用于供電線路中的過(guò)電壓保護(hù)的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開內(nèi)容涉及一種用于過(guò)電壓保護(hù)的裝置，更具體地，涉及一種用于供電線路中的過(guò)電壓保護(hù)的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]過(guò)電壓保護(hù)部件是當(dāng)橫跨它的電壓超過(guò)給定閾值時(shí)接通的部件，給定閾值即擊穿電壓并且通常表示為VBR。第一類型的保護(hù)部件是雪崩二極管類型，其具有圖1所示的電流-電壓特性。當(dāng)橫跨此部件的電壓超過(guò)擊穿電壓VBR時(shí)，部件變得導(dǎo)通。理想地，當(dāng)電流增長(zhǎng)時(shí)橫跨部件的電壓保持等于VBR。實(shí)際上，如圖1所示，當(dāng)過(guò)電壓被吸收時(shí)，該特性不是垂直的，而且橫跨部件的電壓超過(guò)值VBR，即強(qiáng)值電流I穿過(guò)該部件。
[0003]這種類型的部件的缺點(diǎn)在于，在過(guò)電壓吸收階段期間，橫跨部件的電壓保持為大于或等于擊穿電壓VBR，即在此階段期間，部件必須吸收大于VBR X I的功率。這造成必須形成足夠大尺寸的部件，一方面是為了最小化其內(nèi)電阻，從而最小化過(guò)電壓移除階段期間橫跨那里的電壓，另一方面，它可以吸收與過(guò)電壓有關(guān)的功率，而不被損壞。當(dāng)前，對(duì)于大于100伏特的電壓VBR，例如，在300伏特的量級(jí)上，這造成部件尺寸大于若干cm2，例如，在1cm2的量級(jí)上。然而這樣的部件是以二極管芯片的堆疊的形式制成的，例如，十四個(gè)基本部件的堆疊，每一個(gè)基本部件都具有8.6x 8.6mm2的表面面積，以達(dá)到430V的擊穿電壓。這樣的部件可能是昂貴且龐大的。
[0004]第二類型的保護(hù)部件是導(dǎo)通(breakover)類型，即肖特基二極管類型，或無(wú)柵晶閘管類型。導(dǎo)通部件的電流-電壓特性示于圖2中。當(dāng)橫跨部件的電壓超過(guò)擊穿電壓VBR時(shí)，此電壓快速地下降并且然后遵循基本垂直的特性I。
[0005]此第二類型的部件的優(yōu)點(diǎn)是，假設(shè)橫跨部件的電壓在過(guò)電流流動(dòng)期間是非常低的，與雪崩二極管類型的裝置中耗散的功率相比，由部件中的過(guò)電壓耗散的功率是較低的。此第二類型的部件的缺點(diǎn)是，只要存在橫跨部件的顯著電壓，該部件就保持接通，保護(hù)部件僅在電壓橫跨使得此部件中的電流變得比保持電流Ih更小的情況下返回至斷開。對(duì)于具有范圍從50伏特到I，000伏特的擊穿電壓VBR的保護(hù)部件，根據(jù)部件的擊穿電壓，此保持電流當(dāng)前具有從10mA到IA的范圍的值。
[0006]因此，導(dǎo)通類型保護(hù)部件可以被保留用于電路，在電路中這些部件旨在保護(hù)具有橫跨零值的工作電壓的線路，這特別地適用于數(shù)據(jù)傳輸線。如圖3所示，如果形成連接到供電裝置輸出的供電線路的線路LI需要被保護(hù)，例如供電裝置是連接到逆變器12的太陽(yáng)能發(fā)電站10，則導(dǎo)通保護(hù)部件不能正常地使用，因?yàn)樵诶缬捎陂W電擊中線路LI引起的過(guò)電壓出現(xiàn)后，線路LI上的電勢(shì)保持為正，而且保護(hù)部件保持導(dǎo)通。
[0007]如圖4A所示，在施加過(guò)電壓之后，在電源1的輸出處的電壓VDC被短路，而且短路電流Isc從其流過(guò)。電源在它的端子之間具有保護(hù)二極管的通態(tài)電阻RD和內(nèi)電阻Ri。然后橫跨保護(hù)二極管存在電壓VD = VDC(RD/(Ri+RD))。
[0008]圖4B示出了對(duì)應(yīng)于這種特定情況的二極管的特性曲線的一部分。在最實(shí)際的配置中，對(duì)應(yīng)于短路電流Isc的電勢(shì)VD遠(yuǎn)大于對(duì)應(yīng)于導(dǎo)通部件的保持電流Ih的電勢(shì)Vh。例如，對(duì)于150mA保持電流Ih，電壓Vh可以在2V的量級(jí)上。因此，原則上，不可能使用導(dǎo)通部件來(lái)保護(hù)直流(DC)供電線路。因而必須形成雪崩二極管類型的保護(hù)裝置，該保護(hù)裝置應(yīng)當(dāng)具有相當(dāng)大的表面面積并因而具有高成本。
[0009]圖5示出了保護(hù)裝置的例子。此裝置在法國(guó)專利申請(qǐng)N0.1352864號(hào)(以及在相應(yīng)的美國(guó)專利申請(qǐng)公開N0.2014/0293493)中描述，其整體通過(guò)引用并入本文。裝置在兩個(gè)端子A和B之間包含:導(dǎo)通類型保護(hù)二極管D、開關(guān)SW以及用于控制開關(guān)SW的電路CONTROL的并聯(lián)組件。
