【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及功率轉(zhuǎn)換器，特別是用于防爆應(yīng)用的功率轉(zhuǎn)換器，其包括能針對(duì)過(guò)電壓和過(guò)電流的保護(hù)機(jī)制。
技術(shù)介紹
1、在許多實(shí)際應(yīng)用中，電源是由功率轉(zhuǎn)換器提供，這通常包括ac-dc或dc-dc轉(zhuǎn)換器。在危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行操作時(shí)，則必須根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)60079-0和60079-11來(lái)采取措施，從而防止火花和高熱產(chǎn)生并導(dǎo)致點(diǎn)燃易燃材料。一般狀況中，這些實(shí)際應(yīng)用是由電源裝置供電，且電源裝置可以將輸入電壓(例如電網(wǎng)電壓)轉(zhuǎn)換成用于危險(xiǎn)區(qū)域應(yīng)用中的電源電壓。通常，電源設(shè)備會(huì)被設(shè)計(jì)成用于在幾瓦的功率范圍內(nèi)。
2、為了保護(hù)這些電源裝置的輸出側(cè)免受過(guò)電壓和過(guò)電流的影響，在電源裝置內(nèi)部可設(shè)置保護(hù)電路。具體來(lái)說(shuō)，為了防止過(guò)電壓，可使用高功率齊納二極管，將輸出電壓限制在擊穿電壓范圍內(nèi)。當(dāng)發(fā)生過(guò)電壓事件時(shí)，將隨著通過(guò)齊納二極管內(nèi)的電流增加，如此一直到電流路徑中的保險(xiǎn)絲等的安全斷路器裝置被熔斷為止。由于過(guò)電壓事件的電流與保險(xiǎn)絲熔斷之間會(huì)存在延遲，齊納二極管必須得能承載流過(guò)其中的電流。此外，標(biāo)準(zhǔn)60079-11所要求的是，齊納二極管必須能夠無(wú)條件地承載至少等于保險(xiǎn)絲額定值1.7倍的電流。因此，通常使用的是標(biāo)稱(chēng)功率在3至5瓦之間的高功率齊納二極管。
3、一般而言，高功率齊納二極管通常可用于防爆應(yīng)用中的電壓限制器。然而，高功率齊納二極管的可用性有限，因此目前已使用其他方法來(lái)提供過(guò)電壓保護(hù)。常見(jiàn)的解決方案是，通過(guò)使用簡(jiǎn)單的二極管或簡(jiǎn)單的齊納二極管或使用基于scr和/或triac和/或晶閘管的撬棒電路來(lái)使用分流電壓限制器。后者比二極管方案來(lái)得復(fù)雜，且其成本也
4、也因此，本專(zhuān)利技術(shù)的目的是提供一種以成本有效的方式，實(shí)現(xiàn)避免使用高功率齊納二極管的保護(hù)電路。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本申請(qǐng)的目的已可通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的保護(hù)電路和根據(jù)另一獨(dú)立權(quán)利要求的電源裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。
2、在從屬權(quán)利要求中，還指出了進(jìn)一步的實(shí)施例。
3、根據(jù)第一方面，提供了一種用于功率轉(zhuǎn)換器且特別可以是用于防爆應(yīng)用的保護(hù)電路，并包括：串聯(lián)連接的反向極化齊納二極管和電阻器，其耦合在功率轉(zhuǎn)換器的高電位和低電位電源線(xiàn)之間；半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，其特別是能通過(guò)其傳導(dǎo)路徑(溝道)，直接耦合在高電位和低電位電源線(xiàn)之間，其中半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制端子與齊納二極管和電阻器之間的節(jié)點(diǎn)耦合，或是受其節(jié)點(diǎn)控制。
4、所提供的方案包括，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)被配置為當(dāng)電阻器上的電壓增加至超過(guò)閾值電壓時(shí)，其轉(zhuǎn)為導(dǎo)通的。
5、本專(zhuān)利技術(shù)的主要效果是用保護(hù)電路代替高功率齊納二極管，保護(hù)電路在電特性和熱特性方面能模仿高功率齊納二極管的行為。電路可以由廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)電子組件制成。保護(hù)電路可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)60079-11用作分流電壓限制器，而不需要或僅需要對(duì)設(shè)備的其余部分、特別是功率轉(zhuǎn)換器設(shè)備的其余部分進(jìn)行小部分的修改。
6、基本上，在電力轉(zhuǎn)換器的輸出側(cè)，諸如保險(xiǎn)絲之類(lèi)的安全斷路器組件可以被放置在負(fù)載電流路徑中，并且齊納二極管被連接在電源線(xiàn)之間。為了冗余性，可以采用多個(gè)并聯(lián)的齊納二極管。齊納二極管通常采取反向極化，從而限制電壓供應(yīng)線(xiàn)上的電壓，使其保持在擊穿電壓之上，當(dāng)此電壓超過(guò)擊穿電壓后，齊納二極管的電流會(huì)急劇增加，以使高電位和低電位電源線(xiàn)之間的電壓能保持基本恒定。在出現(xiàn)過(guò)電壓情況時(shí)，所增加的電流也將流經(jīng)安全斷路器組件(保險(xiǎn)絲)，最終發(fā)生燒斷。
7、基本上，高功率齊納二極管能夠被使用半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的電路所取代，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)由串聯(lián)在電源線(xiàn)之間的低功耗齊納二極管和電阻器控制。串聯(lián)連接能允許通過(guò)選擇電阻器的電阻有效地限制通過(guò)串聯(lián)連接的電流，從而能使用低功率齊納二極管。
