CN104485188A - 高可靠热保护型压敏电阻器 - Google Patents

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张南法
岳涛
丁留华
萧建虎
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Abstract

本发明涉及一种高可靠热保护型压敏电阻器；采用在电阻片的两面各有一个过热脱离节点，并适当选择节点位置，从而达到脱离电流范围宽，从数mA到100A；脱离速度快，在大电流下比现行多数产品快10倍；安全性好，免起火；可以单独使用，也可以用作电涌保护器(SPD)的芯片，用于抑制雷电过电压，操作过电压和其他浪涌过电压，保护电气和电子装置和设备；在使用电路中，可以省去上游的防止压敏电阻短路的熔断器或空气开关。

Description

高可靠热保护型压敏电阻器
技术领域
本发明涉及一种压敏电阻器，尤其是一种脱离电流范围宽，脱离速度快，安全性好的高可靠热保护性压敏电阻器。
背景技术
压敏电阻器因其优秀的电压限制特性和能量吸收能力，已成为浪涌过电压的主力保护元件。在正常系统电压下它只有微安级的漏电流，工作是非常安全的。但当系统出现故障性过电压，或者由于MOV本身性能劣化，使流过它的电流密度达到数mA/cm2时，就会使压敏瓷体过热，引发电流集中效应，最终发展到某一薄弱点被热击穿。击穿时的高温和电压的共同作用，引发周围的气体产生电弧性放电，紧靠电弧体的可燃材料(塑料外壳等)就会被点燃而起火。为避免这种事故，热保护压敏电阻器(TPV)应运而生，目前用得最多的TPV，是用一个与压敏电阻体热耦合的低熔点接点，在电阻体过热时将它与电源断开。但现行脱离器对过热的响应可靠性不高，有时起不到应有的保护作用，使故障发展到起火。尽管这种事件的概率不高，但后果严重，成了全世界电路保护行业待解决的一个重点课题。
在试图解决这种事故的初期，一个比较普遍的认识是：必须保证脱离器在压敏电阻击穿前动作，因为电阻片击穿后，击穿点的电压降低到电弧放电电压，这个电压一般在20～30V，它所产生的热量不足以使脱离接点熔断。于是人们把功夫下在提高电阻片在规定电流(一般采用0.5～5A作为试验电流)下的平均耐受时间(即击穿前的时间)上。然而，在一定工艺技术条件下，要使平均耐受时间提高哪怕只有一倍，都是很困难的。因此，这种努力的结果只是使压敏电阻耐受过电流的能力有点的提高，并未解决脱离可靠性问题。
并且，在试验中可以观看到一个现象，就是电阻片的击穿点，与低熔点脱离点的距离越大，那么从加电到脱离的时间就越长，有的甚至燃弧很长时间而不脱离。例如，击穿点燃弧17s后低熔点才断开，而同一试验组中，击穿点比较靠近脱离点的样品，从加电到脱离的时间只有数秒，其原因是压敏陶瓷体的导热性差，电流集中点的热量难以传导到脱离接点。经查，压敏陶瓷体的导热率为0.057W/cm2K，即若一个面积为1cm2的界面两侧的温差为1K，那么，每秒时间内由高温侧向低温侧传导的热能为0.057瓦，仅为铜的导热率的1.5％。由此认识到，设法减小电流集中点与热脱离接点的距离，是实现安全脱离的关键，但困难在于压敏电阻片的热击穿点的部位是随机的，事先难以确定的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提出一种高可靠热保护性压敏电阻器，即可以单独使用，也可以用作电涌保护器(SPD)的芯片，用于抑制雷电过电压，操作过电压和其他浪涌过电压，保护电气和电子装置和设备。
本发明所采用的技术方案为：一种高可靠热保护型压敏电阻器，包括壳体；所述的壳体内设置有压敏电阻芯片以及覆盖于压敏电阻芯片正、反两面的固定板；所述的正、反两面的固定板上分别设置有弹性件；所述的弹性件的一端固定在固定板上；所述弹性件的另一端连接绝缘板；所述的压敏电阻芯片的正、反面还分别设置有低温脱扣点；所述的低温脱扣点靠近热击穿点；所述的低温脱扣点上覆盖有弹片；所述的弹片的一端固定在壳体上；弹片的另一端具有垂直于弹片并向外翘起的翘脚；所述的绝缘板的一端与弹性件转动连接；绝缘板的另一端通过弹片的翘脚限位；所述的压敏电阻芯片表面除低温脱扣点以外均涂覆有包封层。
进一步的说，本发明所述的低温脱扣点直接设置在压敏电阻芯片上；所述的低温脱扣点与压敏电阻芯片的击穿点的间距小于15～20mm。采用经过“电流向中处理”的压敏电阻芯片，使得它的击穿点不在边沿，从而缩短了击穿点与热脱离点之间的距离。
再进一步的说，本发明所述的包封层为不燃绝缘层。
为了便于与其他部件连接，增加本发明的实用拓展性，本发明所述的壳体的底部的两端分别设置有与外电源连接的外电源接插片。
本发明所述的弹性件为压簧、拉簧、扭簧塔形弹簧中的一种或弹性件为块状弹性体。
本发明的有益效果是：本发明的脱离电流范围宽，从数mA到100A；脱离速度快，在大电流下比现行多数产品快10倍；安全性好，免起火；可以单独使用，也可以用作电涌保护器(SPD)的芯片，用于抑制雷电过电压，操作过电压和其他浪涌过电压，保护电气和电子装置和设备；在使用电路中，可以省去上游的防止压敏电阻短路的熔断器或空气开关。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的正面结构示意图；
图2是本发明的反面结构示意图；
图3是本发明热脱离弹开状态示意图；
图4是本发明实验结果的曲线图；
图5是本发明在大电流下的脱离特性；
图中：1、外电源接插片1；2、固定板；3、拉簧；4、绝缘板；5、壳体；6、压敏电阻芯片；7、包封层；8、低温脱扣点；9、弹片；10、外电源接插片2。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1-2所示，一种高可靠热保护型压敏电阻器，包括壳体；壳体内设置有压敏电阻芯片以及覆盖于压敏电阻芯片正、反两面的固定板；正、反两面的固定板上分别设置有弹性件；弹性件的一端固定在固定板上；弹性件的另一端连接绝缘板；弹性件为压簧、拉簧、扭簧塔形弹簧中的一种或弹性件为块状弹性体。图1中所示的弹性件为拉簧。
压敏电阻芯片的正、反面还分别设置有低温脱扣点；低温脱扣点靠近热击穿点；低温脱扣点直接设置在压敏电阻芯片上；低温脱扣点与压敏电阻芯片的击穿点的间距小于15～20mm。采用经过“电流向中处理”的压敏电阻芯片，使得它的击穿点不在边沿，从而缩短了击穿点与热脱离点之间的距离。
低温脱扣点上覆盖有弹片；弹片的一端固定在壳体上；弹片的另一端具有垂直于弹片并向外翘起的翘脚；绝缘板的一端与弹性件转动连接；绝缘板的另一端通过弹片的翘脚限位；压敏电阻芯片表面除低温脱扣点以外均涂覆有包封层，包封层为不燃绝缘层。
为了便于与其他部件连接，增加实用拓展性，壳体的底部的两端分别设置有与外电源连接的外电源接插片。
本实施例采用34x34mm的压敏电阻体，因其尺寸大，不论低熔点接点设置在电阻体的哪个部位，总有相对它的距离体大于20mm的部位，当击穿发生在这种部位，且击穿点电流小于某个限值时，就会发生过热脱离节点不动作的情况。如果在电阻片的两面各有一个过热脱离节点，并适当选择节点位置，就可以避免这种情况。
具体试验如下：
制作样品8只，其中的压敏电阻器规格为：34x34mm,电压梯度单位v/mm,压敏电压标称值560V。8只样品分为4组，每组2只。
过热脱离安秒特性试验
过热脱离安秒特性，是指流入样品的工频电流有效值与脱离时间的数量关系。从通入电流到样品自身脱离器将电流切断的时间，称为过热脱离时间。在脱离时间内的电流数值有变动时按平均值计算。
试验用电源为工频电压源，其容量和输出电压应能使流入试样的电流大于100A有效值，且100A负载时的电压相对于开路电压的下降，不超过1％。试验电源中串联额定电流15A的熔断器，保护试验电源。
8只样品分为4组，每组2只，逐个接入试验电源，分别进行4个电流(2A，5A，20A，100A)的试验。试验时用示波器记录电流波形，用目测观看样品状态。8只样品的试验结果可区分为二种情况：
①热脱离断开时压敏电阻未击穿(样品号№1，3，4，5，6)。
②压敏电阻击穿后它的脱离器才断开(样品号№2，7，8)。
8只样品的试验中，没有发生压敏电阻击穿后，脱离器不动作，由外部熔断器将试验电路断开的情况。试验结果见下表。
取每组样品脱离时间的平均值(t),做出logt～logI的坐标图，见图4。求取二次拟合方程为
logt＝0.928-1.18×logI+0.167×(logI)2  (1)
将电流值I代入式(1)，可计算出相应的平均断开时间，八只样品所代表批次的脱离安秒特性计算值见下表。
电流I(rms),A 1 2 5 10 20 30 50 100
脱离时间t,s 8.47 3.87 1.53 0.822 0.474 0.354 0.254 0.172
如图5所示，本发明在大电流下本发明的TPV的脱离特性击穿前电流47A(rms),持续时间65ms，击穿后电流100A(rms)，持续20ms后脱离器切断电流。
以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施式做修改或变形，而不背离本发明的实质和范围。

