用于恒流电路的限压设备的制作方法

本公开涉及一种限压设备，用于限制在故障状态下在如机场照明系统等恒流电路中出现的过量电压。

背景技术：

1、机场照明系统通常被制成恒流电路，即照明设备串联在电流供应电路中。ac恒流电路和dc恒流电路都存在。ac恒流电路允许使用变压器。在这种情况下，照明设备连接到变压器的次级侧。多个这样的变压器(在其初级侧)串联连接并由恒定电流供电。

2、在恒流电路中，如果发生开路故障，端子两端的电压会迅速升到高水平。为了保护维护人员免受伤害，提供了电压限制器以使变压器的次级侧短路并防止输出端的电压过度上升。

3、在已知的用于恒流电路的电压限制器中，当电压超过安全水平阈值(例如50v)时，电压限制器被激活，并且需要非常快速地起作用以避免过压。它们通常包括模拟电压监测电路、隔离电源和非常快速的开关逻辑，从而导致高复杂性和高部件数量。然而，即使关闭时间非常短(例如50μs)，在这段短时间内仍可能出现高达600v的电压尖峰。

4、附加地，当led灯具通电并且其开关模式电源尚未开始工作时，可能会出现电压浪涌，因为其电容器没有充满足够的能量。当这种电压浪涌导致电压限制器被激活时，没有足够的时间对电容器充电，并且市电的每半个周期都会重复相同的过程，从而导致led灯闪烁或无法正常启动。

5、us2016/0262232公开了一种用于车辆前照灯的照明设备，包括开关模式电源和控制器。控制器设置有断续器，该断续器反复开关以使功率转换器的输出电压保持在预定电压附近。控制器进一步设置有异常状态确定部分，该异常状态确定部分被配置为当施加到光源的电压超过电压阈值达预定时间时关闭功率转换器。这样，可以保护光源等电路部件。

6、us2015/0333509公开了一种电流互感器的保护电路，用于防止电流互感器的次级电路上的次级电压超过次级电压阈值。该保护电路包括限制单元、控制单元和开关单元。开关单元被配置为一旦比较器的输入端处的电压达到阈值电压，就使电流互感器的次级端子短路。比较器的输入电压由通过整流器充电的电容器提供。该电容器还提供电压以驱动开关单元的晶体管。一旦比较器打开开关单元以产生短路，比较器输入端处的电容器就会放电，直到达到比较器输入端处的关断电压。上述电路的一个缺点是，虽然比较器输入端处的电容器几乎是立即充电的，但由于电容器的充电电流通路不包含任何电阻元件，因此未定义打开比较器的充电时间。仅定义了比较器打开后电容器的放电时间。这可能导致比较器打开时间的不确定性。

技术实现思路

1、因此，在恒流电路领域中，需要提供一种电压限制器或电压浪涌保护设备，其复杂度降低、更可靠、更经济和/或能够有效地防止电压浪涌。本领域需要提供这样的设备，其为在恒流电路的输出端子处操作的人员提供更可靠的保护，以防止受伤。

2、因此，根据本发明的第一方面，提供了一种如所附权利要求中所阐述的限压设备。根据本公开的各方面的限压设备包括用于将限压设备连接到电流源(例如恒流电路的电流源)的输入端子、用于将限压设备连接到负载(如机场照明或信号发送设备)的输出端子、电压钳位电路和开关电路。在正常操作条件下，输入端子连接到输出端子。电压钳位电路被配置为将输出端子两端的电压钳位到第一电压阈值，并且开关电路被配置为当输出端子两端的第二电压阈值被超过的时间长于第一预定时间段时，使输出端子和/或输入端子短路，并且有利地，保持短路状态达第二预定时间段，并当第二预定时间段被超过时，解除短路状态(打开输入端子和/或输出端子)。第二电压阈值有利地小于或等于第一电压阈值。有利地，第一预定时间段在50ms到2000ms之间。第二预定时间段可以在1s到60s之间，如至少5s。

3、因此，根据本公开的各方面的限压设备在耦接到输出端子的电负载发生故障的情况下，或在对电路进行维护操作的情况下(负载可能被断开)，为人体提供针对过压的两级保护。通过提供两级保护，定义第一钳位电压阈值和第二电压阈值(该第二电压阈值触发使输出端短路的时间延迟)，不仅可以提供符合国际电气标准的最佳个人保护以防止过量电压，而且还可以避免在启动期间不希望的负载关闭，例如在led设备的情况下，电容器在启动时充电，需要在短时间内获得更高的电压。这可以防止led灯在启动时出现不希望的闪烁。因此，本公开的限压设备提供了改进的保护逻辑。

