CN104332944B - 一种压敏热敏复合型过压过流保护器件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压敏热敏复合型过压过流保护器件,包括位于包封层内的正温度系数热敏电阻片、负温度系数热敏电阻片和压敏电阻片；所述正温度系数热敏电阻片的第一面电极与压敏电阻片的第一面电极紧贴并电连接，形成公共端，并通过第一引线引出；所述正温度系数热敏电阻片的第二面电极与负温度系数热敏电阻片的第一面电极紧贴并电连接；所述压敏电阻片的第二面电极通过第二引线引出；所述负温度系数热敏电阻片的第二面电极通过第三引线引出。本发明不仅可以预防工频过电压对电路产生破坏作用，而且兼具过流保护作用，与现有技术相比，同等工作电流，器件体积大大缩小，或者说同等体积的器件，能承受的工作电流大大增加。

Description

一种压敏热敏复合型过压过流保护器件

技术领域

本发明涉及电源系统的过压过流保护器件，特别涉及一种压敏热敏复合型过压过流保护器件。

背景技术

压敏电阻因为具有优异的非线性特性应用于各种电子线路中吸收雷电感应脉冲，瞬态过电压等。但由于各种异常原因经常引起压敏电阻器失效甚至起火爆炸，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范围，并增加了成本。

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。中国专利201220290529.8公开了一种复合过压过流保护组件，通过将PTC热敏电阻与压敏电阻封装在一起，利用压敏电阻过压响应时的电流和温度提高PTC热敏电阻的过流保护速度，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作用，二者互相保护，可以同时起到过流过压保护效果。

但是，现有技术制造的这种热敏压敏组合过流过压保护组件存在缺陷与不足之处：选用的PTC热敏电阻不动作电流受到压敏电阻器的工频过电压性能所限制，当PTC热敏电阻不动作电流较大，其室温阻值较小或体积较大时，热敏电阻从低阻到高阻的开关过程所需吸收的能量较大，这就需要选择体积较大的压敏电阻，否则压敏电阻在PTC热敏电阻开关动作之前就会过热烧毁，因此，对于一定规格的压敏电阻，配合使用的PTC热敏电阻的不动作电流受到限制，或者，对于某个不动作电流的PTC热敏电阻，必须选择体积足够大的压敏电阻，否则压敏电阻在PTC热敏电阻开关动作之前会过热爆炸烧毁。这种三端器件的不动作电流是被其保护的电路的最大工作电流，因此被保护电路的最大工作电流受到器件体积的限制。

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压敏热敏复合型过压过流保护器件，可以同时实现过电压过电流保护功能，并且与现有技术相比，同等工作电流，器件体积大大缩小，或者说同等体积的器件，能承受的工作电流大大增加。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种压敏热敏复合型过压过流保护器件，包括正温度系数热敏电阻片、负温度系数热敏电阻片和压敏电阻片，所述正温度系数热敏电阻片、负温度系数热敏电阻片和压敏电阻片位于包封层内；所述正温度系数热敏电阻片的第一面电极与压敏电阻片的第一面电极紧贴并电连接，形成公共端，并通过第一引线引出；所述正温度系数热敏电阻片的第二面电极与负温度系数热敏电阻片的第一面电极紧贴并电连接；所述压敏电阻片的第二面电极通过第二引线引出；所述负温度系数热敏电阻片的第二面电极通过第三引线引出；所述第二引线和第三引线为输入端，第一引线和第二引线为输出端，输出端连接被保护电路。