Claims (5)

1.一种高可靠热保护型压敏电阻器，其特征在于：包括壳体；所述的壳体内设置有压敏电阻芯片以及覆盖于压敏电阻芯片正、反两面的固定板；所述的正、反两面的固定板上分别设置有弹性件；所述的弹性件的一端固定在固定板上；所述弹性件的另一端连接绝缘板；所述的压敏电阻芯片的正、反面还分别设置有低温脱扣点；所述的低温脱扣点靠近热击穿点；所述的低温脱扣点上覆盖有弹片；所述的弹片的一端固定在壳体上；弹片的另一端具有垂直于弹片并向外翘起的翘脚；所述的绝缘板的一端与弹性件转动连接；绝缘板的另一端通过弹片的翘脚限位；所述的压敏电阻芯片表面除低温脱扣点以外均涂覆有包封层。
2.如权利要求1所述的高可靠热保护型压敏电阻器，其特征在于：所述的低温脱扣点直接设置在压敏电阻芯片上；所述的低温脱扣点与压敏电阻芯片的击穿点的间距小于15～20mm。
3.如权利要求1所述的高可靠热保护型压敏电阻器，其特征在于：所述的包封层为不燃绝缘层。
4.如权利要求1所述的高可靠热保护型压敏电阻器，其特征在于：所述的壳体的底部的两端分别设置有与外电源连接的外电源接插片。
5.如权利要求1所述的高可靠热保护型压敏电阻器，其特征在于：所述的弹性件为压簧、拉簧、扭簧塔形弹簧中的一种或弹性件为块状弹性体。
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