專利名稱：多間隙金屬氣體放電管電源過電壓保護模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源系統(tǒng)過電壓防護技術(shù)，尤其涉及多間隙金屬氣體放電管(以下簡 稱M-GDT)電源過電壓保護模塊。
背景技術(shù)：
電源防雷器又稱避雷器或浪涌保護器，簡稱SPD(SurgeProtection Divice，浪涌 保護器)，是由若干個過電壓保護模塊組成。因此，電源防雷器的性能基本上取決于過電壓 保護模塊的性能。目前各電源防雷器的過電壓保護模塊最主要是采用帶熱脫離告警裝置ST 的壓敏電阻(以下簡稱MOV)或帶熱脫離告警裝置ST的MOV與單間隙氣體放電管GDT串聯(lián) 組合。 上述現(xiàn)有的過電壓保護模塊有以下缺點 如圖1、帶熱脫離告警裝置ST的M0V直接使用于電源相線L對零線N過電壓防護， 當雷擊能量過大時，MOV會炸裂，出現(xiàn)開路失效，且無法啟動告警，給出告警信號，使電源處 于無防護狀態(tài)，且炸裂時剩余的雷擊能量將損壞電源設(shè)備；當電源系統(tǒng)的操作過電壓的能 量大到MOV不能消耗時，MOV將擊穿短路，由于電源系統(tǒng)提供的能量非常巨大，電弧迅速形 成，此時脫離裝置ST無法迅速脫離易導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生。 如圖2、帶熱脫離告警裝置ST的MOV與單間隙氣體放電管GDT串聯(lián)組合直接使用 于電源相線L對零線N過電壓防護時，由于串聯(lián)的單間隙氣體放電管GDT通流能量大及續(xù) 流的存在，同樣會出現(xiàn)上述兩種情況，因沒有其他的替代方案，40余年來一直使用MOV來防 護電源系統(tǒng)的過電壓實在是無奈之舉。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供M-GDT電源過電壓保護模塊，以解決現(xiàn)有的電源防雷器存 在安全隱患、存在續(xù)流等缺點。 為了達到上述目的，本發(fā)明的M-GDT電源過電壓保護模塊采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明的M-GDT電源過電壓保護模塊主要由M-GDT (即多間隙金屬氣體放電管) 組成。所述多間隙金屬氣體放電管的端電極A與電源的相線L導(dǎo)電連接，多間隙金屬氣體 放電管的端電極A'與電源的零線N(或保護地PE)導(dǎo)電連接；所述多間隙金屬氣體放電管 包括n個中間電極Kl Kn，其中n = 1 ;所述中間電極Kl Kn分別與壓敏電阻M0V1 MOVn導(dǎo)電連接，壓敏電阻M0V1 MOVn的另一端與多間隙金屬氣體放電管的端電極A或端 電極A'導(dǎo)電連接。 需要指出的是，n的大小視電源電壓的大小而定(如50Hz AC 220 V rms取n =4)。 對上述技術(shù)方案進行進一步闡述 所述M-GDT的相鄰兩個電極之間設(shè)有三個獨立間隙。 所述M-GDT的端電極A'安裝有熱脫離裝置ST，端電極A'通過所述熱脫離裝置ST
3與零線N或保護地PE連接；當多間隙金屬氣體放電管的端電極A'的溫度達到脫離閥值時， 所述熱脫離裝置ST從端電極A'上脫離，從而斷開端電極A'與零線N(或保護地PE)的導(dǎo) 電連接。 所述熱脫離裝置的一側(cè)設(shè)有微動開關(guān)SW，所述微動開關(guān)SW分別與告警燈D、遙信 接口 E相關(guān)聯(lián)；所述熱脫離裝置ST從端電極A'上脫離的同時啟動微動開關(guān)SW，微動開關(guān) SW啟動時分別向告警燈D、遙信接口 E輸出告警信號。 所述多間隙金屬氣體放電管電源過電壓保護模塊還包括觸發(fā)電路F，所述觸發(fā)電 路F接在所述端電極A與端電極A'之間。 所述觸發(fā)電路F包括變壓器T、電容C3、電容C4、開關(guān)器件Q，所述變壓器T初級繞 組的一端經(jīng)過電容C3、開關(guān)器件Q與副級繞組的同名端導(dǎo)電連接，變壓器T初級繞組的另一 端經(jīng)過電容C4與副級繞組的同名端導(dǎo)電連接。 所述開關(guān)器件Q包括但不限于二極氣體放電管、瞬態(tài)抑制二極管、可控硅。
本發(fā)明的多間隙金屬氣體放電管電源過電壓保護模塊有以下優(yōu)點