[0010]圖5的保護(hù)裝置按下述方式操作。在空閑狀態(tài)中，開關(guān)SW斷開。端子A和B跨接直流電源線路，所以保護(hù)連接例如類似于圖3的二極管D。只要端子AB間的電壓保持低于導(dǎo)通二極管D的擊穿電壓，則保護(hù)裝置是非導(dǎo)通的。當(dāng)過(guò)電壓出現(xiàn)時(shí)，保護(hù)二極管變得導(dǎo)通，其導(dǎo)致圖4A的配置，也就是說(shuō)，連接在端子AB之間的電源被短路。一旦過(guò)電壓已經(jīng)超過(guò)，二極管D導(dǎo)通短路電流Isc，例如在圖4A中定義的。此時(shí)，開關(guān)SW被開啟，所以端子A和B之間的電流被開關(guān)SW分流。如果開關(guān)SW的通態(tài)電阻Ron足夠低，并且特別是如果滿足條件RonX Isc<Vh，則端子AB間的電壓變得比電壓Vh低，而且導(dǎo)通二極管D阻斷。然后開關(guān)SW可以返回至斷開。
[0011]根據(jù)第一種方法，控制電路包括過(guò)電壓檢測(cè)器，并且在確定的時(shí)段自動(dòng)地接通開關(guān)SW，該時(shí)段是在過(guò)電壓將被檢測(cè)到之后的某個(gè)時(shí)間，然后在確定的時(shí)間之后斷開開關(guān)SW。根據(jù)另一種方法，控制電路包括用于檢測(cè)跨二極管D的電壓的電路。只要該電壓低于VBR并且高于VD，控制電路就將保持非激活。然后，在第一電壓降低之后，控制電路將確定跨二極管D的電壓是否在給定范圍之內(nèi)，其與值VDC(RD/(Ri+RD))相對(duì)應(yīng)。然后控制電路確定開關(guān)SW的接通和斷開。
[0012]圖5的電路的操作是基于如下事實(shí):當(dāng)開關(guān)SW處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，兩端的電壓下降到足以變得低于預(yù)定值Vh。這暗示了，當(dāng)裝置被短路時(shí)，開關(guān)SW的通態(tài)電阻Ron應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)低于二極管D的表觀電阻RD。應(yīng)該理解，這使得必須使用具有非常低的Ron的開關(guān)，其并非總是符合使用低成本開關(guān)的期望，例如，小MOS晶體管。
[0013]圖6示出了圖5的裝置的替換方法，其可以克服此缺點(diǎn)。在圖6中，保護(hù)進(jìn)一步包括，與端子A和B之間的導(dǎo)通二極管D串聯(lián)，雪崩二極管d具有擊穿電壓Vbr，該擊穿電壓Vbr比導(dǎo)通二極管D的擊穿電壓VBR小得多。導(dǎo)通二極管D和雪崩二極管d的串聯(lián)組件的操作在過(guò)電壓吸收方面與二極管D單獨(dú)的操作幾乎相同。這次，當(dāng)過(guò)電壓已經(jīng)超過(guò)而且線路被短路時(shí)，僅條件Rom X Isc<Vh+Vbr必須被滿足，其能夠使用具有比圖5組件情況下更高的Ron的開關(guān)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0014]本實(shí)用新型的目的就在于提供一種可以提供用于供電線路中的過(guò)電壓保護(hù)的裝置。
[0015]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供一種用于供電線路中的過(guò)電壓保護(hù)的裝置，其特征在于，所述裝置包括:分支，所述分支包括導(dǎo)通二極管以及與所述導(dǎo)通二極管串聯(lián)耦合的雪崩二極管;開關(guān)，所述開關(guān)與所述分支并聯(lián)耦合；以及電路，跨所述雪崩二極管而耦合并被配置為控制所述開關(guān)。
[0016]根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，提供一種用于供電線路中的過(guò)電壓保護(hù)的裝置，其特征在于，所述裝置包括:導(dǎo)通二極管；雪崩二極管，與所述導(dǎo)通二極管串聯(lián)耦合;開關(guān)，與所述導(dǎo)通二極管和所述雪崩二極管并聯(lián)耦合；以及電路，跨所述雪崩二極管而耦合并被配置為控制所述開關(guān)。
[0017]根據(jù)本實(shí)用新型的方案，可以提供對(duì)于供電線路中的過(guò)電壓保護(hù)。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的雪崩二極管類型的保護(hù)裝置的電流-電壓特性。
[0019]圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的導(dǎo)通類型的保護(hù)裝置的電流-電壓特性。
