CN109449901A - 陶瓷ptc高脉冲功率负载保护器 - Google Patents

Abstract

本发明陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器，由将至少2片同规格、相同参数陶瓷PTC热敏电阻贴面焊接串联形成叠片电阻,将至少2个所述的叠片电阻并联形成并联电阻，或再将2个所述并联电阻串联，形成陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器。其可以组合成不同耐电压和不同通过电流的陶瓷PTC热敏电阻器，用于负载保护，可充分满足大电压和大通过电流的使用要求，使用寿命达万次以上，并且具有体积小。

Description

陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器

技术领域

本发明涉及的是高脉冲功率负载保护器，特别是用于电动汽车（电动大客车、电动小客车）大功率用电器电回路进行保护的高脉冲功率负载保护器。

技术背景

目前电动汽车的高电压大功率用电设备，在其供电控制板上有大电容，上电瞬间，大电容两端相当于短路状态，这时上电回路相当于短路，如果上电回路安装有短路保护熔断器，这时候的脉冲浪涌电流会把短路保护熔断器烧断，而且这样给大电容加电，上电脉冲浪涌电流很容易造成大电容损坏，在上电回路中增加负载保护器可以很好地控制上电的脉冲浪涌电流，提高上电回路的安全可靠性和使用寿命。

在目前电动汽车上电回路中的负载保护器，是一种陶瓷外壳功率线绕电阻器。陶瓷外壳功率线绕电阻是在一定体积内缠绕电阻丝获得电阻，体积大，在使用空间体积有限的情况下，受到陶瓷外壳功率线绕电阻功率的限制，无法获得更大的功率。而且在使用过程中陶瓷外壳功率线绕电阻器不能长时间承受高电压大电流，例如直流750V、10A以上的长时间通过电流，会造成器件本体高温达500℃以上，电阻内部急剧温升、陶瓷外壳迅速开裂，使用中陶瓷外壳功率线绕电阻器容易因自身高温碳化损坏，谈不上使用寿命。

发明内容

本发明提供一种陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器，特别是用于电动汽车上电回路中使用的陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器，防止上电的脉冲浪涌电流把短路保护熔断器烧断和保护与其相连接的大电容，并可以承受连续高脉冲功率负载。

根据陶瓷PTC热敏电阻的基本原理及其独有的特性，陶瓷PTC的阻-温特性曲线见附图1；陶瓷PTC的电流-时间特性曲线见附图2；即陶瓷PTC热敏电阻初始阻值比较低，初始可以承受几秒钟的大电流，然后由于陶瓷PTC热敏电阻通大电流发热使陶瓷PTC热敏电阻进入高组态、小电流的保护状态特性。

本发明陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器，由将至少2片同规格、相同参数陶瓷PTC热敏电阻贴面焊接串联形成叠片电阻A（以提高耐电压）,将至少2个所述的叠片电阻A并联形成并联电阻B（以扩大通过电流），形成陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器。

或本发明陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器，由将至少2片同规格、相同参数陶瓷PTC热敏电阻贴面焊接串联形成叠片电阻A（以提高耐电压）,将至少2个所述的叠片电阻A并联形成并联电阻B（以扩大通过电流），再将2个所述的并联电阻B串联，形成陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器。

将上述PTC高脉冲功率负载保护器封装在外壳内，成为产品。

所述的将2片同规格、相同参数陶瓷PTC热敏电阻贴面焊接串联形成叠片电阻，是在2片陶瓷PTC热敏电阻的对合（焊接）表面涂覆金属焊接剂（银膏），用高温（550℃）烧结焊接串联在一起。

本发明陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器，2片陶瓷PTC热敏电阻焊接表面涂覆金属焊接剂（银膏），用高温烧结进行焊接串联在一起形成的叠片电阻，其连接耐高温性能≥500℃，牢固性≥ 20N。2片陶瓷PTC热敏电阻贴面焊接后形成的叠片电阻的热传导好，整体发热温度一致。这样就突破了国际国内公认的“使用多个PTC热敏电阻时，请不要串联连接”传统定论，因为陶瓷PTC热敏电阻以传统分离件形式串联时，即用导线将2片陶瓷PTC热敏电阻串联，在通过高电压和大电流时，体现在某一只PTC热敏电阻片上的分压和发热总有区别，这就造成其中一个陶瓷PTC热敏电阻会先发热成高阻状态，而另一个没发热，从而造成2个陶瓷PTC热敏电阻发热温度不一致，实际上只有一个陶瓷PTC热敏电阻起作用，另外的陶瓷PTC热敏电阻不完全起PTC热敏电阻作用,只能起普通电阻使用，其整体耐压没有提高，三片或三片以上串联情况更是如此，只有一个陶瓷PTC热敏电阻起作用，其他的陶瓷PTC热敏电阻不完全起PTC热敏电阻作用,只能起普通电阻使用；而用高温烧结进行焊接串联在一起形成的叠片电阻的热传导好，整体发热温度一致，相互传导、同时发热、同时高阻就可以视为一个整体的大电阻，耐压提高。