通過以上技術(shù)方案，本發(fā)明無安全隱患、通流能力大、殘壓低、無續(xù)流、可靠性高、 穩(wěn)定性好，徹底解決了 DC48V、 AC50Hz 110V、220V、380V、440V等等電源系統(tǒng)中雷擊過電壓、 操作過電壓及電磁脈沖過電壓的防護問題。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可 以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為現(xiàn)有的電源過電壓保護模塊的電路圖； 圖2為另一現(xiàn)有的電源過電壓保護模塊的電路圖； 圖3a是本發(fā)明第一實施例的電路原理圖； 圖3b是圖3a的等效電路圖； 圖4a是本發(fā)明第二實施例的電路原理圖； 圖4b是圖4a的等效電路圖； 圖5是本發(fā)明第三實施例的電路原理圖； 圖6是本發(fā)明第四實施例的電路原理圖； 圖7是本發(fā)明的觸發(fā)電路的電路原理圖； 圖8、9、10是本發(fā)明的觸發(fā)電路的具體電路圖。
具體實施例方式
為了充分揭露本發(fā)明的技術(shù)方案，是本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明，下面結(jié) 合附圖對本發(fā)明進行詳細的描述。 需要說明的是，本發(fā)明采用了新型的M-GDT，該M-GDT兩個端電極間至少包括一個 中間電極，同時該M-GDT的兩個相鄰電極之間設(shè)有三個獨立間隙。 參見圖3a，是本發(fā)明第一實施例的電路原理圖。本實施例的M-GDT電源過電壓保護模塊主要由M-GDT組成。所述M-GDT的端電極A與電源的相線L導(dǎo)電連接，M-GDT的端 電極A'與電源的零線N或保護地PE導(dǎo)電連接，M-GDT的中間電極Kl Kn分別與M0V1 MOVn的一端導(dǎo)電連接，M0V1 MOVn的另一端與M-GDT的端電極A'導(dǎo)電連接。
更具體地，所述M-GDT的端電極A'安裝有熱脫離裝置ST，端電極A'通過所述熱脫 離裝置ST與零線N或保護地PE連接；當M-GDT的端電極A'的溫度達到脫離閥值時，所述 熱脫離裝置ST從端電極A'上脫離，從而斷開端電極A'與零線N(或保護地PE)的導(dǎo)電連 接。同時，熱脫離裝置ST的一側(cè)設(shè)有微動開關(guān)SW，熱脫離裝置ST從端電極A'上脫離的同 時啟動微動開關(guān)SW，所述微動開關(guān)SW分別與告警燈D、遙信接口 E相關(guān)聯(lián)，當微動開關(guān)SW 啟動時分別向告警燈D、遙信接口 E輸出告警信號。 參見圖3b是圖3a的等效電路圖，其工作原理如下當圖3a的線路處于不工作狀 態(tài)時，M-GDT等效于n個電容值相等的電容CI串聯(lián)，M0V1 MOVn等效于n個電容值相等的 電容C2，其中C2遠遠大于Cl。脈沖過電壓侵入電源L-N之間時，由于電容的分壓作用A-Kl 間隙通過M0V1預(yù)先導(dǎo)通，A-K1間隙導(dǎo)通后L-N間的電壓短時內(nèi)由M0V1鉗位，由于A_K1的
弧光壓降低，M0V1上的電壓將依次啟動Kl-K2、 K2-K3、 K3_K4、 ......、 Kn-A'的間隙，Kn-A'
間隙導(dǎo)通后整個M-GDT導(dǎo)通，整個M-GDT導(dǎo)通后由于維持A-A'間M-GDT弧光放電的電壓低 于M0V1 MOVn的壓敏電壓，M0V1 MOVn停止工作，過電流全部流經(jīng)M-GDT。脈沖過電壓 過后由于電源的峰值電壓低于維持M-GDT弧光放電的電壓，M-GDT停止工作而熄弧，恢復(fù)到 不導(dǎo)電狀態(tài)。 參見圖4a是本發(fā)明第二實施例的電路原理圖。本實施例與第一實施例的不同之 處在于，所述與M-GDT導(dǎo)電連接的M0V1 MOVn的另一端與M-GDT的端電極A導(dǎo)電連接，其 工作原理與第一實施等同，A' -K1，K1-K2、K2-K3、K3-K4、……、Kn-A依次導(dǎo)通。