所述正温度系数热敏电阻片的第一面电极与压敏电阻片的第一面电极通过焊锡层连接。

所述正温度系数热敏电阻片的第一面电极与压敏电阻片的第一面电极通过导电电极浆料粘接。

所述正温度系数热敏电阻片的第二面电极与负温度系数热敏电阻片的第一面电极通过焊锡层连接。

所述正温度系数热敏电阻片的第二面电极与负温度系数热敏电阻片的第一面电极通过导电电极浆料粘接。

所述包封层为硅树脂包封层，选用硅树脂比采用环氧树脂，阻燃、耐热及导热性能更好。

本发明的工作原理如下：当本发明的压敏热敏复合型过压过流保护器件组件的两个输入端输入超过正常工作范围的过电压时，压敏电阻导通，三个元件都会发热，处于中间的正温度系数热敏电阻片除了自身通电发热外，还会吸收两边的压敏电阻片和负温度系数热敏电阻片传导来的热量，促使该正温度系数热敏电阻片进入高阻态，切断被保护负载端的电流通路。而当输入电压恢复正常工作电压范围时，压敏电阻片恢复高阻态，正温度系数热敏电阻又会恢复到低阻态使被保护电路恢复正常工作。当本发明组件被保护电路发生故障导致工作电流增大到超过组件不动作电流时，正温度系数热敏电阻片进入高阻态起切断电流作用。因此本发明器件兼具过压过流综合保护功能。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

本发明通过采用较低电阻值的热敏电阻片提高其不动作电流，通过负温度系数热敏电阻限制起始电流以保护压敏电阻片免遭过能量击穿，使其在能承受的负荷下导通发热并将热量传导到正温度系数热敏电阻片上，不仅可以预防工频过电压对电路产生破坏作用，而且兼具过流保护作用，并且，与现有的过压过流保护器件相比，同等工作电流，器件体积大大缩小，或者说同等体积的器件，能承受的工作电流大大增加。

附图说明

图1为本发明的实施例1的压敏热敏复合型过压过流保护器件的正面示意图。

图2为本发明的实施例1的压敏热敏复合型过压过流保护器件的剖面示意图。

图3为本发明的实施例1的压敏热敏复合型过压过流保护器件的典型应用电路。

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～图2所示，本实施例的压敏热敏复合型过压过流保护器件，包括压敏电阻片1、PTC热敏电阻片2和NTC热敏电阻片3，所述压敏电阻片1、PTC热敏电阻片2和NTC热敏电阻片3位于包封层4内；所述压敏电阻片1的第一面电极与PTC热敏电阻片2的第一面电极紧贴并电连接，形成公共端，并通过引线5引出；所述PTC热敏电阻片2的第二面电极与NTC热敏电阻片3的第一面电极紧贴并电连接；所述压敏电阻片1的第二面电极通过引线6引出；所述NTC热敏电阻片3的第二面电极通过引线7引出；所述引线6和引线7为输入端，引线6和引线5为输出端，输出端连接被保护电路。

图3为本发明的压敏热敏复合型过压过流保护器件的典型应用电路。图中虚线框内为本发明产品，其中MOV为压敏电阻片，PTCR为PTC热敏电阻片，NTCR为NTC热敏电阻片，MOV2为外接压敏电阻元件。当本发明的压敏热敏复合型过压过流保护器件组件的输入端输入电压超过正常工作电压范围时，压敏电阻导通，三个元件都会发热，处于中间的PTCR除了自身通电发热外，还会吸收两边的MOV和NTCR传来的热量，促使该PTCR进入高阻态，切断被保护电路端的电流通路。而当电压恢复正常工作电压范围时，压敏电阻恢复高阻态，PTC热敏电阻又会恢复到低阻态使被保护电路恢复正常工作。当本发明组件被保护电路发生故障导致工作电流增大到超过组件不动作电流时，PTC热敏电阻片进入高阻态起切断电流作用。因此本发明组件兼具过压过流综合保护功能。

本实施例的压敏热敏复合型过压过流保护器件制备过程如下：

通过丝网印刷将焊锡膏印刷在压敏电阻片的一面和NTC热敏电阻片的一面上，印刷后将PTC热敏电阻片2对准焊锡膏印刷图案贴在压敏电阻片1上，再将NTC热敏电阻片3印刷有焊锡膏的一面贴在PTC热敏电阻片2上，经过烘烤使压敏电阻片1、PTC热敏电阻片2以及NTC热敏电阻片3通过焊锡相连接，至此，制成了本实施例的复合型过压过流保护器件芯片。在组件芯片相应位置焊接引线，组件芯片通过引线固定在工艺纸带上，焊接引线后的组件芯片用硅树脂包封，硅树脂固化后即制成本实施例的压敏热敏复合型过压过流保护器件。