8、齊納二極管和電阻器之間的電壓電勢(shì)用于控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。這種控制方式能通過(guò)以下來(lái)實(shí)現(xiàn)：一旦電源線(xiàn)之間出現(xiàn)過(guò)電壓，則電阻上的電壓就會(huì)增加，而齊納二極管電壓將基本保持恒定。電壓保護(hù)閾值可以由齊納二極管的擊穿電壓和半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的結(jié)電壓定義。
9、根據(jù)一種實(shí)施方式，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)可以是雙極晶體管，其被配置為由控制端電流來(lái)控制，其中通過(guò)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的敏感發(fā)射極基極路徑(sensitive?emitter?basis?path)與電阻器并聯(lián)。半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制端子(基極端)可以直接耦合到節(jié)點(diǎn)上。
10、在此所述的直接耦合，其指的是端子與導(dǎo)體連接且沒(méi)有顯著的電阻，也就是不影響電路功能的可忽略不計(jì)的電阻。
11、在使用雙極晶體管的情況下，結(jié)電壓約為0.7v。因此，一旦電阻器上的電壓增加超過(guò)結(jié)電壓，則半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)就會(huì)導(dǎo)通，并帶有能容易燒斷保險(xiǎn)絲的電流。
12、此外，還可以在高電位和低電位電源線(xiàn)之間設(shè)置反向極化的標(biāo)準(zhǔn)二極管或肖特基二極管，以避免高電位和低電位電源線(xiàn)上意外出現(xiàn)負(fù)極性，所產(chǎn)生的負(fù)面影響。
13、最大功率可由半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)定義，其承載的電流比齊納二極管中流動(dòng)的電流高h(yuǎn)fe倍。hfe也稱(chēng)為β，這是將基極電流放大以產(chǎn)生雙極晶體管放大電流的因子。未放大的電流是基極電流，然后通過(guò)hfe倍的數(shù)額進(jìn)行放大，從而產(chǎn)生流動(dòng)并通過(guò)集極端子和發(fā)射極端子的放大電流。
14、半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的功耗取決于其特性，例如其安裝條件和最高結(jié)溫。正向電壓則可由與半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)電流路徑并聯(lián)的反向極化二極管定義。
15、漏電流主要流經(jīng)齊納二極管，而電阻則能使齊納二極管的漏電流分流，從而避免半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的放大機(jī)制。
16、開(kāi)啟延遲時(shí)間非常短，這與本申請(qǐng)所提供的電路要取代的大功率齊納二極管的延遲時(shí)間相當(dāng)。
17、或者，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)可以是mosfet晶體管，其被配置為由控制端子電壓控制，其中通過(guò)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的敏感柵極-源極路徑與電阻器并聯(lián)。半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制端子(柵極端)可以直接與節(jié)點(diǎn)耦合連接。如果半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)以mosfet晶體管形式提供的，則就可以使用本征二極管來(lái)代替反向極化的標(biāo)準(zhǔn)二極管或肖特基二極管。
18、根據(jù)一實(shí)施例，mosfet晶體管與節(jié)點(diǎn)耦合的方式可以通過(guò)其直接與節(jié)點(diǎn)耦合的發(fā)射極電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。
19、一如往常的，當(dāng)電阻兩端的電壓達(dá)到mosfet的閾值電壓(柵源電壓)時(shí)，mosfet開(kāi)始導(dǎo)通。然而，閾值電壓具有很大的可變性，通常在1至4伏之間，因此最終反向電壓有很大的容忍度差異。與此相反，雙極晶體管能具有更精確的結(jié)電壓值(典型的值為0.7v)，這保證了最終反向電壓的較低容忍度差異。因此，對(duì)于mosfet和在發(fā)射極電路中的雙極晶體管，其組合提供了這兩種組件的優(yōu)點(diǎn)(即，雙極晶體管能具有定義的結(jié)電壓，而mosfet則具有本征二極管并有更高的量能來(lái)保持浪涌電流。
20、因此，可以利用雙極晶體管和mosfet晶體管的組合來(lái)提供過(guò)電壓保護(hù)，其中雙極晶體管作為發(fā)射極電路連接，以驅(qū)動(dòng)mosfet晶體管的控制輸入。
21、根據(jù)另一方面，在此提供一種功率轉(zhuǎn)換器，包括安全斷路器組件，例如是保險(xiǎn)絲，其位于高電位和低電位電源線(xiàn)的其中一者，并也包括如上所述的保護(hù)電路，其連接高電位和本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種用于功率轉(zhuǎn)換器且特別是用于防爆應(yīng)用的保護(hù)電路(3)，其特征在于，包括：
2.如請(qǐng)求項(xiàng)1所述的保護(hù)電路(3)，其特征在于，所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(TR1,TR2,NMOS,PMOS)被配置為當(dāng)所述電阻器(R1,R2)上的電壓增加至超過(guò)閾值電壓時(shí)，其轉(zhuǎn)為導(dǎo)通的。
