CN103337848A

CN103337848A - 一种防雷过压保护组件

Info

Publication number: CN103337848A
Application number: CN2013102704480A
Authority: CN
Inventors: 卢振亚; 欧润彬; 沈朝阳; 杨凤金
Original assignee: SHENZHEN GU'AN ELECTRONICS Co Ltd; SHENZHEN JINYANG ELECTRONIC CO Ltd; South China University of Technology SCUT
Current assignee: Guangzhou Guan Electronics Co Ltd
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2033-06-28
Also published as: CN103337848B

Abstract

本发明公开了一种防雷过压保护组件，包括压敏电阻片、正温度系数热敏电阻片和气体放电管，所述压敏电阻片、正温度系数热敏电阻片和气体放电管封装为一体，正温度系数热敏电阻片和气体放电管的第一公共端为第一引出端，正温度系数热敏电阻片和气体放电管的第二公共端与压敏电阻片的一端连接，压敏电阻片的另一端为第二引出端。本发明不但可抑制操作过电压和故障工频过电压，当发生雷击脉冲过电压时，该保护组件能发挥正常压敏元件的保护作用。

Description

一种防雷过压保护组件

技术领域

本发明涉及防雷过压保护技术，特别涉及一种复合型的防雷过压保护组件。

背景技术

ZnO压敏元件已大量用于电力电子线路，吸收雷电脉冲引起的过电压和系统操作及系统故障引起的工频过电压。但是，压敏元件本身吸收浪涌能量有一定限度，并联在电源回路上的压敏元件吸收过电压能量（特别是持续时间较长的工频过电压）同时，自身温度升高，当压敏电阻吸收的能量过大时，压敏电阻可能发生爆炸起火，现在一般通过提高压敏电阻的压敏电压和直径来解决这一问题，但这样就在一定程度上降低了压敏电阻器吸收浪涌电压的保护效果，脉冲残压必然升高，而且也不能根本防止压敏电阻发生爆炸起火的事故。

正温度系数（PTC）热敏电阻串联在电子产品电源回路上，可起过流保护作用。正温度系数（PTC）热敏电阻与压敏电阻组合可以起到综合的过流过压保护作用。

现有文献：“卢振亚，压敏电阻器与PTCR热敏电阻器的组合应用，电子元件与材料，1997.12”公开报道了压敏电阻器与PTC热敏电阻器组合应用的一些试验结果。

实用新型专利200720049371.4和201220290529.8公开了一种复合正温度系数热敏电阻，通过将PTC热敏电阻与压敏电阻封装在一起制作成三端引出器件，应用时PTC热敏元件与被保护电路串联，压敏元件与被保护电路并联，利用压敏电阻过压响应时的电流和温度（热耦合作用）提高PTC热敏电阻的保护速度，并反过来保护压敏电阻；利用PTC热敏电阻与压敏电阻热耦合时，电流电压的综合保护效果最大限度地提高PTC热敏电阻的保护速度。

但是，由于PTC热敏元件具有一定阻值，只能承受较小的电流流过，被保护电路额定工作电流只能限制在元件不动作电流以内，这便限制了上述已有三端引出组合器件的应用范围。

采用ZnO压敏元件作为过压防雷保护时也可以串联一个间隙（一般空气间隙或气体放电管），类似一个带间隙电力避雷器。与间隙串联应用，可以防止ZnO压敏元件老化失效，但是会提高线路的击穿起始电压，当操作过电压（工频过电压）幅值达不到击穿电压（ZnO元件击穿电压与间隙击穿电压之和）时，元件没有电流流过，不能对电路起保护作用。

综上所述，为了降低压敏元件工频过压爆燃事故概率，可提高压敏元件的压敏电压，但是这样必然提高脉冲残压，被保护线路被操作过电压和故障工频过电压破坏的几率大大增加；采用PTC热敏元件与ZnO压敏元件组合的三端器件可降低压敏元件工频过压爆燃事故概率，同时可实现较低的脉冲残压，但是被保护电路的额定工作电流受到限制；采用ZnO压敏元件与间隙串联应用，可防止压敏元件长期负荷老化引起的爆燃事故，但是对电路操作过电压和故障工频过电压保护能力降低。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种防雷过压保护组件，不但可抑制操作过电压和故障工频过电压，当发生雷击脉冲过电压时，该保护组件能发挥正常压敏元件的保护作用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种防雷过压保护组件，包括压敏电阻片、正温度系数热敏电阻片和气体放电管，所述压敏电阻片、正温度系数热敏电阻片和气体放电管封装为一体，正温度系数热敏电阻片和气体放电管的第一公共端为第一引出端，正温度系数热敏电阻片和气体放电管的第二公共端与压敏电阻片的一端连接，压敏电阻片的另一端为第二引出端；正温度系数热敏电阻片和气体放电管并联后与压敏电阻片串联；所述正温度系数热敏电阻片与压敏电阻片形成热耦合关系。

