CN104078280A

CN104078280A - 一种电路保护器

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Publication number: CN104078280A
Application number: CN201310102757.7A
Authority: CN
Inventors: 陈炎; 李荟澳; 阮明水; 刘倩倩
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2033-03-27
Also published as: CN104078280B

Abstract

本发明提供了一种电路保护器，所述保护器包括：外壳、从外壳内分别引出的第一引出端和第二引出端、位于外壳内的开关组件和保护体；所述开关组件和保护体并联连接于第一引出端和第二引出端；所述保护体控制开关组件的开合；所述保护体为正温度系数热敏高膨胀填充物。本发明的电路保护器可多次保护并且保护器中的电阻稳定。

Description

一种电路保护器

技术领域

本发明属于电路保护领域，尤其涉及一种电路保护器。

背景技术

在电路保护中，常用金属片、FUSE（保险丝）或PTC（热敏电阻）作为保护器。

金属片作为保护器时常用双金属片，该金属片保护器当温度过高或者电流过大时，金属片会受热变形，从而使得电路断开。当电路出现异常大电流时，金属片会迅速发热产生形变，从而切断电路。但电路断开后，整个电路电流为零，使金属片不能自身发热保持形变，自身温度会慢慢降低，直至回复至初始状态，这时电路又会导通。如此反复。

FUSE（保险丝）作为保护器，是通过本身的低熔点合金实现过温或过流保护。在温度或电流异常时，熔丝受热熔融断开，实现物理意义上的绝对断开。FUSE采用的是低熔点合金作为保护器，在温度或电流异常时，熔丝受热熔融断开，断开后消除电路故障，熔丝温度也会慢慢变低，直到凝固。但是是在断开状态下凝固的，没有办法恢复连通，所以其是一次性保护，不能实现多次保护。

PTC（热敏电阻）作为保护器，PTC分CPTC和PPTC，二者的共同点都在于在异常温度或电流状态下，元件本身的电阻急剧增加，呈现上百、上千甚至是上亿倍的电阻剧增。理论上，可以认为电路断开处的电阻为无穷大，PTC的原理就在于通过电阻的巨大变化，从而实现向物理意义上绝对断开的逼近，同样也能达到保护效果。除此外，PTC可在每次故障结束后，元件内部结构、材料的排布又能恢复至接近初始状态，故可以反复实现保护。PTC虽然可实现多次保护，但产品间电阻分布广，且分布情况不可控，即使对于单个产品而言，在存放、使用过程中，电阻也会逐渐变大，且上升趋势无规律、不可重复，表现出电阻不稳定、不可控，就算是对于室温电阻完全相同的PTC，在存放、使用过程中，也不会存在电阻上升趋势完全相同的情况出现，因此一般PTC仅用于单一电路，但难以用于并联电路，否则会造成并联电路中的分流不均等问题。这种不稳定、不可控的原因在于，PTC内部材料间的分布呈随机状态，人为不可控，工艺和配方只能尽量将这种分布控制在某个均值和幅度范围内，生产过程中，批次与批次间的分布没有重复性而言，单个产品的阻温变化也没有重复性而言。

发明内容

本发明为解决现有技术中的电路保护器的电阻不稳定、不可以反复保护的技术问题，提供一种电阻稳定、可以反复使用的电路保护器。

本发明提供了一种电路保护器，所述保护器包括：外壳、从外壳内分别引出的第一引出端和第二引出端、位于外壳内的开关组件和保护体；所述开关组件和保护体并联连接于第一引出端和第二引出端；所述保护体控制开关组件的开合；所述保护体为正温度系数热敏高膨胀填充物。