4、根据本发明的第二方面，提供了一种恒流电路或隔离变压器，如所附权利要求中所阐述的。该恒流电路或隔离变压器包括根据第一方面的限压设备。

5、根据本公开的另一方面，提供了一种限制电压上升的方法，特别是在恒流电路中。该方法包括在正常操作条件下将电流源(例如恒流电路的电流源)连接到输出端子。在正常操作条件下可以监测输出端子两端的电压。该方法进一步包括将输出端子两端的电压钳位到第一电压阈值，特别是当电压达到和/或将超过第一电压阈值时。该方法进一步包括当输出端子两端的电压超过第二电压阈值达第一预定时间段时使输出端子短路，并且有利地，保持短路状态达第二预定时间段，并当第二预定时间段被超过时，解除短路状态(打开输入端子和/或输出端子)。第二电压阈值有利地小于第一电压阈值或者可以等于第一电压阈值。本公开的限制电压上升的方法可以以本公开的限压设备实施。有利地，第一预定时间段在50ms到2000ms之间。第二预定时间段可以在1s到60s之间，如至少5s。

技术特征：

1.一种用于恒流电路(10)的限压设备(15，25)，所述限压设备包括：

2.如权利要求1所述的设备，其中，所述第一电压阈值(v1)高于或等于所述第二电压阈值(v2)。

3.如权利要求1或2所述的设备，其中，所述第二电压阈值(v2)是具有以下各项之一或组合的电压：50v或更小的均方根值和71v或更小的峰值。

4.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述开关电路(152)包括能够操作地耦接到开关设备(158，252)的延迟逻辑(156，150)，所述延迟逻辑被配置为在预定时间段触发所述开关设备。

5.如权利要求4所述的设备，包括电压检测电路(157，253)，所述电压检测电路被配置为在所述输出端子两端的电压超过所述第二电压阈值(v2)时触发所述延迟逻辑(156，150)。

6.如权利要求5所述的设备，其中，所述电压检测电路被配置为在所述输出端子(154)两端的所述电压降至所述第二电压阈值(v2)以下时重置所述延迟逻辑。

7.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述开关电路(152)包括半导体开关设备(158)和继电器电路(252)，其中，所述半导体开关设备和所述继电器电路均被配置为使所述输出端子和/或所述输入端子短路。

8.如权利要求7所述的设备，其中，所述开关电路(152)包括控制单元(150)，所述控制单元能够操作地耦接到所述继电器电路(252)和所述半导体开关设备(158)，其中，所述控制单元采用延迟逻辑实施，所述延迟逻辑被配置为触发所述半导体开关设备(158)和所述继电器电路(252)。

9.如前述权利要求中任一项所述的设备，进一步包括监测电路(155)，所述监测电路被配置为测试所述电压钳位电路(151)的操作。

10.如权利要求9所述的设备，其中，所述监测电路(155)包括霍尔传感器，所述霍尔传感器被配置为感测通过所述电压钳位电路的电流。

11.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述预定时间段(dt)介于50ms到2000ms之间。

12.一种恒流电路(10)，包括如前述权利要求中任一项所述的设备(15，25)。

13.如权利要求12所述的恒流电路，进一步包括连接在所述限压设备(15，25)的所述输出端子(154)处的一个或多个led设备(14)。

14.如权利要求12或13所述的恒流电路，其中，所述恒流电路(10)被配置为在所述输出端子(154)处提供ac电流。

15.如权利要求14所述的恒流电路，进一步包括电流源(11)和变压器(13)，所述变压器具有耦接到所述电源的初级端子和耦接到所述负载的次级端子，其中，所述限压设备(15，25)连接在所述次级端子和所述输出端子(154)之间。

16.如权利要求15所述的恒流电路，包括串联连接的多个变压器(13)，每个变压器耦接到相应的限压设备(15，25)。

17.一种用于恒流电路的隔离变压器，所述隔离变压器包括具有初级绕组的初级侧(131)和具有次级绕组和次级端子的次级侧(132)，其中，所述隔离变压器进一步包括如权利要求1至11中任一项所述的限压设备，其中，所述限压设备的所述输入端子(153)连接到所述次级端子。

18.一种限制电压上升的方法，包括：

19.如权利要求18所述的方法，其中，所述第二电压阈值小于或等于所述第一电压阈值，优选地所述第二电压阈值小于所述第一电压阈值。

20.如权利要求18或19所述的方法，其中，所述预定时间段(dt)介于50ms到2000ms之间。

技术总结一种用于恒流电路(10)的限压设备(15)包括用于将限压设备连接到恒流电路的电流源(11)的输入端子(153)、用于将限压设备连接到负载的输出端子(154)、电压钳位电路(151)和开关电路(152)。在正常操作条件下，输入端子(153)连接到输出端子(154)。电压钳位电路(151)被配置为将输出端子两端的电压钳位到第一电压阈值，并且开关电路被配置为当输出端子两端的第二电压阈值被超过的时间长于预定时间段时使输出端子短路。技术研发人员：F·格林,N·索瓦吉,E·德弗利绍维尔受保护的技术使用者：ADB 安全门私人有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/10