中心議題：

• 在逆變器輸入端實(shí)現(xiàn)全面保護(hù)
• 標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)及保險(xiǎn)業(yè)提出更高要求
• 雙向保護(hù)用壓敏電阻

貴重太陽(yáng)能裝置及其電子配備對(duì)過(guò)電壓與電流浪涌的可靠保護(hù)需求日益增強(qiáng)。那么，貴重太陽(yáng)能裝置有什么可靠且成本較低的解決方案呢？看看TDK集團(tuán)成員愛(ài)普科斯(EPCOS)熱保護(hù)壓敏電阻和氣體放電管吧。對(duì)逆變器實(shí)現(xiàn)全面保護(hù)，保險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)要求再高也不怕。

目前，對(duì)貴重太陽(yáng)能裝置及其電子配備的過(guò)電壓與電流浪涌的可靠保護(hù)日顯重要。TDK集團(tuán)成員愛(ài)普科斯(EPCOS)為此打造了可靠且成本較低的解決方案：愛(ài)普科斯熱保護(hù)壓敏電阻及氣體放電管。

太陽(yáng)能裝置通常裝在屋頂?shù)葢敉馕恢茫苍絹?lái)越多地裝在開(kāi)闊地帶，因而過(guò)電壓帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)極高，而太陽(yáng)能組件與逆變器（直流電平）之間長(zhǎng)長(zhǎng)的引線以及接至電網(wǎng)（交流電平）的饋線則又加劇了這一風(fēng)險(xiǎn)。圖1為典型太陽(yáng)能逆變器的結(jié)構(gòu)：將來(lái)自太陽(yáng)能組件的直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓，然后供給電網(wǎng)。

      
       圖1：太陽(yáng)能逆變器方框圖

左：太陽(yáng)能組件與逆變器輸入端的過(guò)電壓保護(hù)（OVP）；

右：對(duì)EMC濾波器及其它元件的線路側(cè)過(guò)電壓保護(hù) 

在逆變器輸入端實(shí)現(xiàn)全面保護(hù)

額定電壓為1000 V DC的金屬氧化物壓敏電阻通常用于太陽(yáng)能逆變器的直流輸入。根據(jù)待處理線路電壓，例如電壓為300 VRMS的壓敏電阻可以是變頻器輸出的首選。在這兩種情況下，也可使用充氣式氣體放電管以實(shí)現(xiàn)額外防護(hù)。圖2為太陽(yáng)能逆變器直流輸入的常用電路設(shè)計(jì)：最簡(jiǎn)化版本（圖2a）僅使用一個(gè)額定電壓為1000 VRMS的壓敏電阻（例如片狀，直徑20毫米）。在這種情況下，額定直流電壓為1414 V DC，而鉗位電壓在100 A時(shí)為2970 V。圖2b所示電路通過(guò)串聯(lián)的兩個(gè)壓敏電阻運(yùn)作，兩元件應(yīng)專用于550 VRMS （745 V DC），以提供相同保護(hù)。這一設(shè)計(jì)提供了一大優(yōu)點(diǎn)：鉗位電壓在電流為100 A時(shí)僅為2710 V，從而進(jìn)一步抑制過(guò)電壓。此外，待吸收能量將平均分布于兩個(gè)組件，從而降低負(fù)荷系數(shù)。圖2c所示電路則在壓敏電阻與地面之間添加了一個(gè)氣體放電管。這一設(shè)計(jì)仍將提供充分保護(hù)，特別是當(dāng)單個(gè)或兩個(gè)壓敏電阻出現(xiàn)故障或因負(fù)荷導(dǎo)致老化時(shí)。必須使用氣體放電管，以免當(dāng)兩個(gè)壓敏電阻同時(shí)故障時(shí)進(jìn)入持續(xù)導(dǎo)電狀態(tài)。

        
         圖2：過(guò)電壓防護(hù)電路設(shè)計(jì)

采用單一壓敏電阻（a）、兩個(gè)壓敏電阻（b）以及兩個(gè)壓敏電阻加一個(gè)氣體放電管（c）的電路設(shè)計(jì)均提供過(guò)電壓保護(hù)。

原則上，電源線側(cè)提供相同電路方案。對(duì)于歐洲高達(dá)240 VRMS的典型電網(wǎng)電壓來(lái)說(shuō)，應(yīng)選擇額定電壓有300 或 320 VRMS的壓敏電阻。就本質(zhì)而言，由于標(biāo)準(zhǔn)電源的輸入電路專為線路運(yùn)行設(shè)計(jì)，因此這些電路并沒(méi)有太多差別。