本发明利用正温度系数热敏高膨胀填充物的自发热、高膨胀功能，实现电路的开合，消除了故障依旧存在时保护器又闭合电路的风险。本发明的电路保护器可多次保护，避免电路在某些意外情况下，如静电、雷击等，导致保护器误动作。产品内部由并联电路构成，电阻由开关组件的材料和尺寸控制，而材料和尺寸的控制，对工艺、生产水平要求低，因此不论批次间产品或单个产品，电阻都十分稳定、可靠，只要环境因素一致即可保证这种效果。电阻的稳定，带来的最大好处就是，当保护器分别用于并联电路中时，不会出现由于保护器的电阻波动而影响各个支路的分流情况。

附图说明

图1为实施例1得到的电路保护器的剖面图；

图2为实施例5得到的电路保护器的剖面图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的工作原理为：开关组件与正温度系数热敏高膨胀填充物组成并联电路，开关组件的电阻远小于高膨胀填充物的，因此整个元件的电阻可以认为就是开关组件的电阻，十分稳定，而高膨胀填充物所在的支路可以认为是处于断路状态，通电时，电路电流几乎全部经过开关组件所在的支路。进行过温保护时，环境通过热量传递，使保护器中正温度系数热敏高膨胀填充物温度升高，发生体积膨胀，从而推动开关组件向相反方向分离。当正温度系数热敏高膨胀填充物膨胀到一定程度时，开关组件中的第一连接体和第二连接体完全分离开，断开开关组件所在的支路电路。此时，正温度系数热敏高膨胀填充物所在的支路仍处于导通状态，但由于正温度系数热敏高膨胀填充物电阻较高，对整个电路电流仍能起到抑制作用。进行过流保护时，故障电流通过开关组件导致发热，热量传递给正温度系数热敏高膨胀填充物后，由于体积膨胀，使开关组件中的第一连接体和第二连接体分离开，电路断开。电流会全部经过正温度系数热敏高膨胀填充物，此时正温度系数热敏高膨胀填充物开始自身发热，保证其持续保持在高膨胀状态，直到故障消除。正温度系数热敏高膨胀填充物发热量越来越小，温度降低，体积慢慢收缩至初始状态，此时第一连接体和第二连接体彼此又接触上，这样开关组件所在支路又处于初始导通状态。

根据本发明所提供的电路保护器，为了在异常时更好的推动开关组件向相反方向分离，优选地，所述保护体为两组，分别位于开关组件的两侧并与开关组件并联。

根据本发明所提供的电路保护器，优选地，所述开关组件包括依次电连接的第一导电部、第一连接体、第二导电部和第二连接体；所述第一大导电部的另一端与第一引出端电连接；所述第二导电部的另一端与第二引出端电连接。

根据本发明所提供的电路保护器，为了使保护器的连接更稳定，优选地，所述第一导电部与第一连接体电连接的一端还设置有第一绝缘部，所述第一绝缘部的另一端与第二引出端连接；所述第二导电部与第二连接体电连接的一端还设置有第二绝缘部，所述第二绝缘部的另一端与第一引出端连接。

根据本发明所提供的电路保护器，为了使保护器的连接更稳定，优选地，所述第一引出端和第二引出端分别设置有第三绝缘部和第四绝缘部；所述第一导电部与第一连接体电连接的一端还与第三绝缘部连接；所述第二导电部与第二连接体电连接的一端还与第四绝缘部连接。

根据本发明所提供的电路保护器，为了使开关组件中的第一连接体和第二连接体在故障时更容易分离，优选地，所述第一导电部与壳体之间、第二导电部与壳体之间设置有空腔。

根据本发明所提供的电路保护器，为了使开关组件中的第一连接体和第二连接体在故障消除时更够更快的接触连接，优选地，所述空腔中填充有低膨胀填充物。

根据本发明所提供的电路保护器，为了使开关组件中的第一连接体和第二连接体在故障消除时更够更快的接触连接，优选地，所述空腔中填充有弹性体。

本发明中，所述的正温度系数热敏高膨胀填充物是指填充物必须由具有正温度系数的热敏材料构成，且该热敏材料在温度变化下，在某个温度段内，体积能发生较大变化。优选地，所述正温度系数热敏高膨胀填充物包括聚合物和导电颗粒；以所述正温度系数热敏高膨胀填充物的总重量为基准，所述聚合物的含量为10-60wt%，所述导电颗粒的含量为40-90wt%。更优选地，所述聚合物为聚乙烯、固体石蜡、聚乙二醇、聚丙烯、氯化聚乙烯、聚偏氟乙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一种。更优选地，所述导电颗粒为金属微粒、导电陶瓷、碳黑和石墨中的至少一种。

