阅读说明：本技术 用于数据网络、电话业务、电声设备或总线系统的闪电和过压保护设备 (Lightning and overvoltage protection device for data networks, telephone services, electro-acoustic equipment or bus systems ) 是由 F·朔尔克 于 2018-03-12 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于数据网络、电话业务、电声设备或总线系统的闪电和过压保护设备,所述闪电和过压保护设备包括至少两个电网侧的输入端子以及至少两个输出端子,要保护的负载能连接到所述至少两个输出端子上,所述闪电和过压保护设备还包括连接输入端子的气体放电导出体以及处于相应的输入和输出端子之间的电感。按照本发明,所述电感构成为具有芯以及初级绕组和次级绕组的电流补偿的扼流圈,其中,负载电流沿不同的方向流过绕组,使得相应的磁场抵消。在瞬时的过电压的情况下,出现的浪涌电流借助那时闭合的开关装置绕过这两个绕组之一、例如次级绕组,使得芯通过电流流过的绕组、例如初级绕组到达饱和并且在绕组之间的耦合抵消,结果是,在负载上不形成电压并且施加在电流流过的绕组上的电压对气体放电导出体点火。(The invention relates to a lightning and overvoltage protection device for data networks, telephone services, electroacoustic equipment or bus systems, comprising at least two network-side input terminals and at least two output terminals to which a load to be protected can be connected, a gas discharge lead-out connecting the input terminals and an inductance between the respective input and output terminals. According to the invention, the inductor is designed as a current-compensated choke with a core and a primary and a secondary winding, wherein the load current flows through the windings in different directions, so that the respective magnetic fields cancel out. In the event of a transient overvoltage, the surge current occurring bypasses one of the two windings, for example the secondary winding, by means of the switching device which is then closed, so that the core is saturated by the winding through which the current flows, for example the primary winding, and the coupling between the windings is cancelled out, with the result that no voltage is built up at the load and the voltage present at the winding through which the current flows ignites the gas discharge leadthrough.)

用于数据网络、电话业务、电声设备或总线系统的闪电和过压 保护设备

技术领域

本发明涉及一种按照权利要求1所述的用于数据网络、电话业务、电声设备或总线系统的闪电和过压保护设备，所述闪电和过压保护设备包括至少两个电网侧的输入端子以及至少两个输出端子，要保护的负载能连接到所述输出端子上，以及还包括连接输入端子的气体放电导出体以及处于相应的输入与输出端子之间的电感。

背景技术

在数据网络和测量控制和调节技术中存在许多接口，所述接口具有对为此需要的过压保护部件的有效功率的不同的要求。

除了保护相关的接口以防闪电和过电压之外，使用的过压导出器也必须能够传输与系统相关的信号参数。

已知的保护模块，尤其是用于数据网络、电话业务、电声设备、总线系统或类似物的已知的保护模块具有处于输入端子之间的气体放电导出体，其中，在输入与输出端子之间分别连接有电感。按照用于针对不对称的或对称的干扰的保护的芯线至地或芯线至芯线的过压精细限制的实施方式，还将TVS二极管连接在输出端子之间或在输出端子和地之间。

与此相关的现有技术通过DEHN+GmbH+Co.KG,Neu markt/Oberpfalz公司的代表。

在使用已知的设备时不利的是纵向电感，所述纵向电感尤其是在连续运行中是不利的，因为在欧姆的解耦时出现不可忽略的损耗功率。此外，在不使用附加的电路部件的情况下，对共模干扰的保护是不可能的。

发明内容

因此，由上面提到的内容，本发明的任务是，提供一种进一步开发的用于数据网络、电话业务、电声设备、总线系统或类似应用的闪电和过压保护设备，所述闪电和过压保护设备避免现有技术的缺点并且此外提供承载较高的电流的可能性，其方式为：使用的气体放电导出体在过压情况之后可以再次熄灭。

本发明的任务通过按照权利要求1的特征组合实现，其中，从属权利要求至少具有适宜的设计方案和进一步改进方案。

按照本发明，已知的闪电和过压保护设备的通常设计为欧姆的阻抗的电感通过具有芯的电流补偿的扼流圈代替，其中，所述电流补偿的扼流圈具有初级绕组和次级绕组。

电流补偿的扼流圈具有多个相同的绕组，所述多个相同的绕组反向地由工作电流流过，从而它们的磁场在扼流圈的芯中抵消。已知使用电流补偿的扼流圈，以用于衰减干扰发射。干扰电流在许多情况中同向地在输出线路和返回线路中出现。对于这样的共模干扰，电流补偿的扼流圈可以形成非常高的电感，因为在所述扼流圈中的干扰电流未补偿。

在按照本发明的进一步改进的闪电和过压保护设备的情况下，电流补偿的扼流圈的初级绕组和次级绕组这样连接，使得负载电流沿不同的方向流过绕组，从而相应的磁场抵消。

在出现瞬时的过电压的情况下，按照本发明，出现的浪涌电流借助那时闭合的开关装置绕过这两个绕组之一。例如在这里开关装置可以这样构成，使得在瞬时的过电压的情况下初级绕组L₁继续地被穿流，而次级绕组L₂不承受电流负载。

通过电流流过的绕组、在提到的情况中通过在闭合的开关装置时在初级绕组中的电流，绕组芯到达饱和并且在初级和次级绕组之间的耦合几乎抵消，结果是，在所述负载上不形成电压。在初级绕组中的电流变化导致电压并且确保对气体放电导出体点火，结果是，进入希望的过压保护。初级电流变化对次级侧的反作用由于饱和的芯而被排除。

在本发明的一种优选的进一步改进方案中，开关装置构成为半导体、尤其是构成为MOSFET。半导体的基极或半导体的栅极在此与输入端子之一连接，尤其是与电流补偿的扼流圈的初级绕组连接所在的输入端子连接。