具體地，如圖4a所示本實施例中的M-GDT包括中間電極Kl Kn，所述中間電極 Kl Kn分別與M0V1 MOVn導(dǎo)電連接，且M0V1 MOVn的另一端與M-GDT的端電極A連 接。同時，所述M-GDT的端電極A'上安裝有熱脫離裝置ST，當M-GDT的端電極A'的溫度達 到脫離閥值時，所述熱脫離裝置ST從端電極A'上脫離，從而斷開端電極A'與零線N(或保 護地PE)的導(dǎo)電連接，如從而實現(xiàn)了保護后續(xù)用電設(shè)備的目的。 如圖3b、4b所述熱脫離裝置ST的一側(cè)設(shè)有微動開關(guān)SW，所述微動開關(guān)SW分別與 告警燈D、遙信接口 E關(guān)聯(lián)，熱脫離裝置ST從端電極A'上脫離的同時啟動微動開關(guān)SW，微 動開關(guān)SW啟動時分別向告警燈D、遙信接口E輸出告警信號。在具體實現(xiàn)中，所述熱脫離裝 置ST可以是一個彈簧片，該彈簧片的一端用低溫焊料(如錫)焊接在多間隙金屬陶瓷氣體 放電管的端電極A'。當多間隙金屬陶瓷氣體放電管端電極A'的溫度達到焊料的熔點時， 彈簧片從多間隙金屬陶瓷氣體放電管的端電極A'上脫離。彈簧片從A'上脫離的同時對微 動開關(guān)SW進行施壓從而啟動微動開關(guān)SW。微動開關(guān)SW啟動后分別向告警燈D、遙信接口 E輸出告警信號，告警燈D由綠變紅，遙信接口 E向遠程監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送告警信號。
需要說明的是熱脫離裝置ST和微動開關(guān)SW是聯(lián)動關(guān)系，ST從A'上脫離前，SWl-l 閉合SW1-2斷開，綠色指示燈LED1亮，SW2-1閉合SW2-2斷開，遙信接口 E沒有信號輸出； ST從A'上脫離后，SW1-1斷開SW1-2閉合，紅色指示燈LED2亮，SW2-1斷開SW3-2閉合，遙 信接口E有信號輸出。 本發(fā)明中放電管采用多間隙金屬陶瓷氣體放電管，相當于多個放電管串聯(lián)使用，放電管相鄰電極的間隙A-K1、K1-K2、 、Kn-A'(或A' _K1、K1_K2、 、Kn-A)依次導(dǎo)
通，其限制電壓相當于A-K1電極間的脈沖擊穿電壓，因而殘壓相當?shù)?。同時，過電壓過后 M-GDT迅速恢復(fù)到不導(dǎo)通狀態(tài)而不會出現(xiàn)續(xù)流現(xiàn)象，從而提高了多間隙金屬氣體放電管電 源過電壓保護模塊的可靠性、穩(wěn)定性與安全性。同時，M-GDT的端電極A'上安裝有熱脫離 裝置SW，其目的是進一步提高多間隙金屬氣體放電管電源過電壓保護模塊的安全性，以免 發(fā)生意想不到的不良后果，如火災(zāi)等。微動開關(guān)SW、遙信接口 E、告警燈D等裝置使得工作 人員可以及時發(fā)現(xiàn)過電壓保護模塊出現(xiàn)異常情況，并及時對其進行維修，以免后續(xù)用電設(shè) 備遭受損壞。 參見圖5是本發(fā)明第三實施例的電路原理圖，本實施例在第一實施例的基礎(chǔ)上增 加了觸發(fā)電路F。該觸發(fā)電路F接在多間隙金屬氣體放電管的A端與A'端之間，其中觸發(fā) 電路F的G端與所述A端導(dǎo)電連接，H端與所述A'端導(dǎo)電連接。需要說明的是G端、H端在 A-A'間沒有方向關(guān)系，當觸發(fā)電路F的G端與所述A'端導(dǎo)電連接，H端與所述A端導(dǎo)電連 接。 如圖7所示，是觸發(fā)電路F的電路原理圖。觸發(fā)電路F包括變壓器T、電容C3、電 容C4、開關(guān)器件Q，所述變壓器T初級繞組的一端經(jīng)過電容C3、開關(guān)器件Q與副級繞組的同 名端導(dǎo)電連接，變壓器T初級繞組的另一端經(jīng)過電容C4與副級繞組的同名端導(dǎo)電連接。過 電壓入侵A-A'之間時，在M-GDT還沒有導(dǎo)通之前甚至A-K1(A' -K1)間隙還沒有導(dǎo)通之前， 過電壓首先通過開關(guān)器件Q、電容C3、變壓器T副級繞組導(dǎo)通，從而提高了過電壓保護模塊 的相應(yīng)速度，同時其限制電壓相當于開關(guān)器件Q的擊穿電壓，因而可以進一步降低殘壓，以 免殘壓破壞后續(xù)用電設(shè)備。 在具體實現(xiàn)中，所述開關(guān)元件Q可以為二極氣體放電管、瞬態(tài)抑制二極管、可控 硅，同時還可以是其他開關(guān)器件。如圖8所示，開關(guān)元件Q為二極氣體放電管GDT ;如圖9所 示，開關(guān)元件Q為瞬態(tài)抑制二極管TVS ;如圖10所示，開關(guān)元件Q為可控硅SCR。
參見圖6是本發(fā)明第四實施例的電路原理圖，本實施例在第二實施例的基礎(chǔ)上增 加了出發(fā)電路F。該觸發(fā)電路F接在多間隙金屬氣體放電管的A端與A'端之間，其中觸發(fā) 電路F的G端與所述A端導(dǎo)電連接，H端與所述A'端導(dǎo)電連接。 本實施例的觸發(fā)電路F與第三實施例的觸發(fā)電路F具有相同的內(nèi)部電路，且其工 作原理相同、并具有相同的有益效果，這里不重復(fù)描述。 本發(fā)明的多間隙金屬陶瓷氣體放電管電源過電壓保護模塊降低了消防安全隱患， 殘壓低、無續(xù)流，同時可靠性高、穩(wěn)定性好，能最大限度保護后續(xù)用電設(shè)備不被過電壓損壞。