根据本发明所提供的电路保护器，优选地，所述低膨胀填充物为绝缘陶瓷、非导电且膨胀系数低的聚合物和气体中的一种。所述弹性物可由金属弹簧、高分子弹性体，或其他高弹性的物质构成。

本发明中，外壳的材料可以选用任何固态的物质，如各种陶瓷类，包括绝缘陶瓷和导电陶瓷，Al₂O₃、ZrO₂、SiO₂、B₂O₃、Si₃N₄、AlN、BN、SiC、B₄C、TiC、TiN、ZrC、HfC、NbC、MoC、MoB、ZrN、HfN、NbN、MoN、Ti₅Si₃、ZrSi₂、NbSi₂、MoSi₂、TiB₂、ZrB₂、HfB₂、NbB中的一种或几种；聚合物类，包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚酰胺（PA）、聚碳酸酯（PC）、ABS、聚酰亚胺（PI）、聚酰胺-酰亚胺（PAI）、聚苯并咪唑（PBI）、聚氨酯（PU）、聚吡咯（PPy）、聚噻吩（PTh）、聚苯胺（PAn）、聚对亚苯基（PPP）、苯乙烯-丙烯腈共聚体（SAN）、酚醛树脂（PF）、脲醛树脂（UF）、环氧树脂（EPO）、聚甲醛（POM）、聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酮（PEK）、聚醚砜（PES）、聚苯硫醚（PPS）中的一种或几种；金属类包括各种固态金属，如Au、Ag、Cu、Fe、Al、Mg、Zn、Ti、Sn、Pb、Pt、Ni、W、Cr、Pd、Mo、Os、Zr、V、Nb等中的一种或几种。最终外壳需呈现绝缘状态，可以由绝缘的陶瓷或聚合物构成，也可以是由导电的陶瓷或金属和绝缘陶瓷或聚合物复合而成，所述导电陶瓷、绝缘陶瓷、聚合物均可由单一物质构成，也可以是多种材料复合而成。

所述引出端由导电材料构成，起连接和导电作用，可由导电性良好的金属材料或陶瓷材料构成。

开关组件中的连接体由良导体材料构成，包括各种导电陶瓷、金属，以及二者的复合材料。而开关组件中的导电部采用高电导率材料，如金属铜等，表现出的室温电阻很小，和电路中的导线差不多。绝缘部可由一切不良导体材料构成。

如图1所示的电路保护器，包括：外壳3、从外壳内分别引出的第一引出端1和第二引出端2、位于外壳内的开关组件和保护体8；所述开关组件和保护体8并联连接于第一引出端1和第二引出端2；保护体控制开关组件的开合；所述保护体为正温度系数热敏高膨胀填充物。所述开关组件包括依次电连接的第一导电部4、第一连接体6、第二连接体7和第二导电部5；所述第一导电部4的另一端与第一引出端1电连接；所述第二导电部5的另一端与第二引出端2电连接。所述第一导电部与第一连接体电连接的一端还设置有第一绝缘部41，所述第一绝缘部41的另一端与第二引出端2连接；所述第二导电部2与第二连接体7电连接的一端还设置有第二绝缘部51，所述第二绝缘部51的另一端与第一引出端1连接。所述第一导电部4与壳体3之间、第二导电部5与壳体3之间设置有空腔9。空腔9中填充有弹性体91。