本实施例选用直径/厚度约为14.0/1.9mm，压敏电压V_1mA＝390V±10％的压敏电阻片；选用直径/厚度约为8.5/3.0mm，室温(25℃)阻值15～20欧姆，居里温度为115℃的PTC热敏电阻片，选用直径/厚度约为8.5/1.8mm，室温(25℃)阻值45-60欧姆的NTC热敏电阻片，按上述实施方式制作复合型过压过流保护器件样品，对样品进行工频过电压性能和不动作电流/过流保护性能测试。测试结果见表1。

工频过电压测试方法：工频过电压施加在样品的引线6和引线7(见图1和图2)两端，将电压为450VAC交流电源与引线7和引线6连接，通电30分钟后断开，静置30分钟，再通电30分钟……，反复测试10次，测试结束后，样品外观无变化，PTC热敏电阻片和NTC热敏电阻片串联后的室温阻值(引线5和引线7两个引出端之间的阻值)以及压敏电阻片的压敏电压变化率都不大于±10％，则样品测试合格。由于压敏电阻具有强非线性特性，所以当本发明样品引线6和引线7之间施加工频过电压时，只要样品不被破坏，压敏电阻两端电压被限制在后续被保护电路能承受电压之内，从而使被保护电路得到过电压保护。

不动作电流/过流保护性能测试方法：将样品置于70摄氏度恒温箱中，恒温箱中的空气依靠辐射加热，无风以减少对流传热，样品引线5和引线7通过导线连接到恒温箱外。通过调压器输出端(0～250V/2000W)、交流电流表和限流电阻(500欧姆/1000瓦)与被测试样品引线5和引线7相连，调节调压器使流过样品的电流达到某个电流值，维持调压器输出电压不变化半小时，如果电流值基本恒定，再调节调压器使电流值提高5mA，再维持调压器输出不变化，观察半小时，……，如此试验，直至观察到电流显示值不能在半小时内恒定，则判定该样品不动作电流为试验过程中能维持大致不变的那个电流值。将调压器输出调回零输出，样品缓慢冷却到恒温箱内温度，再调节调压器，使得电流表显示电流值高于前面测得的不动作电流值20mA，可观察到在调压器维持输出电压不变的情况下，电流表显示值迅速降低，在1分钟内降低到5mA以内，可见本发明样品具有过电流保护功能。

为了对比，制作了两组对比样品，对比样品1采用直径/厚度约为14.0/1.9mm，压敏电压V_1mA＝390V±10％的压敏电阻片，采用直径/厚度约为8.5/4.8mm、室温电阻35～45欧姆、居里温度为115℃的PTC热敏电阻片，制作成压敏电阻/PTC热敏电阻热耦合三端组件(按文献“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”，以及中国专利201220290529.8公开方法)，作为对比样品1。

按上述制作对比样品1的相同方法制作对比样品2，对比样品2采用的压敏电阻直径/厚度约为20.0/1.9mm，压敏电压V_1mA＝390V±10％，采用的PTC热敏电阻片直径/厚度约为13.5/3.0mm，室温(25℃)阻值15～20欧姆，居里温度为115℃。

将上述制作的本发明样品和对比样品1和对比样品2进行对比测试，测试结果列于表1。

表1 样品工频过电压、不动作电流/过电流特性测试结果

由表1所列测试结果可见，本发明样品与对比样品1和对比样品2都可以承受450VAC的交流耐压试验10次不损坏；本发明样品的体积与对比样品1相当，而本发明样品的不动作电流大约是对比样品1的不动作电流的2倍，而本发明样品体积大约相当于对比样品2体积的一半，但是本发明样品不动作电流与对比样品2的不动作电流大致相当。

表1所列结果明确显示本发明样品兼具过电压过电流保护特性，并且，与现有技术相比，同等工作电流(不动作电流)，器件体积大大缩小，或者说同等体积的器件，能承受的工作电流大大增加。