本发明陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器，是将至少2片同规格、相同参数陶瓷PTC热敏电阻片相互经高温烧结焊接串联在一起成为一个整体，有效避免了其中一个陶瓷PTC热敏电阻片上的分压和发热不同的问题，形成同时发热、相互传导、同时高阻，保证了串联系后形成的叠片式陶瓷PTC热敏电阻热传导好，整体发热温度一致，形成一个叠片大电阻，就相当于一个整体，不是简单的串联电阻。

而再将上述方式得到的2个叠片大电阻再串联，由于2个叠片大电阻以传统分离件形式串联，不是用贴面焊接串联形成，在通过高电压和大电流时能保证一个叠片大电阻起PTC热敏电阻作用，提高了耐电压。

本发明根据所选的同规格、相同参数陶瓷PTC热敏电阻按上述方式进行组合，可以组合成不同耐电压和不同通过电流的陶瓷PTC热敏电阻器，用于负载保护，可充分满足大电压和大通过电流的使用要求。用于高脉冲功率负载保护器，特别是用于电动汽车上电回路中使用的陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器，防止上电的脉冲浪涌电流把短路保护熔断器烧断和保护后面的大电容的使用需求，并符合RoHS环保要求，其高脉冲、大功率的优良特性，体现了耐受高电压上电冲击和重复使用的功能，使用寿命达万次以上，并且体积小特别是适用于电动汽车大功率上电回路对高脉冲功率负载进行保护。

附图说明

图1是陶瓷PTC的阻-温特性曲线图；

图2是陶瓷PTC的电流-时间特性曲线图；

图3是本发明实施例1结构原理图；

图4是本发明实施例2结构原理图；

图5是本发明实施例3结构原理图；

图6是本发明实施例4结构原理图；

图7是本发明实施例5结构原理图；

图8是本发明实施例6结构原理图；

图9是本发明实施例5的波形图；

图10是本发明实施例4的波形图；

图11是本发明实施例6的波形图

图12是本发明实施例产品结构图。

具体实施方式

实施例1

参见附图3所示，本发明陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器，由2片同规格、相同参数陶瓷PTC热敏电阻贴面焊接串联形成叠片电阻A1,再将2个所述的叠片电阻A1并联形成并联电阻B1。该实施例得到的陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器，理论上可以承受单独同规格、相同参数陶瓷PTC热敏电阻2倍的（耐）电压和2倍的电流。

实施例2

参见附图4所示，本发明陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器，由2片同规格、相同参数陶瓷PTC热敏电阻贴面焊接串联形成叠片电阻A1,再将2个所述的叠片电阻A1并联形成并联电阻B1，再将2个所述并联电阻B1串联。该实施例得到的陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器，理论上可以承受单独同规格、相同参数陶瓷PTC热敏电阻4倍的（耐）电压和2倍的电流。

实施例3

参见附图5所示，本发明陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器，由2片同规格、相同参数陶瓷PTC热敏电阻贴面焊接串联形成叠片电阻A1,再将3个所述的叠片电阻A1并联形成并联电阻B2，再将2个所述并联电阻B2串联。该实施例得到的陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器，理论上可以承受单独同规格、相同参数陶瓷PTC热敏电阻4倍的（耐）电压和3倍的电流。

实施例4

参见附图6所示，本发明陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器，由3片同规格、相同参数陶瓷PTC热敏电阻贴面焊接串联形成叠片电阻A2,再将2个所述的叠片电阻A2并联形成并联电阻B3，再将2个所述并联电阻B3串联。该实施例得到的陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器，理论上可以承受单独同规格、相同参数陶瓷PTC热敏电阻6倍的（耐）电压和2倍的电流。

实施例5

参见附图7所示，本发明陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器，由3片同规格、相同参数陶瓷PTC热敏电阻贴面焊接串联形成叠片电阻A2,再将3个所述的叠片电阻A2并联形成并联电阻B4，再将2个所述并联电阻B4串联。该实施例得到的陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器，理论上可以承受单独同规格、相同参数陶瓷PTC热敏电阻6倍的（耐）电压和3倍的电流。

实施例6

参见附图8所示，本发明陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器，由3片同规格、相同参数陶瓷PTC热敏电阻贴面焊接串联形成叠片电阻A2,再将4个所述的叠片电阻A2并联形成并联电阻B5，再将2个所述并联电阻B5串联。该实施例得到的陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器，理论上可以承受单独同规格、相同参数陶瓷PTC热敏电阻6倍的（耐）电压和4倍的电流。

