所述儲能電容C2。本發(fā)明提供的第六優(yōu)選的技術(shù)方案是所述回路放電電阻R3為Ik 證歐姆。本發(fā)明提供的第七優(yōu)選的技術(shù)方案是所述限流電阻R4為1 5歐姆；所述限流電阻R5為2 10歐姆，功率選擇為6W。本發(fā)明提供的第八優(yōu)選的技術(shù)方案是所述二極管Dl選擇反相電壓較高的快恢復(fù)二極管；所述二極管D2選擇肖特基二極管。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明達到的有益效果是(1)本發(fā)明提供的采用BOD元件的大容量電容器過電壓保護電路，可保護大容量電容器，其過壓后持續(xù)一段較長時間，此時過電壓保護電路不能損壞；(2)本發(fā)明提供的采用BOD元件的大容量電容器過電壓保護電路可調(diào)整一個電阻值，即可設(shè)定不同的電壓保護值；(3)本發(fā)明提供的采用BOD元件的大容量電容器過電壓保護電路，可在保護電壓值時連續(xù)觸發(fā)；(4)本發(fā)明提供的采用BOD元件的大容量電容器過電壓保護電路，其能量取自被保護的大容量電容器。


圖1是大容量電容器C采用BOD元件保護晶閘管過電壓電路原理圖；圖2是采用BOD元件保護晶閘管過電壓電路中BOD元件動作伏安特性示意圖；圖3是本發(fā)明采用BOD元件的大容量電容的過電壓保護電路原理圖；圖4是Cl兩端的單次觸發(fā)波形圖；圖5是Cl兩端的連續(xù)觸發(fā)波形圖；圖6是C1、C2兩端波形圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做進一步的詳細說明。BOD元件為擊穿二極管，為Breakover Diodes的縮寫。圖3是采用BOD元件的大容量電容的過電壓保護電路原理圖，包括BODl元件、儲能電容Cl和C2、二極管Dl和D2、分壓電阻Rl和R2、回路放電電阻R3、限流電阻R4和R5以及晶閘管Ql ；分壓電阻Rl和R2并聯(lián)；在分壓電阻Rl和R2之間的連接線上依次連接有二極管D1、B0D1元件、限流電阻R4和 R5 ；儲能電容Cl連接在二極管Dl的左側(cè)；回路放電電阻R3連接在BODl元件和限流電阻R4 之間；儲能電容C2連接在限流電阻R4和R5之間；二極管D2連接在限流電阻R5的左側(cè)； 分壓電阻R2、儲能電容Cl、回路放電電阻R3、儲能電容C2和二極管D2依次并聯(lián)；晶閘管Ql
和二極管D2并聯(lián)。大容量電容器C連接在過電壓保護電路的左端，以起到保護大容量電容器C的作用。采用BOD元件的大容量電容的過電壓保護電路的工作原理為確定保護電壓值后，確定分壓電阻R1、R2的值，使得R2的分壓值等于BODl元件動作值，BODl元件動作后將 Cl上儲存的能量通過R4傳遞給C2，C的電容值遠大于Cl，那么C2上的電壓就遠小于Cl，在通過限流電阻R5觸發(fā)晶閘管，使得晶閘管導(dǎo)通，切斷給電容器充電的回路。如果大容量電容器上的電壓在保護值以上，那么本電路可連續(xù)發(fā)出觸發(fā)晶閘管脈沖，連續(xù)時間間隔約為t =R1*C1充電時間常數(shù)。本電路不需要大功率電阻，減小了電路板的尺寸。BOD元件選用一種常用型號，調(diào)整電路中電阻即可完成不同保護電壓的目的，調(diào)整電阻值比選用不同動作值的BOD元件方便而且精確。其難點就是本電路中的組容元件參數(shù)的選擇。本電路參數(shù)的選擇如下(I)Rl參數(shù)的選擇當確定保護電壓值U后，先確定Rl的值，根據(jù)公式Rl = U2/P 來確定，其中P選擇6W，此方法選擇Rl值是考慮當Cl、R2或者其他元件短路時Rl要承受最高的保護電壓值U，在承受此電壓值的情況下Rl要正常工作，不能過功率、不能燃燒。