如2所示的电路保护器，包括：外壳3、从外壳内分别引出的第一引出端1和第二引出端2、位于外壳内的开关组件和保护体8；所述开关组件和保护体8并联连接于第一引出端1和第二引出端2；所述保护体为正温度系数热敏高膨胀填充物。所述开关组件包括依次电连接的第一导电部4、第一连接体6、第二连接体7和第二导电部5；所述第一导电部4的另一端与第一引出端1电连接；所述第二导电部5的另一端与第二引出端2电连接。所述第一引出端1和第二引出端2分别设置有第三绝缘部11和第四绝缘部21；所述第一导电部4与第一连接体6电连接的一端还与第三绝缘部11连接；所述第二导电部5与第二连接体7电连接的一端还与第四绝缘部21连接。所述第一导电部4与壳体3之间、第二导电部5与壳体3之间设置有空腔9。

下面应用具体实施例对本发明进行进一步的详细说明。

实施例1

产品A1结构：外壳、第一引出端、第二引出端、开关组件和两组保护体；保护体为正温度系数热敏高膨胀填充物。开关组件包括依次电连接的第一导电部、第一连接体、第二导电部和第二连接体，第一导电部与第一连接体电连接的一端还设置有第一绝缘部；第二导电部与第二连接体电连接的一端还设置有第二绝缘部，第一导电部与壳体之间、第二导电部与壳体之间设置有空腔。空腔中填充有弹性体。

各部件的材料：外壳：氧化铝陶瓷，尺寸12mm×8mm×6mm；第一引出端和第二引出端：纯铜，长30mm，宽2.5mm，厚度0.1mm；正温度系数热敏高膨胀填充物：40wt%聚乙烯和60wt%高导电碳黑构成；第一绝缘部和第二绝缘部：氧化铝陶瓷，第一导电部和第二导电部：铍铜，尺寸6mm×4mm×0.5mm；第一连接体和第二连接体：铍铜，直径Ф1.0mm，长3mm。弹性体，普通弹簧，线径0.1mm，中经2mm，自由高度2mm。

实施例2

按照实施例1的结构及材料制备产品A2，区别在于：空腔中的是低膨胀填充物；低膨胀填充物为绝缘陶瓷；外壳为氧化锆陶瓷；正温度系数热敏高膨胀填充物：25wt%固体石蜡和75wt%铜粉混合而成；第一绝缘部和第二绝缘部：氧化锆陶瓷；第一导电部和第二导电部：锡青铜；第一连接体和第二连接体：锡青铜。

实施例3

按照实施例1的结构及材料制备产品A3，区别在于：空腔中没有填充物；低膨胀填充物为空气；外壳为氧化锆陶瓷；正温度系数热敏高膨胀填充物：30wt%聚乙二醇和70wt%导电陶瓷混合而成；第一绝缘部和第二绝缘部：氧化锆陶瓷；第一导电部和第二导电部：镍；第一连接体和第二连接体：镍。

实施例4

按照实施例1的结构及材料制备产品A4，区别在于：第一引出端和第二引出端分别设置有第三绝缘部和第四绝缘部；没有设置第一绝缘部和第二绝缘部；

外壳为氧化锆陶瓷；正温度系数热敏高膨胀填充物：10wt%氯化聚乙烯醇和90wt%导电陶瓷TiC；第一导电部和第二导电部：镍；第一连接体和第二连接体：镍。

实施例5

按照实施例1的结构及材料制备产品A5，区别在于：第一引出端和第二引出端分别设置有第三绝缘部和第四绝缘部；没有设置第一绝缘部和第二绝缘部；空腔中没有填充物。外壳为氧化锆陶瓷；正温度系数热敏高膨胀填充物：60wt%聚偏氟乙烯和40wt%石墨；第一导电部和第二导电部：镍；第一连接体和第二连接体：镍。

