CN103311914B - 复合型压敏电阻器过压保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合型压敏电阻器过压保护电路，其包括由正温度系数热敏电阻芯片和压敏电阻芯片构成的复合型PTC热敏电阻器；气体放电管的一端与第一引脚连接，气体放电管的另一端与第二引脚连接；复合型PTC热敏电阻器通过第一引脚、第三引脚与被保护对象的输入端并联。本发明的过压保护电路具有气体放电管的响应速度，具有压敏电阻器的流通容量，具有较压敏残压降高50V DC的残余电压，具有较高的工频耐压，在降低压敏电阻工频故障率的同时，以较低残压降更好地对被保护对象实施保护。

Description

复合型压敏电阻器过压保护电路
技术领域
本发明涉及过压保护电路。
背景技术
目前的过压保护电路由以下3种。
（1）如图1所示，压敏电阻器Rm是一种限压型保护器件，以其优异的电压非线性特性广泛应用于各种电子设备中，但实际使用过程中会因各种异常原因导致保险丝F熔断或压敏电阻Rm失效发生着火甚至爆炸。
为了解决这种现象，人们不得不逐渐提高压敏电阻Rm的压敏电阻值，或者用更大电流的保险丝F，这就会使得提高了压敏电压后过高的残压降对被保护对象失去保护作用，或者被保护对象故障时保险丝不熔断失去装配意义。
（2）如图2所示，气体放电管GDT是一种开关型保护器件，当两极间电压足够大时极间间隙将放电击穿，由绝缘状态转为导通状态，导通状态下维持电压很低 ，由于气体放电管经过多次击穿后其“续流遮断”能力降低，在交流电路的保护方案中一般采用压敏电阻与气体放电管组合实施保护。
这个电路虽然有着气体放电管的响应速度与压敏电阻的流通容量，但过高的响应电压使许多操作浪涌失去钳位机会，这些操作浪涌也会使被保护对象承受反复的过压冲击而增加失效机会。
（3）如图3所示，PTC（正温度系数）热敏电阻与压敏电阻通过电极紧贴在一起的组合器件R。
该组合器件利用PTC热敏电阻对压敏电阻的保护，在不担心压敏电阻损坏的前提下降低了压敏电阻的响应电压，但在雷击电压时由于PTC热敏电阻阻值的存在，雷击电流流经PTC热敏电阻时的高残压降使整个电路失去保护作用。
上述3种过压保护电路均存在以下缺陷：压敏电阻在对电子线路实施保护过程中，当压敏电压选择偏低时，压敏电阻本身易成一个故障点，压敏电压选择偏高时，高残压降会降低压敏电阻对被保护对象的保护效果。
发明内容
本发明的目的在于提出一种复合型压敏电阻器过压保护电路，其能解决压敏电阻在对电子线路实施保护过程中，当压敏电压选择偏低时，压敏电阻本身易成一个故障点，压敏电压选择偏高时，高残压降会降低压敏电阻对被保护对象的保护效果的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
复合型压敏电阻器过压保护电路，其包括正温度系数热敏电阻芯片、压敏电阻芯片和气体放电管；正温度系数热敏电阻芯片的一面电极与压敏电阻芯片的一面电极通过焊锡连接在一起，形成公共端，通过第二引脚引出；正温度系数热敏电阻芯片的另一面电极通过第一引脚引出；压敏电阻芯片的另一面电极通过第三引脚引出；正温度系数热敏电阻芯片和压敏电阻芯片构成复合型PTC热敏电阻器；气体放电管的一端与第一引脚连接，气体放电管的另一端与第二引脚连接；复合型PTC热敏电阻器通过第一引脚、第三引脚与被保护对象的输入端并联。
优选的，正温度系数热敏电阻芯片和压敏电阻芯片是封装在一包封层内的三端器件。
需要说明的是，所述被保护对象为后级电路或后级电子元器件。
本发明具有如下有益效果：
本发明的过压保护电路具有气体放电管的响应速度，具有压敏电阻器的流通容量，具有较压敏残压降高50V DC的残余电压，具有较高的工频耐压，在降低压敏电阻故障率的同时，以较低的残压降更好地对被保护对象实施保护。
附图说明
图1至图3为现有技术的3种过压保护电路的结构示意图；
图4为本发明较佳实施例的复合型压敏电阻器过压保护电路的结构示意图；
图5为图4的复合型压敏电阻器的结构示意图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。
如图4和图5所示，一种复合型压敏电阻器过压保护电路，其包括正温度系数（PTC）热敏电阻芯片5、压敏电阻芯片4和气体放电管6；正温度系数热敏电阻芯片5的一面电极与压敏电阻芯片4的一面电极通过焊锡连接在一起，形成公共端，通过第二引脚2引出；正温度系数热敏电阻芯片5的另一面电极通过第一引脚1引出；压敏电阻芯片4的另一面电极通过第三引脚3引出；正温度系数热敏电阻芯片5和压敏电阻芯片4构成复合型PTC热敏电阻器；气体放电管6的一端与第一引脚1连接，气体放电管6的另一端与第二引脚2连接；复合型PTC热敏电阻器通过第一引脚1、第三引脚3与被保护对象的输入端并联。
本实施例的正温度系数热敏电阻芯片5和压敏电阻芯片4是封装在一包封层内的三端器件。
本实施例的被保护对象可以是后级电路或后级电子元器件。
