中心議題：

• 在逆變器輸入端實現(xiàn)全面保護(hù)
• 標(biāo)準(zhǔn)化機構(gòu)及保險業(yè)提出更高要求
• 雙向保護(hù)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(hù)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(hù)壓敏電阻和氣體放電管吧。對逆變器實現(xiàn)全面保護(hù)，保險標(biāo)準(zhǔn)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(hù)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(hù)壓敏電阻及氣體放電管。

太陽能裝置通常裝在屋頂?shù)葢敉馕恢茫苍絹碓蕉嗟匮b在開闊地帶，因而過電壓帶來的風(fēng)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(fēng)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(hù)（OVP）；

右：對EMC濾波器及其它元件的線路側(cè)過電壓保護(hù) 

在逆變器輸入端實現(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(hù)。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(hù)。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(jìn)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(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氣體放電管。這一設(shè)計仍將提供充分保護(hù)，特別是當(dāng)單個或兩個壓敏電阻出現(xiàn)故障或因負(fù)荷導(dǎo)致老化時。必須使用氣體放電管，以免當(dāng)兩個壓敏電阻同時故障時進(jìn)入持續(xù)導(dǎo)電狀態(tài)。

        
         圖2：過電壓防護(hù)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(hù)。

原則上，電源線側(cè)提供相同電路方案。對于歐洲高達(dá)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(biāo)準(zhǔn)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(hù)元件的影響進(jìn)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(dǎo)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(fù)載導(dǎo)致退化，隨之致使漏電越來越嚴(yán)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(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)化機構(gòu)及保險業(yè)提出更高要求、雙向保護(hù)用壓敏電阻

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標(biāo)準(zhǔn)化機構(gòu)及保險業(yè)提出更高要求

各大標(biāo)準(zhǔn)化機構(gòu)，如UL和IEC等，已開始警惕這一安全風(fēng)險，并強調(diào)：日后的應(yīng)用需保證對壓敏電阻進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)——《太陽能發(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(yán)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(hù)符合IEC61643-11第二類（粗保護(hù)）。

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(biāo)準(zhǔn)及保險公司的嚴(yán)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(yán)重退化，并致使較高漏電流導(dǎo)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(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。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，壓敏電阻開始導(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)。