用于直流饋電電路的過(guò)電壓保護(hù)的電路布置的制作方法
【專利說(shuō)明】用于直流饋電電路的過(guò)電壓保護(hù)的電路布置
[0001] 本發(fā)明涉及一種電路布置，其用于在電子元件或設(shè)備，特別是通信設(shè)備，如發(fā) 射和接收天線和/或移動(dòng)通信設(shè)備的直流饋電電路中的過(guò)電壓保護(hù)，該電路布置包 括：在輸入端子之間的火花間隙或氣體放電管構(gòu)成的粗保護(hù)（Grobschutz)串聯(lián)電路和 與火花間隙或氣體放電管并聯(lián)連接的電容器，在輸出端子之間的至少一個(gè)細(xì)保護(hù)元件 (Feinschutzelement)，以及在粗保護(hù)串聯(lián)電路與細(xì)保護(hù)元件之間的去親阻抗，這是權(quán)利要 求1的前序部分的內(nèi)容。
[0002] 從DE 25 47 604A1中已知一種控制器布置，其用于過(guò)電壓放電管的火花間隙。其 中與火花間隙并聯(lián)連接的控制電阻能夠通過(guò)各個(gè)火花間隙影響電壓降，使得首先點(diǎn)燃第一 火花間隙。通過(guò)具有不同大小指數(shù)的控制電阻可依次開關(guān)其它火花間隙，以減小整個(gè)布置 的響應(yīng)電壓。通過(guò)根據(jù)DE 25 47 604A1所述的解決方案應(yīng)該可以減少在迄今已知的布置 中出現(xiàn)的重新點(diǎn)火的缺點(diǎn)，條件是多個(gè)過(guò)電壓過(guò)程接踵而至從而使得各個(gè)過(guò)電壓保護(hù)過(guò)程 之間火花間隙不能被充分冷卻。
[0003] 根據(jù)DE 297 24 817U1所述的承載雷擊電流的火花間隙從多個(gè)串聯(lián)連接的火花 間隙出發(fā)，其中所述火花間隙由η個(gè)部分火花間隙組成，通過(guò)這些被串聯(lián)連接的部分火花 間隙使其電弧燃燒電壓為部分火花間隙的電弧燃燒電壓值的η倍。除了在雷擊電流事件情 況下的第一響應(yīng)的部分火花間隙之外的部分火花間隙，其通過(guò)阻抗連接，目的在于實(shí)現(xiàn)依 次接通。根據(jù)DE 297 24 817U1所述的第二火花間隙和所有其它的火花間隙直接設(shè)置到共 同的參考電位，特別是設(shè)置在作為參考電極的、最后一個(gè)火花間隙的自由電極上。
[0004] 此外，還已知位于德國(guó)諾伊馬克特（Neumarkt)的DEHN+ S0HNE GmbH+Co, KG公 司名稱為"Blitzduktor"的過(guò)電壓保護(hù)器。此類過(guò)電壓保護(hù)器Blitzduktor BVT KKS ALD 75或BVT ALD 36具有串聯(lián)連接的氣體放電管，并且所述氣體放電管具有并聯(lián)連接的電容 器以便依次接通各個(gè)氣體放電管。已知放電管的目的在于，減少在雙絞線導(dǎo)線之間的響應(yīng) 電壓。在已知的過(guò)電壓保護(hù)器中，通過(guò)被串聯(lián)連接的火花間隙或氣體放電管來(lái)實(shí)現(xiàn)增加電 弧燃燒電壓，從而使得可允許的操作電壓的增加。若各個(gè)元件的電弧燃燒電壓的總和在操 作電壓之上，則熄滅，即獨(dú)立于響應(yīng)放電管情況下的流動(dòng)電流來(lái)關(guān)閉放電管。
[0005] 綜上所述，本發(fā)明的任務(wù)在于，提出一種經(jīng)過(guò)進(jìn)一步發(fā)展的電路布置，其用于在電 子元件或設(shè)備，特別是移動(dòng)通信技術(shù)設(shè)備的直流饋電電路中的過(guò)電壓保護(hù)，所述電路布置 確保獨(dú)立于工作電流或額定電流進(jìn)行必要的過(guò)電壓保護(hù)。在這方面參考了自身已知的串聯(lián) 連接氣體放電管的思想，并使用了由此實(shí)現(xiàn)的增加電弧燃燒電壓，從而使得當(dāng)額定電壓較 高時(shí)有可能熄滅。根據(jù)本發(fā)明所述的解決方案確保不超過(guò)100V的低防護(hù)水平，以保護(hù)電源 或移動(dòng)通信設(shè)備上的天線或放大器的輸入電路。在這一方面，所提供的電路允許對(duì)不同的 組件進(jìn)行過(guò)電壓保護(hù)，以減少在安裝方面和成本方面的花費(fèi)。
[0006] 本發(fā)明的任務(wù)通過(guò)權(quán)利要求1所述的特征組合得以實(shí)現(xiàn)，其中從屬權(quán)利要求至少 描述了有利的實(shí)施形式和改進(jìn)方案。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)氣體放電管或火花間隙的串聯(lián)連接和由此實(shí)現(xiàn)的各個(gè)電弧燃燒 電壓的增加來(lái)實(shí)現(xiàn)熄滅高達(dá)電弧燃燒電壓總和的工作電壓，而不存在將電路裝置限制在最 大的工作電流或故障電流。
