中心議題：

• 在逆變器輸入端實現(xiàn)全面保護
• 標準化機構(gòu)及保險業(yè)提出更高要求
• 雙向保護用壓敏電阻

貴重太陽能裝置及其電子配備對過電壓與電流浪涌的可靠保護需求日益增強。那么，貴重太陽能裝置有什么可靠且成本較低的解決方案呢？看看TDK集團成員愛普科斯(EPCOS)熱保護壓敏電阻和氣體放電管吧。對逆變器實現(xiàn)全面保護，保險標準要求再高也不怕。

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

太陽能裝置通常裝在屋頂?shù)葢敉馕恢?，也越來越多地裝在開闊地帶，因而過電壓帶來的風險極高，而太陽能組件與逆變器（直流電平）之間長長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險。圖1為典型太陽能逆變器的結(jié)構(gòu)：將來自太陽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：太陽能逆變器方框圖

左：太陽能組件與逆變器輸入端的過電壓保護（OVP）；

右：對EMC濾波器及其它元件的線路側(cè)過電壓保護 

在逆變器輸入端實現(xiàn)全面保護

額定電壓為1000 V DC的金屬氧化物壓敏電阻通常用于太陽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現(xiàn)額外防護。圖2為太陽能逆變器直流輸入的常用電路設(shè)計：最簡化版本（圖2a）僅使用一個額定電壓為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時為2970 V。圖2b所示電路通過串聯(lián)的兩個壓敏電阻運作，兩元件應(yīng)專用于550 VRMS （745 V DC），以提供相同保護。這一設(shè)計提供了一大優(yōu)點：鉗位電壓在電流為100 A時僅為2710 V，從而進一步抑制過電壓。此外，待吸收能量將平均分布于兩個組件，從而降低負荷系數(shù)。圖2c所示電路則在壓敏電阻與地面之間添加了一個氣體放電管。這一設(shè)計仍將提供充分保護，特別是當單個或兩個壓敏電阻出現(xiàn)故障或因負荷導致老化時。必須使用氣體放電管，以免當兩個壓敏電阻同時故障時進入持續(xù)導電狀態(tài)。

        
         圖2：過電壓防護電路設(shè)計

采用單一壓敏電阻（a）、兩個壓敏電阻（b）以及兩個壓敏電阻加一個氣體放電管（c）的電路設(shè)計均提供過電壓保護。

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

由于太陽能逆變器所在技術(shù)領(lǐng)域較新，因此并沒有針對其老化行為以及老化對內(nèi)部保護元件的影響進行過長期研究。然而，由電源及其它設(shè)備方面得知，基于半導體的元件（如陶瓷壓敏電阻）可能會由于持續(xù)性低幅度脈沖負載導致退化，隨之致使漏電越來越嚴重。如果元件內(nèi)部由此而產(chǎn)生的高功率損耗無法通過對流耗散，那么，則可能發(fā)生極端情況：不斷加熱導致短路，隨后會破壞壓敏電阻。

        
         表3：愛普科斯ETFV電路圖

愛普科斯ETFV具有監(jiān)視器輸出。LED通過信號指示壓敏電阻的完好狀態(tài)。

下頁內(nèi)容：標準化機構(gòu)及保險業(yè)提出更高要求、雙向保護用壓敏電阻

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標準化機構(gòu)及保險業(yè)提出更高要求

各大標準化機構(gòu)，如UL和IEC等，已開始警惕這一安全風險，并強調(diào)：日后的應(yīng)用需保證對壓敏電阻進行溫度監(jiān)控并能夠在發(fā)生故障時自動斷開。不過，最近公布的IEC62109-1標準——《太陽能發(fā)電系統(tǒng)用電力轉(zhuǎn)換器之安全標準——第1部分：通用要求》并未明確相關(guān)問題。而其它標準，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，同時要為該類壓敏電阻配備相應(yīng)熔絲。

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

愛普科斯ETFV系列技術(shù)數(shù)據(jù)



                                                

經(jīng)過針腳設(shè)計，愛普科斯ETFV系列還可安裝在電路板上或通過螺旋夾具安裝在設(shè)備體外，從而大大簡化了故障發(fā)生時的置換工作。所示內(nèi)容為20mm片式ETFV。 
 
為使太陽能逆變器制造商以低成本滿足各大標準及保險公司的嚴格要求，TDK集團成員愛普科斯(EPCOS)現(xiàn)開發(fā)出ETFV系列（愛普科斯熱熔式壓敏電阻）。這些組件通過串聯(lián)電路組合在一起，包括一個壓敏電阻和一個熱熔絲。如果壓敏電阻已嚴重退化，并致使較高漏電流導致過熱，熔絲將熔斷以斷開壓敏電阻。上述元件的一大特色便是監(jiān)視引線：通過延伸壓敏電阻與熱熔絲之間的觸點以驅(qū)動LED（參見圖3）。

雙向保護用壓敏電阻

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。如果應(yīng)用電壓超出元件額定電壓，壓敏電阻將變?yōu)閷w，使得元件能夠在短期內(nèi)承受數(shù)安培至數(shù)kA的電流。 
 
              

在達到特定響應(yīng)電壓時，壓敏電阻開始導電，從而限制電壓進一步升高。此行為適用于正反雙向的電壓，從而確保雙向保護。