由于太陽(yáng)能逆變器所在技術(shù)領(lǐng)域較新，因此并沒(méi)有針對(duì)其老化行為以及老化對(duì)內(nèi)部保護(hù)元件的影響進(jìn)行過(guò)長(zhǎng)期研究。然而，由電源及其它設(shè)備方面得知，基于半導(dǎo)體的元件（如陶瓷壓敏電阻）可能會(huì)由于持續(xù)性低幅度脈沖負(fù)載導(dǎo)致退化，隨之致使漏電越來(lái)越嚴(yán)重。如果元件內(nèi)部由此而產(chǎn)生的高功率損耗無(wú)法通過(guò)對(duì)流耗散，那么，則可能發(fā)生極端情況：不斷加熱導(dǎo)致短路，隨后會(huì)破壞壓敏電阻。

        
         表3：愛(ài)普科斯ETFV電路圖

愛(ài)普科斯ETFV具有監(jiān)視器輸出。LED通過(guò)信號(hào)指示壓敏電阻的完好狀態(tài)。

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標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)及保險(xiǎn)業(yè)提出更高要求

各大標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)，如UL和IEC等，已開(kāi)始警惕這一安全風(fēng)險(xiǎn)，并強(qiáng)調(diào)：日后的應(yīng)用需保證對(duì)壓敏電阻進(jìn)行溫度監(jiān)控并能夠在發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)斷開(kāi)。不過(guò)，最近公布的IEC62109-1標(biāo)準(zhǔn)——《太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)用電力轉(zhuǎn)換器之安全標(biāo)準(zhǔn)——第1部分：通用要求》并未明確相關(guān)問(wèn)題。而其它標(biāo)準(zhǔn)，如IEC 60950-1最新版，明確指出：特殊用途必須使用符合IEC61051-2-2以及IEC 60950-1附錄Q的壓敏電阻，同時(shí)要為該類壓敏電阻配備相應(yīng)熔絲。

保險(xiǎn)公司則就該情形提出了更為嚴(yán)格的要求。他們指出，除其它情況外，輸出超過(guò)50 kW的太陽(yáng)能裝置必須保證其過(guò)電壓保護(hù)符合IEC61643-11第二類（粗保護(hù)）。

愛(ài)普科斯ETFV系列技術(shù)數(shù)據(jù)



                                                

經(jīng)過(guò)針腳設(shè)計(jì)，愛(ài)普科斯ETFV系列還可安裝在電路板上或通過(guò)螺旋夾具安裝在設(shè)備體外，從而大大簡(jiǎn)化了故障發(fā)生時(shí)的置換工作。所示內(nèi)容為20mm片式ETFV。 
 
為使太陽(yáng)能逆變器制造商以低成本滿足各大標(biāo)準(zhǔn)及保險(xiǎn)公司的嚴(yán)格要求，TDK集團(tuán)成員愛(ài)普科斯(EPCOS)現(xiàn)開(kāi)發(fā)出ETFV系列（愛(ài)普科斯熱熔式壓敏電阻）。這些組件通過(guò)串聯(lián)電路組合在一起，包括一個(gè)壓敏電阻和一個(gè)熱熔絲。如果壓敏電阻已嚴(yán)重退化，并致使較高漏電流導(dǎo)致過(guò)熱，熔絲將熔斷以斷開(kāi)壓敏電阻。上述元件的一大特色便是監(jiān)視引線：通過(guò)延伸壓敏電阻與熱熔絲之間的觸點(diǎn)以驅(qū)動(dòng)LED（參見(jiàn)圖3）。

雙向保護(hù)用壓敏電阻

壓敏電阻是電壓依賴性單片陶瓷電阻，其行為由其額定電壓和電流能力確定。在響應(yīng)電壓以下，壓敏電阻可表現(xiàn)出極高的電阻：僅有微不足道的漏電流（μA范圍內(nèi)）在流動(dòng)。如果應(yīng)用電壓超出元件額定電壓，壓敏電阻將變?yōu)閷?dǎo)體，使得元件能夠在短期內(nèi)承受數(shù)安培至數(shù)kA的電流。 
 
              

在達(dá)到特定響應(yīng)電壓時(shí)，壓敏電阻開(kāi)始導(dǎo)電，從而限制電壓進(jìn)一步升高。此行為適用于正反雙向的電壓，從而確保雙向保護(hù)。