实施例2

本实施例的压敏热敏复合型过压过流保护器件除PTC热敏电阻片、NTC热敏电阻片和压敏电阻片通过导电电极材料粘接在一起外，其余特征均与实施例1同。

本实施例的制作方法：将银电极浆料通过丝网印刷附着在NTC热敏电阻的一面和压敏电阻片的一面，印刷图案直径大小与热敏电阻片的电极直径大小相当，印刷后将热敏电阻片对准压敏电阻片上的电极浆料印刷图案贴在压敏电阻片上，再将印刷有电极浆料的NTC热敏电阻片贴在PTC电阻片上，经过150℃烘烤，550℃处理，使PTC热敏电阻片、NTC热敏电阻片和压敏电阻片通过银电极相连接，至此，制成了本实施例2的复合型过压过流保护器件芯片，其余制作步骤与实施例1相同。所述电极浆料可以采用银电极浆料，也可以采用铝电极浆料。

本实施例的压敏热敏复合型过压过流保护器件的制备过程如下：

将银电极浆料通过丝网印刷附着在NTC热敏电阻的一面和压敏电阻片的一面，印刷图案直径大小与热敏电阻片的电极直径大小相当，印刷后将热敏电阻片对准压敏电阻片上的电极浆料印刷图案贴在压敏电阻片上，再将印刷有电极浆料的NTC热敏电阻片贴在PTC电阻片上，经过150℃烘烤，550℃处理，使PTC热敏电阻片、NTC热敏电阻片和压敏电阻片通过银电极相连接，至此，制成了本实施例2的复合型过压过流保护器件芯片，其余制作步骤与实施例1相同。所述电极浆料可以采用银电极浆料，也可以采用铝电极浆料。

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 (6)

1.一种压敏热敏复合型过压过流保护器件，其特征在于，包括正温度系数热敏电阻片、负温度系数热敏电阻片和压敏电阻片，所述正温度系数热敏电阻片、负温度系数热敏电阻片和压敏电阻片位于包封层内；所述正温度系数热敏电阻片的第一面电极与压敏电阻片的第一面电极紧贴并电连接，形成公共端，并通过第一引线引出；所述正温度系数热敏电阻片的第二面电极与负温度系数热敏电阻片的第一面电极紧贴并电连接；所述压敏电阻片的第二面电极通过第二引线引出；所述负温度系数热敏电阻片的第二面电极通过第三引线引出；所述第二引线和第三引线为输入端，第一引线和第二引线为输出端，输出端连接被保护电路；

当输入超过正常工作范围的过电压时，压敏电阻导通，正温度系数热敏电阻片、负温度系数热敏电阻片和压敏电阻片发热，处于中间的正温度系数热敏电阻片除了自身通电发热外，还吸收压敏电阻片和负温度系数热敏电阻片传导来的热量，促使该正温度系数热敏电阻片进入高阻态，切断被保护负载端的电流通路；而当输入电压恢复正常工作电压范围时，压敏电阻片恢复高阻态，正温度系数热敏电阻片又恢复到低阻态使被保护电路恢复正常工作；压敏热敏复合型过压过流保护器件被保护电路发生故障导致工作电流增大到超过组件不动作电流时，正温度系数热敏电阻片进入高阻态起切断电流作用。

2.根据权利要求1所述的压敏热敏复合型过压过流保护器件，其特征在于，所述正温度系数热敏电阻片的第一面电极与压敏电阻片的第一面电极通过焊锡层连接。

3.根据权利要求1所述的压敏热敏复合型过压过流保护器件，其特征在于，所述正温度系数热敏电阻片的第一面电极与压敏电阻片的第一面电极通过导电电极浆料粘接。

4.根据权利要求1所述的压敏热敏复合型过压过流保护器件，其特征在于，所述正温度系数热敏电阻片的第二面电极与负温度系数热敏电阻片的第一面电极通过焊锡层连接。

5.根据权利要求1所述的压敏热敏复合型过压过流保护器件，其特征在于，所述正温度系数热敏电阻片的第二面电极与负温度系数热敏电阻片的第一面电极通过导电电极浆料粘接。

6.根据权利要求1所述的压敏热敏复合型过压过流保护器件，其特征在于，所述包封层为硅树脂包封层。