(2) R2參數(shù)的選擇當確定Rl后，根據(jù)公式Vbq = U*R2/ (R1+R2)來確定R2的值， 其中Vbq為BODl元件的動作值已確定，U保護電壓值已確定，Rl在(1)中已經(jīng)確定，R2選擇功率為6W的電阻。(3)Cl參數(shù)的選擇為了安全考慮，Cl的耐壓值選擇為3XVto。電容值選擇在此電壓下合適的電容值，因為BODl元件在通過15mA時工作最可靠，所以選擇合適的Cl容值。 如果Cl的容值選用在此電壓等級下的最大容值仍不夠大，可考慮2個或者多個并聯(lián)以增大容值。Cl兩端的單次觸發(fā)波形和連續(xù)觸發(fā)波形如圖4和5所示。(4)R3參數(shù)的選擇R3為回路放電電阻，其值要遠大于(R4+R5)的值，如果R3的值與(R4+R5)的值相當，那么將會有一半的能量消耗在R3上，導(dǎo)致不能觸發(fā)晶閘管，同時R3 的體積也會增大。一般選擇Ik 證歐姆左右。(5) R4參數(shù)的選擇R4為限流電阻，通過R4，將Cl上的能量傳遞給C2，同時通過R5 觸發(fā)晶閘管。R4不能選擇太大，否則影響及時性，且功耗增加，R4的功率選擇為6W，其阻值選擇為1 5歐姆。(6)C2參數(shù)的選擇因為觸發(fā)晶閘管門極電壓不需要太高，所以C2上的電壓控制在15V左右，C2的耐壓值可選擇63V，3倍以上的裕量。C2的容值可根據(jù)公式 Cl*VB2Q/2=C2*152/2計算，其中Cl、Vbo已確定，那么C2可計算確定，C2可適當選擇偏小的值，因為部分能量要觸發(fā)晶閘管。如圖6所示，上面的波形為Cl兩端的波形，下面的波形為 C2兩端的波形。(7)R5參數(shù)的選擇R5為觸發(fā)晶閘管門極的限流電阻，其阻值不能太大，否則影響觸發(fā)電流太小，不能觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管，選擇2 10歐姆，功率選擇為6W。(S)Dl參數(shù)的選擇D1的主要功能是防止BODl元件承受反相電壓是被擊穿損壞， 因為BODl元件承受反相電壓大約既幾十伏左右，所以加入D1，用于保護BODl元件，選擇反相電壓較高的快恢復(fù)二極管，如FR307等。(9)D2參數(shù)的選擇D2為保護晶閘管Ql的二極管，防止晶閘管Ql的陰極電壓高于門極電壓而損壞晶閘管Ql的門極，需要導(dǎo)通壓降要低，反相電壓要求不高，所以選擇肖特基二極管，如SR206。本發(fā)明提供的保護電路，保護的是一個大容量電容器過電壓，電容器的容量約為 6mF，正常工作電壓值約為1. 3kVDC，過電壓保護值整定為2kVDC。當電容器上的電壓超過了 2kVDC，保護電路動作，切斷給電容器充電的回路，電容器上的電壓不再上升，并通過與其并聯(lián)的約40k歐姆電阻開始放電，直到電容器上的電荷放完為止。本發(fā)明提供的電路是當電容器過電壓時的可靠動作，而且電容器的能量較大，其放電時間較長，在較長的一段時間內(nèi)本電路需要承受較高的電壓，在此期間，本電路不能損壞，以確保在下一次過壓時又能可靠動作。本發(fā)明提供的電路用晶閘管作為切斷給電容器充電回路中的開關(guān)器件，當電容器過電壓時本電路要連續(xù)觸發(fā)晶閘管，讓其導(dǎo)通，直到切斷電容器充電回路為止。如圖5所示，圖5為電容器Cl 一直過壓時的連續(xù)觸發(fā)特性，圖5只是顯示了 2個完整波形，如果電容器Cl 一直過壓，那么將一直連續(xù)觸發(fā)，直到切斷給電容器Cl充電回路為止。最后應(yīng)當說明的是以上實施例僅用以說明本申請的技術(shù)方案而非對其保護范圍的限制，盡管參照上述實施例對本申請進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀本申請后依然可對申請的具體實施方式