实施例6

按照实施例1的结构及材料制备产品A6，区别在于：第一引出端和第二引出端分别设置有第三绝缘部和第四绝缘部；没有设置第一绝缘部和第二绝缘部；空腔中的是低膨胀填充物；低膨胀填充物为LCP（液晶聚合物）；外壳为氧化锆陶瓷；正温度系数热敏高膨胀填充物：50wt%乙烯-醋酸乙烯共聚物和50wt%导电陶瓷TiC；第一导电部和第二导电部：镍；第一连接体和第二连接体：镍。

对比例1

采用FUSE（保险丝）（EYP2TP098US松下公司）作为保护器CA1。

对比例2

采用PTC（热敏电阻）（LR4-260F，泰科公司）作为保护器CA2。

测试方法及结果

电阻稳定性：用万用电表测试产品使用前的电阻及使用6000次后的电阻。结果见表1。

表1

实验名称	使用前电阻（mΩ）	6000次后电阻（mΩ）
			A1	2.8	2.8
A2	3.1	3.1
			A3	3.2	3.2
A4	3.2	3.2
			A5	3.2	3.2
A6	3.2	3.2
			CA1	4	∞
CA2	7	20

从表1中可以看出，本发明的电路保护器在使用6000次之后电阻变化小，说明电路保护器中电阻稳定。而对比例的电路保护器在使用6000次之后电阻变化较大，电阻不稳定。同时本发明利用正温度系数热敏高膨胀填充物的自发热、高膨胀功能，实现电路的开合，消除了故障依旧存在时保护器又闭合电路的风险。本发明的电路保护器可多次保护，避免电路在某些意外情况下，如静电、雷击等，导致保护器误动作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种电路保护器，其特征在于，所述保护器包括：外壳、从外壳内分别引出的第一引出端和第二引出端、位于外壳内的开关组件和保护体；所述开关组件和保护体并联连接于第一引出端和第二引出端；所述保护体控制开关组件的开合；所述保护体为正温度系数热敏高膨胀填充物。

2.根据权利要求1所述的电路保护器，其特征在于：所述保护体为两组，分别位于开关组件的两侧并与开关组件并联。

3.根据权利要求1或2所述的电路保护器，其特征在于：所述开关组件包括依次电连接的第一导电部、第一连接体、第二导电部和第二连接体；所述第一大导电部的另一端与第一引出端电连接；所述第二导电部的另一端与第二引出端电连接。

4.根据权利要求3所述的电路保护器，其特征在于：所述第一导电部与第一连接体电连接的一端还设置有第一绝缘部，所述第一绝缘部的另一端与第二引出端连接；所述第二导电部与第二连接体电连接的一端还设置有第二绝缘部，所述第二绝缘部的另一端与第一引出端连接。

5.根据权利要求3所述的电路保护器，其特征在于：所述第一引出端和第二引出端分别设置有第三绝缘部和第四绝缘部；所述第一导电部与第一连接体电连接的一端还与第三绝缘部连接；所述第二导电部与第二连接体电连接的一端还与第四绝缘部连接。

6.根据权利要求4或5所述的电路保护器，其特征在于：所述第一导电部与壳体之间、第二导电部与壳体之间设置有空腔。

7.根据权利要求6所述的电路保护器，其特征在于：所述空腔中填充有低膨胀填充物。

8.根据权利要求6所述的电路保护器，其特征在于：所述空腔中填充有弹性体。

9.根据权利要求1或2所述的电路保护器，其特征在于：所述正温度系数热敏高膨胀填充物包括聚合物和导电颗粒。

10.根据权利要求9所述的电路保护器，其特征在于：所述聚合物为聚乙烯、固体石蜡、聚乙二醇、聚丙烯、氯化聚乙烯、聚偏氟乙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一种。

11.根据权利要求9所述的电路保护器，其特征在于：所述导电颗粒为金属微粒、导电陶瓷、碳黑和石墨中的至少一种。

12.根据权利要求7所述的电路保护器，其特征在于：所述低膨胀填充物为绝缘陶瓷、非导电且膨胀系数低的聚合物和气体中的一种。