CN107275017B - 一种可消除累积热量影响的ptc过流保护元件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种可消除累积热量影响的PTC过流保护元件，包括聚合物基PTC芯层、复合于芯层两面的接触电极以及两个导电引脚组成，两个导电引脚中至少有一个为热电半导体材料，热电半导体引脚贴装具有方向性，P型热电半导体引脚贴装在电流流出一侧，N型半导体贴装在电流流入一侧，元件工作时引脚远离PTC芯片的一端散热，贴装在芯片电极上的引脚一端吸热，起到消除PTC累积热量的作用，当电流出现过流状态时，大电流引起PTC元件发热阻值急速上升，断开电路起到保护作用。

Description

一种可消除累积热量影响的PTC过流保护元件
技术领域
本发明涉及一种可消除累积热量影响的PTC过流保护元件，属于电子材料和元件技术领域。
背景技术
正温度系数(PCT)材料的电阻率随温度的升高而增大，一些高分子与导电填料共混可制得的复合材料(PPTC)具有较低的室温电阻率，随温度升高电阻率增加并在某个温度点电阻急剧升高，用于可恢复保险丝，即在大电流状态下电阻急剧增加实现电路关断，并可在故障排除后自行恢复。实际使用中，PPTC元件长时间使用过程中由正常工作的小电流产生的累积热量由于封装散热不良可能引起误动作，对整个线路的运行造成影响。
热电材料是一种在固体状态下通过自身的载流子(空穴或电子)的传输实现热能与电能相互转换的材料。利用热电材料的帕尔帖效应制作的半导体致冷设备可以实现电能的直接制冷，不需要压缩机等活动部件，并可实现小范围局部点制冷。利用热电半导体材料制成的引脚替换传统PTC元件中的金属引脚，接入电路时可在PTC工作过程中同步实现对PTC芯片热量移除，消除长时间正常工作过程中产生的累积热效应，元件只对瞬间大电流状态进行过流保护。
发明内容
针对现有技术的不足，开发一种可消除累积热量影响的PTC过流保护元件，其特征在于元件由聚合物基PTC芯层、复合于芯层两面的接触电极以及两个导电引脚组成，两个导电引脚中至少有一个为热电半导体材料，热电半导体引脚贴装具有方向性，P型热电半导体引脚贴装在电流流出一侧，N型半导体贴装在电流流入一侧，元件接入电路时，额定状态下引脚远离PTC芯片的一端散热，贴装在芯片电极上的引脚一端吸热，起到消除PTC累积热量的作用，当电流出现过流状态时，大电流引起PTC元件发热阻值急速上升，断开电路起到保护作用。
所述PTC芯层为聚合物基体和导电填料共混的复合材料，表观室温电导率＞0.2Scm；聚合物基体为绝缘高分子材料，包括聚乙烯、氯化聚乙烯、氧化聚乙烯、聚氯乙烯、丁二烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚甲醛、酚醛树脂、聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚三氟乙烯、聚氟乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸共聚物中的一种或其混合物；导电填料颗粒粒径在0.05微米到50微米之间，粒径长径比小于500，包括金属颗粒、金属碳化物颗粒、金属硼化物颗粒、炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或其组合。
所述复合于芯层两面的接触电极为导电金属箔片，包括银箔、铜箔、镍箔或镀镍铜箔中的一种。
所述两个导电引脚中至少有一个为热电半导体材料，热电半导体材料电导率室温电导率＞50Scm，功率因子＞10μWm-1K-2，包括(Bi，Sb)2(Se，Te)3、(Pb，Sn)(Se，Te)、方钴矿化合物、津特尔相金属间化合物及其元素掺杂固溶体中的一种。
本发明的优点在于：小电流状态下利用帕尔贴效应由热电半导体对PTC芯片进行局部热量移除，消除时间累积焦耳热引起的误动作，元件只对瞬间大电流状态进行过流保护。
本发明的内容和特点已揭示如上，然而前面叙述的本发明仅仅简要地或只涉及本发明的特定部分，本发明的特征可能比在此公开的内容涉及的更多。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应该包括在不同部分中所体现的所有内容的组合，以及各种不背离本发明的替换和修饰，并为本发明的权利要求书所涵盖。
附图说明
图1采用本发明可消除累积热量影响的PTC过流保护元件结构示意图。1-PTC芯片；2-接触电极；3-电流流入端引脚；4-电流流出端引脚。
具体实施方式
实施例1：
可消除累积热量影响的PTC过流保护元件，结构如图1所示：PTC芯片为高密度聚乙烯(HDPE)和Ni粉共混复合材料，PTC芯片二面贴有镀镍铜箔接触电极，N型热电半导体Bi2Te2.7Se0.3和金属Ni电极分别焊接在两面的镀镍铜箔上。工作时电流从N型Bi2Te2.7Se0.3引脚流入，从金属Ni引脚流出，起到对PTC芯片热量移除的作用。
实施例2：
可消除累积热量影响的PTC过流保护元件，结构如图1所示：PTC芯片为高密度聚乙烯(HDPE)和Ni粉共混复合材料，PTC芯片二面贴有金属Cu箔接触电极，金属Cu电极和P型热电半导体Bi0.5Sb1.5Te3引出电极分别焊接在两面的金属Cu电极上。工作时电流从金属Cu引脚流入，从P型Bi0.5Sb1.5Te3引脚流出，起到对PTC芯片热量移除的作用。
实施例3：
可消除累积热量影响的PTC过流保护元件，结构如图1所示：PTC芯片为高密度聚乙烯(HDPE)和Ni粉共混复合材料、PTC芯片二面贴有金属Ni箔接触电极，N型热电半导体Bi2Te2.7Se0.3和P型热电半导体Bi0.5Sb1.5Te3引出电极分别焊接在两面的金属Ni电极上。工作时电流从N型Bi2Te2.7Se0.3引脚流入，从P型Bi0.5Sb1.5Te3引脚流出，起到对PTC芯片热量移除的作用。
实施例4：
可消除累积热量影响的PTC过流保护元件，结构如图1所示：PTC芯片为聚偏氟乙烯(PVDF)和炭黑共混复合材料、PTC芯片二面贴有金属Ni箔接触电极，N型掺杂和P型掺杂热电半导体PbTe引出电极分别焊接在两面的金属Ni电极上。工作时电流从N型掺杂PbTe引脚流入，从P型掺杂PbTe引脚流出，起到对PTC芯片热量移除的作用。