[0008] 通過(guò)與氣體放電管并聯(lián)連接的電容（電容器）來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓分布進(jìn)行控制，其結(jié) 果是將氣體放電管依次接通。由此達(dá)到電路布置的總響應(yīng)電壓，其對(duì)應(yīng)于單個(gè)氣體放電管 的響應(yīng)電壓。
[0009] 在下游處的、位于輸出端子上的細(xì)保護(hù)電路的設(shè)計(jì)參考了整個(gè)布置的電弧燃燒電 壓。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明，可使用非常低的去耦阻抗來(lái)協(xié)調(diào)整體布置從粗保護(hù)到細(xì)保護(hù)，原因 在于只要確保，在電流增大達(dá)到作為細(xì)保護(hù)元件使用的二極管的負(fù)載極限之前產(chǎn)生足夠 的電壓降，以便接通氣體放電管。此外細(xì)保護(hù)必要的載流能力通過(guò)依次接通的粗保護(hù)元件 (即氣體放電管或火花間隙）的預(yù)期功能而有所減少?？紤]可將去耦阻抗設(shè)計(jì)為在高的工 作電流的低阻抗值。
[0011] 要從以下的電路布置出發(fā)，所述電路布置用于在電子元件或設(shè)備，特別是通信設(shè) 備，如發(fā)射和接收天線和/或移動(dòng)通信設(shè)備的直流饋電電路中的過(guò)電壓保護(hù)，所述電路布 置由在輸入端子之間的火花間隙或氣體放電管構(gòu)成的粗保護(hù)串聯(lián)電路以及與火花間隙或 氣體放電管并聯(lián)連接的電容器組成。此外，將至少一個(gè)細(xì)保護(hù)元件布置在輸出端子之間，并 且在粗保護(hù)串聯(lián)電路與細(xì)保護(hù)元件之間存在去耦阻抗。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明，電容器的電容值比氣體放電管或火花間隙的電容值大許多倍。如上 所述，去耦阻抗的感應(yīng)率被設(shè)計(jì)成，使得在電流上升情況下會(huì)產(chǎn)生足夠的電壓降，以便在達(dá) 到細(xì)保護(hù)元件的負(fù)載極限之前接通火花隙或氣體放電管。
[0013] 在實(shí)施形式上，在火花間隙或氣體放電管的各個(gè)連接點(diǎn)與接地電位之間連接了電 容器，其中氣體放電管或火花間隙與電容器的電容值比例大致為1 :1〇〇。
[0014] 氣體放電管具有基本相同的響應(yīng)電壓，從而使得在過(guò)電壓情況下可依次接通氣體 放電管。
[0015] 在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式中，細(xì)保護(hù)元件由二極管的串聯(lián)電路所構(gòu)成。這里特別使 用抑制二極管或TVS二極管。所述串聯(lián)電路中的二極管的斷態(tài)電壓在這種情況下比氣體放 電管的電弧燃燒電壓的總和大。
[0016] 下面借助實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更加詳細(xì)的說(shuō)明。
[0017] 圖中顯示：
[0018] 圖1示出了工作電壓不超過(guò)60VDC的示例性電路布置；以及
[0019] 圖2為依次接通在根據(jù)圖1所述的氣體放電管Al至A5的圖示，并且示出了相關(guān) 的隨時(shí)間變化的電流曲線。
[0020] 圖1首先可以看出輸入端子-V DC和+V DC。在這些輸入端子之間為例如由5個(gè) 氣體放電管Al至A5組成的串聯(lián)電路。通過(guò)串聯(lián)這5個(gè)氣體放電管實(shí)現(xiàn)的是，使得電弧燃 燒電壓大約為60V。這樣一來(lái)在工作電壓不超過(guò)60V時(shí)獨(dú)立于工作電流實(shí)現(xiàn)媳滅氣體放電 管。
[0021] 在氣體放電管Al至A5的連接點(diǎn)處，將電容器Cl至C4連接到地電位或到+V DC 端子。這些電容器的電容值例如是氣體放電管容量的100倍。由此實(shí)現(xiàn)的是，首先施加的 輸入電壓完全在氣體放電管A5上。因此一旦超過(guò)規(guī)定的響應(yīng)電壓則切換氣體放電管A5。
[0022] 此后，輸入電壓在其余的布置Al至A4上。另外的電壓分布通過(guò)A4和C3的容量 產(chǎn)生，其中同樣的比例適用于A5至C4。
[0023] 如果使用響應(yīng)電壓大致相同的氣體放電管Al至A5,則依次接通氣體放電管A5至 Al0
[0024] 細(xì)保護(hù)等級(jí)通過(guò)相反極性地串聯(lián)連接抑制二極管或TVS二極管Vl至V4來(lái)實(shí)現(xiàn)， 其中對(duì)由二極管Vl至V4組成的細(xì)保護(hù)的大小而言，所選擇的二極管的斷態(tài)電壓比放電管 Al至A5的電弧燃燒電壓總和高。這樣一來(lái)，二極管Vl至V4在放電管A5至Al響應(yīng)之后放 電。