在本发明的一种进一步改进方案中，作为MOSFET尤其是可以使用具有空载二极管的IGBT。原则上还存在如下可能性，基于具有串联二极管的两个反关联连接的IGBT实现开关装置。开关装置双极地构造，以便控制正的以及负的过电压。

在导出过电压或干扰电流之后，可以借助打开开关装置熄灭气体放电导出体，从而保护设备重新准备运行。

绕组芯优选作为环形芯实现。

能够通过开关装置的响应特性预设或调整希望的保护电平。

就此而言精细保护通过作为开关装置的半导体实现。

至少所述初级绕组、也就是说在开关装置闭合的情况下继续被电流流过的绕组具有≥2μH的有效电感。

电流补偿的扼流圈的绕组芯具有尽可能小的体积，以便在开关装置转变到闭合状态中时使芯快速转换到饱和。

在本发明的一种进一步改进方案中，半导体的基极或栅极通过TVS二极管与相关的输入端子连接，其中，能通过二极管确定用于所述半导体的保护电平和切换点。

利用按照本发明的解决方案，不仅实现通过使用电流补偿的扼流圈引起以过滤器的意义针对共模干扰的保护，而是给出一种可串联的保护设备，所述保护设备快速且可靠地将连接的负载与瞬时的过电压和/或浪涌电流解耦并且同时通过激活气体放电导出体抑制相关的过压事件。能够通过选择电感、尤其是通过初级绕组形成足够高的电压，以用于对气体放电导出体的可靠的点火。

因为电流补偿的扼流圈的绕组的相应的电感显著小于现有技术中的电感，所以产生在连续运行中显著较小的损耗功率。

使用的电流补偿的扼流圈通过作为优选的开关装置的半导体在一定程度上控制，从而扼流圈在脉冲负载时尽可能快速地转入饱和状态中，以便抵消磁性的负反馈并且同时确保在初级侧上的电感升高。

电流补偿的扼流圈的实现也关于芯的选择这样执行，使得在芯饱和时，初级侧的磁力线不再到达次级侧上。

概括来说，本发明的实质在于使用电流补偿的扼流圈，所述扼流圈优选在初级绕组侧上这样受到控制，使得通过开关装置，在过压情况下次级绕组无电流流过。在正常的连续运行中，负载电流沿不同的方向流过耦合的扼流圈，结果是，这两个线圈的磁场抵消，从而仅调节小的串联电感。

在瞬时的过电压的情况中，浪涌电流通过半导体开关绕过次级扼流圈，结果是，磁场不再抵消并且在扼流圈回路中的电感升高。

高的电感导致，在气体放电导出体上形成电压，由此所述气体放电导出体以希望的方式点火。在过压事件之后，气体放电导出体可以通过半导体开关熄灭，这在额定电流高时也能够实现按照本发明的解决方案。

附图说明

接着应该借助实施例以及借助附图更详细地阐述本发明。

在此，示出：

图1a示出在正常运行中的按照本发明的闪电和过压保护设备的原理电路图，其中，开关装置S₁打开；

图1b示出在正常运行中的理想的等效电路图，其中，开关装置S₁打开；

图2a示出按照本发明的闪电和过压保护设备的原理电路图，其中，开关装置S₁闭合；以及

图2b示出在过压情况下和初级绕组L₁的给定的饱和时的等效电路图。

具体实施方式

按照本发明的闪电和过压保护设备如在图中所示出那样由两个输入端子1和2出发，其中，在输出端子3、4上连接有负载。

此外，设置连接输入端子1；2的气体放电导出体GDT。

在输入端子1与输出端子3之间存在具有芯的电流补偿的扼流圈的初级绕组L₁。

在输入端子2与输出端子4之间存在电流补偿的扼流圈的次级绕组L₂。

此外在输出端子3和输入端子2上连接有开关装置S₁，所述开关装置在正常运行中打开。

由于初级绕组L₁和次级绕组L₂设计为具有芯的电流补偿的扼流圈，在希望的理想的耦合时电感抵消，从而产生在图1b中示出的等效电路图。用于负反馈和耦合k的在这里相关的关系在图1a和1b中进行阐明地添加。

在过压情况中，如在图2a和2b中示出的那样，优选作为半导体开关、又优选作为IGBT实施的开关装置S₁闭合。结果是高的电流流过初级绕组L₁，所述电流将绕组芯驱动到饱和。由此在初级绕组L₁与次级绕组L₂之间的耦合k抵消。

因此，在饱和不再发生从电流补偿的扼流圈的初级侧到次级侧上的能量传输，亦即在所述负载上不形成电压。

初级绕组L₁的剩余的剩余电感形成高的电压，所述高的电压以希望的方式对气体放电导出体GDT点火。

在饱和时在过压情况中的对应的理想的等效电路图在图2b中示出。

电流补偿的扼流圈的绕组芯这样确定尺寸，使得耦合k在正常运行中k接近1并且在过压情况中k接近0。

为了尽可能快速地抵消在干扰脉冲情况中的感应的耦合，需要的是，在过压情况中将扼流圈的芯尽可能快速地驱动到饱和。为了达到这一点，基于以不同的芯的广泛的研究，得出接着的尺寸确定参数。一方面芯体积应尽可能保持小，以便达到快速的饱和。此外在确定绕组的尺寸时要注意，所述绕组不重叠，也就是说，在饱和情况中，次级电感不被初级电感的场力线贯穿。在饱和情况中的低的耦合是有利的。

此外有利的是如下实施方式，在该实施方式中绕组相对于彼此转动90°地构造，从而场力线在饱和时不再垂直切割次级线圈。与此有关地使用特别制造的芯，所述芯自行转动。