Claims (4)

1.一种可消除累积热量影响的PTC过流保护元件，其特征在于元件由聚合物基PTC芯层、复合于芯层两面的接触电极以及两个导电引脚组成，两个导电引脚中至少有一个为热电半导体材料，热电半导体引脚贴装具有方向性，P型热电半导体引脚贴装在电流流出一侧，N型半导体贴装在电流流入一侧，元件工作时引脚远离PTC芯片的一端散热，贴装在芯片电极上的引脚一端吸热，起到消除PTC累积热量的作用，当电流出现过流状态时，大电流引起PTC元件发热阻值急速上升，断开电路起到保护作用。
2.根据权利要求1所述一种可消除累积热量影响的PTC过流保护元件，其特征在于，所述PTC芯层为聚合物基体和导电填料共混的复合材料，表观室温电导率＞0.2Scm；聚合物基体为绝缘高分子材料，包括聚乙烯、氯化聚乙烯、氧化聚乙烯、聚氯乙烯、丁二烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚甲醛、酚醛树脂、聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚三氟乙烯、聚氟乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸共聚物中的一种或其混合物；导电填料颗粒粒径在0.05微米到50微米之间，粒径长径比小于500，包括金属颗粒、金属碳化物颗粒、金属硼化物颗粒、炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或其组合。
3.根据权利要求1所述一种可消除累积热量影响的PTC过流保护元件，其特征在于，所述复合于芯层两面的接触电极为导电金属箔片，包括银箔、铜箔、镍箔或镀镍铜箔中的一种。
4.根据权利要求1所述一种可消除累积热量影响的PTC过流保护元件，其特征在于，所述两个导电引脚中至少有一个为热电半导体材料，热电半导体材料电导率室温电导率＞50Scm，功率因子＞10μWm-1K-2，包括(Bi，Sb)2(Se，Te)3、(Pb，Sn)(Se，Te)、方钴矿化合物、津特尔相金属间化合物及其元素掺杂固溶体中的一种。
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