進行種種變更、修改或者等同替換，這些變更、修改或者等同替換，其均在其申請待批的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種采用BOD元件的大容量電容器過電壓保護電路，其特征在于，所述過電壓保護電路包括BODl元件、儲能電容、二極管、分壓電阻、回路放電電阻、限流電阻及晶閘管Q1。
2.如權(quán)利要求1所述的采用BOD元件的大容量電容器過電壓保護電路，其特征在于， 所述儲能電容包括Cl和C2，所述二極管包括Dl和D2，所述分壓電阻包括Rl和R2，所述回路放電電阻為R3，所述限流電阻包括R4和R5 ；所述分壓電阻Rl和R2并聯(lián)；在所述分壓電阻Rl和R2之間的連接線上依次連接有二極管D1、B0D1元件、限流電阻R4和R5 ；所述儲能電容Cl連接在二極管Dl的左側(cè)；所述回路放電電阻R3連接在BODl元件和限流電阻R4之間；所述儲能電容C2連接在限流電阻R4和R5之間；所述二極管D2連接在限流電阻R5的左側(cè)；所述分壓電阻R2、儲能電容Cl、回路放電電阻R3、儲能電容C2和二極管D2依次并聯(lián)； 所述晶閘管Ql和二極管D2并聯(lián)。
3.如權(quán)利要求1所述的采用BOD元件的大容量電容器過電壓保護電路，其特征在于，所述過電壓保護電路具有連續(xù)發(fā)出觸發(fā)特性。
4.如權(quán)利要求1所述的采用BOD元件的大容量電容器過電壓保護電路，其特征在于，根據(jù)公式Rl = U2ZP來確定所述分壓電阻R1，所述U為當Cl、R2或者所述過電壓保護電路的其他元件短路時Rl承受最高的保護電壓值；功率P為6W。
5.如權(quán)利要求3所述的采用BOD元件的大容量電容器過電壓保護電路，其特征在于，根據(jù)公式Vbq = U*R2/(R1+R2)來確定所述分壓電阻R2，所述Vbq為BODl元件的動作值。
6.如權(quán)利要求1所述的采用BOD元件的大容量電容器過電壓保護電路，其特征在于，所述儲能電容Cl的值為3XVb。；根據(jù)公式Cl* Vb2WK^IS2 /2計算所述儲能電容C2。
7.如權(quán)利要求1所述的采用BOD元件的大容量電容器過電壓保護電路，其特征在于，所述回路放電電阻R3為Ik 證歐姆。
8.如權(quán)利要求1所述的采用BOD元件的大容量電容器過電壓保護電路，其特征在于，所述限流電阻R4為1 5歐姆；所述限流電阻R5為2 10歐姆，功率選擇為6W。
9.如權(quán)利要求1所述的采用BOD元件的大容量電容器過電壓保護電路，其特征在于，所述二極管Dl選擇反相電壓較高的快恢復(fù)二極管；所述二極管D2選擇肖特基二極管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用BOD元件的大容量電容器過電壓保護電路，過壓保護電路包括大容量BOD1元件、儲能電容C1和C2、二極管D1和D2、分壓電阻R1和R2、回路放電電阻R3、限流電阻R4和R5以及晶閘管Q1；R1和R2并聯(lián)；在R1和R2之間的連接線上依次連接有二極管D1、BOD1元件、R4和R5；C1連接在二極管D1的左側(cè)；R3連接在BOD1元件和R4之間；C2連接在R4和R5之間；D2連接在R5的左側(cè)；R2、C1、R3、C2和D2依次并聯(lián)；Q1和D2并聯(lián)；本發(fā)明提供的電路可在保護電壓值時連續(xù)觸發(fā)。
文檔編號H02H9/04GK102299512SQ20111020037
公開日2011年12月28日 申請日期2011年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月18日
發(fā)明者馮靜波, 呂錚, 易榮, 楊衛(wèi)剛, 楊波, 湯廣福 申請人:中國電力科學研究院