3.如請(qǐng)求項(xiàng)1所述的保護(hù)電路(3)，其特征在于，所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(TR1,TR2,NMOS,PMOS)是雙極晶體管，其被配置為由控制端電流控制，其中通過(guò)所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(TR1,TR2,NMOS,PMOS)的敏感發(fā)射極基極路徑(sensitive?emitter?basis?path)與所述電阻器(R1,R2)并聯(lián)。
4.如請(qǐng)求項(xiàng)3所述的保護(hù)電路(3)，其特征在于，還在所述高電位電源線(xiàn)和所述低電位電源線(xiàn)之間設(shè)置反向極化的標(biāo)準(zhǔn)二極管或肖特基二極管(D1,D2)。
5.如請(qǐng)求項(xiàng)3所述的保護(hù)電路(3)，其特征在于，所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(TR1,TR2,NMOS,PMOS)的所述控制端子與所述節(jié)點(diǎn)耦合連接。
6.如請(qǐng)求項(xiàng)1所述的保護(hù)電路(3)，其特征在于，所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(TR1,TR
7.如請(qǐng)求項(xiàng)6所述的保護(hù)電路(3)，其特征在于，所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(TR1,TR2,NMOS,PMOS)的所述控制端子與所述節(jié)點(diǎn)耦合連接。
8.如請(qǐng)求項(xiàng)5所述的保護(hù)電路(3)，其特征在于，所述MOSFET晶體管(NMOS,PMOS)與所述節(jié)點(diǎn)耦合的方式是通過(guò)其直接與所述節(jié)點(diǎn)耦合的發(fā)射極電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。
9.一種功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括安全斷路器組件，具體是保險(xiǎn)絲，其位于高電位電源線(xiàn)和低電位電源線(xiàn)的其中之一，并也包括如權(quán)利要求1-8的任一項(xiàng)所述的保護(hù)電路，其連接在所述高電位電源線(xiàn)(L1)和所述低電位電源線(xiàn)(L2)，使得，當(dāng)過(guò)電壓事件導(dǎo)致所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(TR1,TR2,NMOS,PMOS)導(dǎo)通時(shí)，產(chǎn)生的電流流過(guò)所述安全斷路器組件，并且最終將其熔斷。
10.一種如權(quán)利要求1-8的任一項(xiàng)所述的保護(hù)電路在用于防爆應(yīng)用的功率轉(zhuǎn)換器中的使用方案，其特征在于，包括安全斷路器組件，具體是保險(xiǎn)絲，其位于高電位電源線(xiàn)和低電位電源線(xiàn)的其中之一，所述保護(hù)電路連接所述高電位電源線(xiàn)和所述低電位電源線(xiàn)，使得，當(dāng)過(guò)電壓事件導(dǎo)致所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(TR1,TR2,NMOS,PMOS)導(dǎo)通時(shí)，產(chǎn)生的電流流過(guò)所述安全斷路器組件，且最終將其熔斷。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于功率轉(zhuǎn)換器且特別是用于防爆應(yīng)用的保護(hù)電路(3)，其特征在于，包括：
2.如請(qǐng)求項(xiàng)1所述的保護(hù)電路(3)，其特征在于，所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(tr1,tr2,nmos,pmos)被配置為當(dāng)所述電阻器(r1,r2)上的電壓增加至超過(guò)閾值電壓時(shí)，其轉(zhuǎn)為導(dǎo)通的。
3.如請(qǐng)求項(xiàng)1所述的保護(hù)電路(3)，其特征在于，所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(tr1,tr2,nmos,pmos)是雙極晶體管，其被配置為由控制端電流控制，其中通過(guò)所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(tr1,tr2,nmos,pmos)的敏感發(fā)射極基極路徑(sensitive?emitter?basis?path)與所述電阻器(r1,r2)并聯(lián)。
4.如請(qǐng)求項(xiàng)3所述的保護(hù)電路(3)，其特征在于，還在所述高電位電源線(xiàn)和所述低電位電源線(xiàn)之間設(shè)置反向極化的標(biāo)準(zhǔn)二極管或肖特基二極管(d1,d2)。
5.如請(qǐng)求項(xiàng)3所述的保護(hù)電路(3)，其特征在于，所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(tr1,tr2,nmos,pmos)的所述控制端子與所述節(jié)點(diǎn)耦合連接。
6.如請(qǐng)求項(xiàng)1所述的保護(hù)電路(3)，其特征在于，所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(tr1,tr2,nmos,pmos)是mosfet晶體管(nmos,pmos)，其被配置為由控制端子電壓控制，其中通過(guò)所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的敏感柵極-源極路徑(sen...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：卡羅·加塔尼尼，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：倍加福歐洲股份公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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