以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為 本發(fā)明的保護范圍。 以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為 本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
多間隙金屬氣體放電管電源過電壓保護模塊，其特征在于主要由多間隙金屬氣體放電管組成，所述多間隙金屬氣體放電管的端電極(A)與電源的相線(L)導(dǎo)電連接，多間隙金屬氣體放電管的端電極(A’)與電源的零線(N)或保護地(PE)導(dǎo)電連接；所述多間隙金屬氣體放電管包括n個中間電極(K1～Kn)，其中n≥1；所述中間電極(K1～Kn)分別與壓敏電阻(MOV1～MOVn)導(dǎo)電連接，壓敏電阻(MOV1～MOVn)的另一端與多間隙金屬氣體放電管的端電極(A)或端電極(A’)導(dǎo)電連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的多間隙金屬氣體放電管電源過電壓保護模塊，其特征在于所 述多間隙金屬氣體放電管的相鄰兩個電極之間設(shè)有三個獨立間隙。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的多間隙金屬氣體放電管電源過電壓保護模塊，其特征在 于所述多間隙金屬氣體放電管的端電極(A')安裝有熱脫離裝置(ST)，端電極(A')通過 所述熱脫離裝置(ST)與零線(N)或保護地(PE)連接；當多間隙金屬氣體放電管的端電極 (A')的溫度達到脫離閥值時，所述熱脫離裝置(ST)從端電極(A')上脫離，從而斷開端電 極(A')與零線(N)或保護地(PE)的導(dǎo)電連接。
4. 如權(quán)利要求3所述的多間隙金屬氣體放電管電源過電壓保護模塊，其特征在于 所述熱脫離裝置的一側(cè)設(shè)有微動開關(guān)(SW)，所述微動開關(guān)(SW)分別與告警燈(D)、遙信接口 (E)相關(guān)聯(lián)；所述熱脫離裝置(ST)從端電極(A')上脫離的同時啟動微動開關(guān)(SW)，微動開關(guān)(SW) 啟動時分別向告警燈(D)、遙信接口 (E)輸出告警信號。
5. 如權(quán)利要求3所述的多間隙金屬氣體放電管電源過電壓保護模塊，其特征在于 所述多間隙金屬氣體放電管電源過電壓保護模塊還包括觸發(fā)電路(F)，所述觸發(fā)電路(F)接在所述端電極(A)與端電極(A')之間。
6. 如權(quán)利要求5所述的多間隙金屬氣體放電管電源過電壓保護模塊，其特征在于 所述觸發(fā)電路(F)包括變壓器(T)、電容(C3)、電容(C4)、開關(guān)器件(Q)，所述變壓器(T)初級繞組的一端經(jīng)過電容(C3)、開關(guān)器件(Q)與副級繞組的同名端導(dǎo)電連接，變壓器 (T)初級繞組的另一端經(jīng)過電容(C4)與副級繞組的同名端導(dǎo)電連接。
7. 如權(quán)利要求6所述的多間隙金屬氣體放電管電源過電壓保護模塊，其特征在于 所述開關(guān)器件(Q)包括但不限于二極氣體放電管、瞬態(tài)抑制二極管、可控硅。
全文摘要
本發(fā)明涉及多間隙金屬陶瓷氣體放電管(以下簡稱M-GDT)電源過電壓保護模塊，主要由M-GDT組成。M-GDT的端電極A與電源的相線L導(dǎo)電連接，M-GDT的端電極A’與電源的零線N或保護地PE導(dǎo)電連接，M-GDT的中間電極K1～Kn分別與壓敏電阻MOV1～MOVn的一端導(dǎo)電連接，MOV1～MOVn的另一端與M-GDT的端電極A或端電極A’導(dǎo)電連接。本發(fā)明的產(chǎn)品無安全隱患、通流能力大、無續(xù)流、可靠性高及穩(wěn)定性好。
文檔編號H02H9/04GK101752858SQ20091030313
公開日2010年6月23日 申請日期2009年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月10日
發(fā)明者曾獻昌 申請人:東莞市新鉑錸電子有限公司