本实施例的原理如下：
雷击是一个非周期性的瞬态电流，浪涌电流通常是由开关瞬态或感应雷电所造成的，两者波形基本相同只是能量大小不同。
气体放电管是一种开关型保护器件，工作原理是气体放电管当两极间电压足够大时，极间间隙将放电击穿类似短路，两级间电压一般只有20-50VDC。
压敏电阻是一种对电压敏感的非线性过电压半导体保护器件，当两端电压高于压敏电压时，内部电流非线性增大把电压限制在较低幅度上，压敏电阻的残压降一定要低于被保护对象的耐压水平。
PTC热敏电阻是一种阻值随温度变化而非线性变化的半导体元件，流过的电流或环境温度的上升会使热敏电阻温度发生变化进而使阻值变化，在特定条件下会使阻值上升了3-4个数量级呈高阻状态分压并保护特定对象
复合型PTC热敏电阻器是一款由PTC热敏电阻器和压敏电阻器用焊锡连接并耦合热量，依据电流和电压的综合保护效果实施保护的一个三端器件，在不担心压敏电压损坏的前提下选用了较低的压敏电阻压，能对被保护对象实施更好的保护。
在1000V DC以下的浪涌电压中，由于压敏电阻的压敏电压较低，只要压敏电阻能够响应的浪涌电压，该电路均有轻微的吸收作用，能适当减轻浪涌电压对被保护对像的反复冲击。
在650VAC以下的工频耐压中，由于热敏电阻阻值上升了3-4个数量级承担绝大部分耐压，而压敏电阻只有微小的导通电流流过不会损坏，PTC热敏电阻上电压较低不至于击穿与之并联的气体放电管，该电路能长期承受650VAC以下的工频耐电压，降低了压敏电阻出现故障的可能性。
在1000VDC以上浪涌电压或雷击电压时，该电压首先击穿压敏电阻。流经压敏电阻的电流也同时流经PTC热敏电阻并同时产生压降，当该压降大于气体放电管的击穿电压时。气体放电管击穿呈短路状态，PTC热敏电阻退出保护过程，此时加在被保护对象上的残余电压为压敏电阻本身的残压降再加上气体放电管被击穿后的续流维持电压，它最大流通容量等同于压敏电阻的最大流通容量，响应速度等同于气体放电管的响应速度，最终以低残压降、快速度、大容量实施对被保护对象的保护。
本实施例的这种由复合型PTC热敏电阻并联气体放电管后的过电压保护电路叫复合型压敏电阻器过压保护电路，它是一款由三端的复合型PTC热敏电阻在PTC热敏电阻上并联气体放电管的一个电路。
通过实验比对，复合型PTC热敏电阻器的2脚（如图3所示，即正温度系数热敏电阻芯片与压敏电阻芯片的公共端）悬空挡压敏电阻使用时，对浪涌电流的吸收效果只有175A，残压降为2250V DC，对3KV的雷电波基本没有吸收效果。而本实施例的复合型压敏电阻器过压保护电路对3KV的雷电波的吸收效果基本不受与气体放电管并联的PTC热敏电阻的影响，为3KA，残压降也较低，为800V DC左右。
综上所述，复合型压敏电阻器具有压敏电阻的流通容量，具有气体放电管的响应速度，具有PTC热敏电阻的耐工频过压能力，具有比两倍压敏电压略高的残余电压，它在降低压敏电阻器故障的基础上以较低的响应电压，较低的残压降，以不变的通流量更好地实现了对被保护对象的保护。所以复合型压敏电阻器过压保护电路是取代常规压敏电阻对大功率电源实现保护的一种最佳保护器件。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.复合型压敏电阻器过压保护电路，其特征在于，包括正温度系数热敏电阻芯片(5)、压敏电阻芯片(4)和气体放电管(6)；正温度系数热敏电阻芯片(5)的一面电极通过第一引脚(1)引出；正温度系数热敏电阻芯片(5)的另一面电极与压敏电阻芯片(4)的一面电极通过焊锡连接在一起，形成公共端，通过第二引脚(2)引出；压敏电阻芯片(4)的另一面电极通过第三引脚(3)引出；正温度系数热敏电阻芯片(5)和压敏电阻芯片(4)构成复合型PTC热敏电阻器；气体放电管(6)的一端与第一引脚(1)连接，气体放电管(6)的另一端与第二引脚(2)连接；复合型PTC热敏电阻器通过第一引脚(1)、第三引脚(3)与被保护对象的输入端并联；在1000VDC以上浪涌电压或雷击电压时，该电压首先击穿压敏电阻芯片(4)，流经压敏电阻芯片(4)的电流也同时流经正温度系数热敏电阻芯片(5)并同时产生压降，当该压降大于气体放电管(6)的击穿电压时，气体放电管(6)击穿呈短路状态，正温度系数热敏电阻芯片(5)退出保护过程，此时加在被保护对象上的残余电压为压敏电阻芯片(4)本身的残压降再加上气体放电管(6)被击穿后的续流维持电压，被保护对象的最大流通容量等同于压敏电阻芯片(4)的最大流通容量，响应速度等同于气体放电管(6)的响应速度。
2.如权利要求1所述的复合型压敏电阻器过压保护电路，其特征在于，正温度系数热敏电阻芯片(5)和压敏电阻芯片(4)是封装在一包封层内的三端器件。
3.如权利要求1所述的复合型压敏电阻器过压保护电路，其特征在于，所述被保护对象为后级电路或后级电子元器件。
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