所述正温度系数热敏电阻片为环形结构，正温度系数热敏电阻片的内孔大小与气体放电管的相匹配；正温度系数热敏电阻片的下电极面与压敏电阻片的上电极面通过焊锡焊接；气体放电管置于正温度系数热敏电阻片的内孔，其下端面与压敏电阻片的上电极面通过焊锡焊接；所述压敏电阻片的下电极面焊接有作为第一引出端的第一引线；所述正温度系数热敏电阻片的上电极面焊接有作为第二引出端的第二引线，所述第二引线同时也与气体放电管的上端面连接。

所述压敏电阻片、正温度系数热敏电阻片均为方形；正温度系数热敏电阻片的下电极面与压敏电阻片的上电极面通过焊锡焊接；气体放电管位于氧化锌压敏电阻片的一侧，其下端面与压敏电阻片的上电极面通过焊锡焊接；所述压敏电阻片的下电极面焊接有作为第一引出端的第一引线；所述正温度系数热敏电阻片的上电极面焊接有作为第二引出端的第二引线，所述第二引线同时也与气体放电管的上端面焊接。

所述封装为采用塑料壳封装或采用阻燃性有机树脂材料封装。

所述压敏电阻片为氧化锌压敏电阻片。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

本发明在使用时第一引出端和第二引出端并联在被保护电源线路上，不但可以抑制操作过电压和故障工频过电压，当发生雷击脉冲过电压时，该保护组件能发挥正常压敏元件的保护作用：

（1）当电源电压正常时，本发明的防雷过压保护组件没有电流（或仅有微弱漏电流）流过，被保护电路系统正常工作不受影响。

（2）当雷击引起被保护电路系统脉冲过电压时，本发明的防雷过压保护组件动作，脉冲电流经压敏元件与气体放电管的串联回路，被保护电路承受的脉冲过电压被控制在压敏元件与气体放电管串联回路的脉冲残压之内（即压敏元件的脉冲残压与气体放电管导通残压之和）。

（3）如果压敏电阻长期负荷使得性能劣化，正常电压负荷下漏电流增加导致温度升高，热量传递到热敏电阻上，当温度达到热敏电阻的居里温度，热敏电阻动作，热敏电阻阻值急剧升高，限制了压敏电阻的电流，防止压敏电阻爆燃事故的发生。

（4）当电源电路出现工频过电压时，压敏电阻导通，导通电流经热敏电阻流过，吸收过电压能量，被保护电路系统承受的电压被限制在压敏电阻与热敏电阻串联回路电压降之内。

附图说明

图1为实施例1的防雷过压保护组件内部元件组成示意图。

图2为图1的各元件外形示意图。

图3为实施例1的防雷过压保护组件的整体示意图。

图4为实施例1的防雷过压保护组件的内部元件连接示意图。

图5为实施例2的防雷过压保护组件内部元件组成示意图。

图6为图5的各元件外形示意图。

图7为实施例2的防雷过压保护组件的装配示意图。

图8为实施例2的防雷过压保护组件的内部元件连接示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1～2所示，本实施例的防雷过压保护组件，包括氧化锌压敏电阻片11、正温度系数陶瓷热敏电阻片12和气体放电管13，所述正温度系数陶瓷热敏电阻片12制作成环形结构，正温度系数陶瓷热敏电阻片12的内孔大小与气体放电管13的外径配合，两者之间的间隙为0.1～1mm；正温度系数陶瓷热敏电阻片12的厚度与气体放电管13高度一致，氧化锌压敏电阻片11与正温度系数陶瓷热敏电阻片12的外径一致；正温度系数陶瓷热敏电阻片12的下电极面与氧化锌压敏电阻片11的上电极面通过焊锡焊接，气体放电管13置于正温度系数陶瓷热敏电阻片12的内孔，且气体放电管13的下端面与氧化锌压敏电阻片11的上电极面通过焊锡焊接；三个元件焊接在一起后外观为圆柱体，圆柱体一个端面为氧化锌压敏电阻片的下电极面，另一个端面为正温度系数陶瓷热敏电阻片的环形电极面及与这个环形电极面基本等高的气体放电管的上端面。此后采用传统的圆片电子陶瓷元件生产工艺，在上述圆柱体两面焊接引线：在正温度系数陶瓷热敏电阻片的上电极面焊接作为引出端14的上引线，上引线同时与气体放电管上端面焊接，在氧化锌压敏电阻片的下电极面焊接作为引出端15的下引线。焊接引线后采用环氧树脂包封、固化，即制成如图3所示的具有两个引出端14～15的防雷过压保护组件。

图4为本实施例的防雷过压保护组件的内部元件连接示意图，正温度系数陶瓷热敏电阻片12和气体放电管并联13后与氧化锌压敏电阻片11串联，图中虚线框16表示封装层。

本发明在使用时正温度系数陶瓷热敏电阻片与压敏电阻片形成热耦合关系，引出端14和引出端15并联在被保护电源线路上。

防雷过压保护组件内部的正温度系数热敏电阻片的居里温度可选为(95～125℃)，室温阻值可选为(10～300欧姆)；压敏电阻片的压敏电压可选为(350～550V—用于220VAC电源)或(170～270V—用于110VAC电源)；气体放电管的脉冲击穿电压可选为450～650V。