[0025] 在輸入端子-V DC與輸出端子-V DC (用內(nèi)部表示）之間還有去耦阻抗Ll。
[0026] 在這種情況下，選擇線圈Ll的感應(yīng)率，使得在電流上升達(dá)到二極管Vl至V4的負(fù) 載極限之前會(huì)在Ll上產(chǎn)生足夠的電壓降，以接通氣體放電管Al至A4。
[0027] 這里適用以下關(guān)系式：
[0028]
[0029] 根據(jù)圖1的示例性電路為同樣是示例性的工作電壓確定了 60VDC的大小。
[0030] 在這種情況下，得出了以下示例性的設(shè)計(jì)。
[0031] 氣體放電管Al至A5具有的最大響應(yīng)電壓為500V(lkV/ys)。電容器Cl至C4的 電容約為10nF。氣體放電管的容量約為I. 5pF。
[0032] TVS二極管Vl至V4具有30V的斷態(tài)電壓。最大電流承載量為250A (10/350 μ s)。 最大鉗位電壓為100V。
[0033] 根據(jù)預(yù)期電流上升率dl/dt = 250A/10ys :25A/ys，得到感應(yīng)率L1。其中，Ll上 所需的電壓降為500V-100V = 400V。由此得到
[0034]
[0035] 當(dāng)然也有可能為其它操作電壓和氣體放電管容量的其它基準(zhǔn)值進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)， 而不脫離本發(fā)明的思想。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電路布置，其用于在電子元件或設(shè)備，特別是通信設(shè)備，如發(fā)射和接收天線和/ 或移動(dòng)通信設(shè)備的直流饋電電路中的過(guò)電壓保護(hù)，所述電路布置包括：在輸入端子之間的 火花間隙或氣體放電管所構(gòu)成的粗保護(hù)串聯(lián)電路以及與所述火花間隙或氣體放電管并聯(lián) 連接的電容器，在輸出端子之間的至少一個(gè)細(xì)保護(hù)元件和在所述粗保護(hù)串聯(lián)電路與所述細(xì) 保護(hù)元件之間的去耦阻抗，其特征在于，所述電容器的電容值比所述氣體放電管或火花間 隙的電容值大許多倍，并且所述去耦阻抗的感應(yīng)率被設(shè)計(jì)成，使得在電流上升情況下產(chǎn)生 足夠的電壓降，以便在達(dá)到所述細(xì)保護(hù)元件的負(fù)載極限之前接通所述火花間隙或氣體放電 管。2. 如權(quán)利要求1所述的電路布置，其特征在于，在所述火花間隙或氣體放電管的各個(gè) 連接點(diǎn)與接地電位之間連接有電容器，其中氣體放電管或火花間隙與所述電容器的電容值 比例大致為1 :100。3. 如權(quán)利要求1或2所述的電路布置，其特征在于，所述氣體放電管具有基本相同的響 應(yīng)電壓，從而使得在過(guò)載情況下實(shí)現(xiàn)依次接通所述氣體放電管。4. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電路布置，其特征在于，所述細(xì)保護(hù)元件由二極管 的串聯(lián)電路所構(gòu)成。5. 如權(quán)利要求4所述的電路布置，其特征在于，所述二極管被構(gòu)造成抑制二極管或TVS 二極管，并且所述串聯(lián)電路中的二極管的斷態(tài)電壓比所述氣體放電管的電弧燃燒電壓的總 和大。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電路布置，其用于在電子元件或設(shè)備，特別是通信設(shè)備，如發(fā)射和接收天線和/或移動(dòng)通信設(shè)備的直流饋電電路中的過(guò)電壓保護(hù)。所述電路由在輸入端子之間的火花間隙或氣體放電管所構(gòu)成的粗保護(hù)串聯(lián)電路以及與火花間隙或氣體放電管并聯(lián)連接的電容器組成。此外，還設(shè)置有在輸出端子之間的至少一個(gè)細(xì)保護(hù)元件以及在粗保護(hù)串聯(lián)電路與細(xì)保護(hù)元件之間的去耦阻抗。根據(jù)本發(fā)明電容器的電容值比氣體放電管或火花間隙的電容值大許多倍，其中去耦阻抗的感應(yīng)率被設(shè)計(jì)成，使得在電流上升情況下產(chǎn)生足夠的電壓降，以便在達(dá)到細(xì)保護(hù)元件的負(fù)載極限之前接通所述火花間隙或氣體放電管。
【IPC分類】H01C7/12, H01T4/16, H01T4/20
【公開號(hào)】CN105122562
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201480022668
【發(fā)明人】P·伊格爾, R·布羅克
【申請(qǐng)人】德恩及索恩兩合股份有限公司
【公開日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2014年3月27日
【公告號(hào)】DE202013101705U1, WO2014173613A1