根据电动汽车大功率用电器上电控制的使用要求，即施加DC750V，10A上电电流，通电1秒，断电10秒，负载保护器可连续5次循环使用要求。

本发明陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器，采用实施例5结构，单片同规格、相同参数陶瓷PTC热敏电阻的最大耐压值是DC500V，最大电流10A，得到的陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器，在施加DC750V，10A上电电流下，其初始瞬时耐受可达10kw以上,再由于PTC热敏电阻的阻温特性，陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器通电动作保护后其残余电流很小，整个功率则仅有50w左右，表面温度只有100度左右。按实施例5的组合得到的陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器，其波形附图9所示。

从图9可以看出，通电1秒，断电10秒，连续6次上电，在施加DC750V，10A上电电流，该陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器电阻值在规定范围内，符合要求，电流输出达到最大要求值10A符合要求，从第7次加电开始输出电流减小、不能满足10A的上电要求。即施加DC750V，10A上电电流，通电1秒，断电10秒，负载保护器可连续5次循环使用要求。

如果使用实施例4方式得到的陶瓷PTC热敏电阻器，在施加DC750V，10A上电电流，通电1秒，断电10秒，连续4次上电后该陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器电阻值符合要求，电流输出达到最大要求值10A符合要求。从图中可以看出，从第5次加电开始输出电流减小、达不到10A的上电要求。波形图见下图10。

如果使用实施例6方式得到的陶瓷PTC热敏电阻器，在施加DC750V，10A上电电流，通电1秒，断电10秒，可以连续7次上电后该陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器电阻值符合要求，电流输出达到最大要求值10A符合要求，从第8次加电开始输出电流才减小，不能满足10A的上电要求，波形图见下图11。

经以上试验结果能看出，实施例5和实施例6方式得到的陶瓷PTC热敏电阻器都可以实现满足电动汽车负载保护，即施加DC750V，10A上电电流，通电1秒，断电10秒，负载保护器可连续5次循环使用要求，防止上电的脉冲浪涌电流把短路保护熔断器烧断和防止损伤后面的大电容，并可以承受连续高脉冲功率不损坏。

从性价比考虑，实施例5最为理想，施加DC750V，10A上电电流，通电1秒，断电10秒，满足连续5次上电，该陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器电阻值符合要求；其使用寿命能满足通电1秒，断电10秒，10000次循环使用的要求并在长期施加DC750V通电500小时的条件下该陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器电阻值符合要求。陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器作为电动汽车高脉冲功率负载保护器具有体积小、耐受功率大的优点，特别是适用于电动汽车大功率用电器电回路进行保护的高脉冲功率负载保护器。

Claims (5)

1.陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器，其特征是：

由将至少2片同规格、相同参数陶瓷PTC热敏电阻贴面焊接串联形成叠片电阻,将至少2个所述的叠片电阻并联形成并联电阻，形成陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器；

所述的将2片同规格、相同参数陶瓷PTC热敏电阻贴面焊接串联形成叠片电阻，是在2片陶瓷PTC热敏电阻的对合表面涂覆金属焊接剂，用高温烧结焊接串联在一起；

将上述PTC高脉冲功率负载保护器封装在外壳内。

2.陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器，其特征是：

由将至少2片同规格、相同参数陶瓷PTC热敏电阻贴面焊接串联形成叠片电阻,将至少2个所述的叠片电阻并联形成并联电阻，再将2个所述的并联电阻串联，形成陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器；

所述的将2片同规格、相同参数陶瓷PTC热敏电阻贴面焊接串联形成叠片电阻，是在2片陶瓷PTC热敏电阻的对合表面涂覆金属焊接剂，用高温烧结焊接串联在一起；

将上述PTC高脉冲功率负载保护器封装在外壳内。

3.电动汽车大功率用电器电回路高脉冲功率负载保护器，其特征是：

由3片同规格、相同参数陶瓷PTC热敏电阻贴面焊接串联形成叠片电阻,再将至少3个所述的叠片电阻并联形成并联电阻，再将2个所述并联电阻串联，形成陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器；

所述的将3片同规格、相同参数陶瓷PTC热敏电阻贴面焊接串联形成叠片电阻，是在2片陶瓷PTC热敏电阻的对合表面涂覆金属焊接剂，用高温烧结焊接串联在一起；

将上述PTC高脉冲功率负载保护器封装在外壳内。

4.根据权利要求3所述的电动汽车大功率用电器电回路高脉冲功率负载保护器，其特征是：

由3片同规格、相同参数陶瓷PTC热敏电阻贴面焊接串联形成叠片电阻,再将3个所述的叠片电阻并联形成并联电阻，再将2个所述并联电阻串联，形成陶瓷PTC高脉冲功率负载保护器。

5.根据权利要求3或4所述的电动汽车大功率用电器电回路高脉冲功率负载保护器，其特征是：单片同规格、相同参数陶瓷PTC热敏电阻的最大耐压值是DC500V，最大电流10A。