选用直径/厚度约为14.0/1.8mm，压敏电压V_1mA=430V±10%的压敏电阻芯片；选用外径/内径//厚度约为14.0/5.5/5.0mm，室温（25℃）阻值30～50欧姆，居里温度为120℃的正温度系数热敏电阻芯片，选用直径/高度为5/5mm，直流击穿电压为550～600V的气体放电管，制作本实施例的防雷过压保护组件样品5 只，对样品进行工频过电压和模拟雷击过电压测试。工频测试电压为660VAC（3倍工频相电压），电源最大输出电流10A；模拟雷击过电压测试采用组合脉冲波发生器（端口开路电压波形为1.2/50μs、端口短路电流波形为8/20μs），试验电压电流峰值设置为6kV/3kA，每只样品正向脉冲试验10次，间隔2分钟，放置10分钟后反向脉冲试验10次，间隔2分钟。为了对比，选取规格为20D821（压敏电压V_1mA=750～800V，芯片直径20mm）的市售的氧化锌压敏电阻5只，进行相同试验。测试结果见表1。

从表1测试结果看出，本实施例制备的样品660VAC工频过电压性能优于规格为20D821的压敏电阻器，脉冲电流试验时，本发明样品的脉冲残压远低于规格为20D821压敏电阻器的脉冲残压。

表1、本实施例的样品与对比样品工频过电压和脉冲试验结果

实施例2

如图5～6所示，本实施例的防雷过压保护组件，包括氧化锌压敏电阻片21、正温度系数陶瓷热敏电阻片22和气体放电管23，氧化锌压敏电阻片21、正温度系数热敏电阻片22均为方形，压敏电阻片、热敏电阻片和气体放电管的外形尺寸需要适当配合：采用的气体放电管规格与实施例1相同，采用的压敏电阻片尺寸为长*宽*高=15*15*3mm，采用的热敏电阻片外形尺寸为长*宽*高=15*9*5mm。正温度系数热敏电阻片22的下电极面与氧化锌压敏电阻片21的上电极面通过焊锡焊接；气体放电管23位于氧化锌压敏电阻片21的一侧，其下端面与氧化锌压敏电阻片21的上电极面通过焊锡焊接。此后焊接引线：如图7所示，在正温度系数陶瓷热敏电阻片的电极面焊接作为引出端24的上引线，上引线同时与气体放电管上端面焊接，在氧化锌压敏电阻片的下电极面焊接作为引出端25的下引线；再经塑料壳封装形成防雷过压保护组件。

本实施例的防雷过压保护组件的内部元件连接如图8所示，正温度系数热敏电阻片22和气体放电管并联23后与氧化锌压敏电阻片21串联，图中虚线框26表示封装层。本实施例的测试方法与实施例1相同，测试结果与实施例1基本一致。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种防雷过压保护组件，其特征在于，包括压敏电阻片、正温度系数热敏电阻片和气体放电管，所述压敏电阻片、正温度系数热敏电阻片和气体放电管封装为一体，正温度系数热敏电阻片和气体放电管的第一公共端为第一引出端，正温度系数热敏电阻片和气体放电管的第二公共端与压敏电阻片的一端连接，压敏电阻片的另一端为第二引出端。

2.根据权利要求1所述的防雷过压保护组件，其特征在于，所述正温度系数热敏电阻片为环形结构，正温度系数热敏电阻片的内孔大小与气体放电管的外径相匹配；正温度系数热敏电阻片的下电极面与压敏电阻片的上电极面通过焊锡焊接；气体放电管置于正温度系数热敏电阻片的内孔，其下端面与压敏电阻片的上电极面通过焊锡焊接；所述压敏电阻片的下电极面焊接有作为第一引出端的第一引线；所述正温度系数热敏电阻片的上电极面焊接有作为第二引出端的第二引线，所述第二引线同时也与气体放电管的上端面连接。

3.根据权利要求1所述的防雷过压保护组件，其特征在于，所述压敏电阻片、正温度系数热敏电阻片均为方形；正温度系数热敏电阻片的下电极面与压敏电阻片的上电极面通过焊锡焊接；气体放电管位于氧化锌压敏电阻片的一侧，其下端面与压敏电阻片的上电极面通过焊锡焊接；所述压敏电阻片的下电极面焊接有作为第一引出端的第一引线；所述正温度系数热敏电阻片的上电极面焊接有作为第二引出端的第二引线，所述第二引线同时也与气体放电管的上端面焊接。

4.根据权利要求1所述的防雷过压保护组件，其特征在于，所述封装为采用塑料壳封装或采用阻燃性有机树脂材料封装。

5.根据权利要求1～4任一项所述的防雷过压保护组件，其特征在于，所述压敏电阻片为氧化锌压敏电阻片。