[0020]圖3示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的連接到DC供電線路的導(dǎo)通類型的保護(hù)二極管。
[0021 ]圖4A示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的處于短路狀態(tài)的圖3的組件的等效圖。
[0022 ]圖4B示出了圖4情況下的導(dǎo)通裝置的特性。
[0023]圖5示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的過(guò)電壓保護(hù)裝置的例子。
[0024]圖6示出了圖5的保護(hù)裝置的變化。
[0025]圖7示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的過(guò)電壓保護(hù)裝置的實(shí)施例。
[0026]圖8示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的圖7的裝置的例子。
[0027]圖9示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的圖7的裝置的另一實(shí)施例。
[0028]圖10示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的圖7的裝置的另一實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0029]相同元件在不同的附圖中用相同附圖標(biāo)記表示。此外，在本說(shuō)明書中，術(shù)語(yǔ)“連接”用于表示直接電連接，沒(méi)有中間電子部件，例如通過(guò)一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電跡線，并且術(shù)語(yǔ)“親合”或術(shù)語(yǔ)“聯(lián)接”用于表示直接電連接(然后表示“連接”)或通過(guò)一個(gè)或多個(gè)中間部件(電阻器、電容器等等)的連接。前述和其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在下文結(jié)合附圖的具體實(shí)施例的非限制性說(shuō)明中進(jìn)行詳細(xì)討論。
[0030]總體上，實(shí)施例提供了一種能夠保護(hù)供電線路的過(guò)電壓保護(hù)的方法，包括第一分支、與第一分支并聯(lián)控制的開關(guān)、以及用于控制跨雪崩二極管而連接的開關(guān)的電路，第一分支包括與雪崩二極管串聯(lián)的導(dǎo)通二極管。雪崩二極管的擊穿電壓比導(dǎo)通二極管的擊穿電壓小至少1倍。
[0031]此外，導(dǎo)通二極管的擊穿電壓可以在從20V到1500V的范圍內(nèi)。開關(guān)可以是MOS晶體管或絕緣柵雙極晶體管。控制電路可包括與雪崩二極管并聯(lián)連接的第一電阻器，連接到第一分支的中點(diǎn)的第一電阻器的末端進(jìn)一步連接到開關(guān)的控制節(jié)點(diǎn)。
[0032]此外，第一電阻器的末端可連接到第一分支的中點(diǎn)，從而連接到開關(guān)的控制節(jié)點(diǎn)。連接到第一分支的中點(diǎn)的第一電阻器的末端可通過(guò)第二電阻器連接到開關(guān)的控制節(jié)點(diǎn)。此夕卜，開關(guān)的控制節(jié)點(diǎn)可通過(guò)電容器連接到第一電阻器的另一末端。二極管可以與第二電阻器并聯(lián)連接。
[0033]在圖5和圖6的裝置中，一方面，開關(guān)SW的控制電路CONTROL連接到包括導(dǎo)通二極管D的分支的端子A和B，另一方面，連接到開關(guān)SW的控制節(jié)點(diǎn)或端子。控制電路根據(jù)節(jié)點(diǎn)A和B之間的電壓控制開關(guān)SW?？刂齐娐房砂ㄌ幚砥骰蛄硪贿壿嬰娐坊蚓幊唐?。因而，控制電路應(yīng)當(dāng)包括高電壓接口，以承受線路電源電壓。此外，控制電路應(yīng)當(dāng)包括功率存儲(chǔ)電容器，以為邏輯電路提供DC電源電壓，該DC電源電壓具有比線路電源電壓更低的電平。在某些應(yīng)用中，例如，在太陽(yáng)能發(fā)電站中，線路電源電壓可以是特別高的，通常在幾百伏特的量級(jí)上。因此，用于控制開關(guān)SW的電路CONTROL是相對(duì)昂貴且龐大的。
[0034]圖7示出了過(guò)電壓保護(hù)裝置的實(shí)施例。如圖6的例子中那樣，該裝置包含在兩個(gè)端子A和B之間的第一分支的并聯(lián)組件，該并聯(lián)組件包括與雪崩二極管d串聯(lián)的導(dǎo)通類型保護(hù)二極管D以及開關(guān)SW。雪崩二極管d具有擊穿電壓Vbr，該擊穿電壓Vbr小于導(dǎo)通二極管D的擊穿電壓VBRο優(yōu)選地，雪崩二極管d的擊穿電壓Vbr比導(dǎo)通二極管的擊穿電壓VBR低得多，例如，