CN1905303A - 保护装置 - Google Patents

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CN1905303A CNA200610108633XA CN200610108633A CN1905303A CN 1905303 A CN1905303 A CN 1905303A CN A200610108633X A CNA200610108633X A CN A200610108633XA CN 200610108633 A CN200610108633 A CN 200610108633A CN 1905303 A CN1905303 A CN 1905303A
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Abstract

提供了一种可以在更高电压、更强电流下使用的温度熔丝(16)的保护装置(10)。为此，对保护装置(10)设置了在电源(12)及负载(14)之间串联连接的保护电路(20)，保护电路(20)是具备有对电源(12)和/或者负载(14)的过热敏感而动作的有规定的动作温度的温度熔丝(16)、以及与温度熔丝(16)并联连接的在规定的动作电流下动作的电流敏感熔丝(18)，电流敏感熔丝(18)被设定成只有温度熔丝(16)在规定的动作温度下动作后进行动作。

Description

保护装置
技术领域
本发明涉及一种使用温度熔丝的保护装置，它具有在高电压、大电流用的设备中以扩大温度熔丝的使用范围为目的的保护电路。特别是涉及一种通过同时使用温度熔丝和电流敏感熔丝而可以避免温度熔丝刚动作之后的异常情况的保护电路。
背景技术
温度熔丝是一种能够正确地检测出电气设备的异常过热、并且迅速地切断电路的保护零部件，它可用于各种家电产品、便携式设备、通信设备、办公设备、车载设备、空调、AC适配器、充电器、电池以及电子零部件。通常，温度熔丝可以根据使用的感温材料大致分成两种。也就是说，具有使用导电性低熔点可熔合金作为感温材料的可熔合金型温度熔丝、以及使用不导电感温物质的感温切片(pellets)型温度熔丝两种。这两种都是对所安装的电气设备的异常温度上升敏感而动作，切断流入电气设备的电流等，具有切换电路的导通状态、保护电气设备的功能，这就是所谓的非复位型温度开关。换句话说，是在规定的动作温度来使在初期常温状态下的导通状态发生逆转，变为切断状态的对电气用品的保护手，动作的动作温度是由使用的感温材料所决定的，通常，是在动作温度为60℃至250℃、额定电流在0.5A至15A的范围内动作的品种齐备并出售的通用保护零部件。
例如，在特开2005-158681号公报以及特开2003-317589号公报中所示的那样，具有内部电阻小、切断电流大的特点的感温切片型温度熔丝，使用热塑性树脂的感温切片，可以在很大的范围内任意设定动作温度。另外有虽然切断电流小、但在带有绝缘外壳密封安装并可以检测出温度的可熔合金型温度熔丝，它是在低熔点可熔合金上附着助熔剂，使熔融时的可熔合金形成球状，然后再切断，具有60℃至230℃的比较低的动作温度。在低熔点可熔合金的表面所附着的助熔剂，如特开平06-243767号公报以及特开平04-282523号公报上所示的那样，低熔点可熔合金在熔融温度下熔断时，不仅阻止了酸化膜产生的影响，而且使规定的温度下熔融时可熔合金利用表面张力而形成球状，这对于断开两个电极之间的电气连接是有效的。
另一方面，电流熔丝可使用玻璃管类型、有延迟动作的时间延迟类型、耐高电压强电流的类型等。一般来说，对于为额定电流的200％的过电流来说，规定要求在2分钟以内使其动作。另外，有即使不足额定电流的2倍但通电时间在大于等于1分钟，也动作的电流熔丝，再有局部很细的、利用电阻的焦耳热使其熔断的电阻熔丝。在这样的对电流敏感而切断电路的电流熔丝的使用电路中，往往由于负载本身产生焦耳热以及周围温度的上升，会招致由于过热所带来的危险状态，以为了回避免这样的危险，可同时设置温度熔丝，切断电路以保证安全，使之摆脱过热状态。
例如，大家都知道将温度熔丝和电流熔丝混合起来使用的复合化结构，将各种熔丝元件配置在同一基板上，或设置中间电极，进行串联连接，作为绝缘组件。这种复合熔丝例如已经直到，正如特开2003-297206号公报上所示的那样，在树脂衬底膜上固定着一对引线导体的前端部分，同时在这些导体前端部分之间设置了中间电极，在一侧连接温度熔丝元件，在另一侧连接电流熔丝元件，这样构成的复合熔丝。另外，如特开2000-123694号公报所示的，已知一种感知电流熔丝元件产生的热量、而使温度熔丝元件熔断的复合熔丝；以及如特开2000-133102号公报所示的，已知一种使用带有外框的引线框、并在中间电极和一对引线导体的各前端部分之间连接各熔丝元件的电流熔丝和温度熔丝的复合结构。
发明内容
在将温度熔丝安装在电气设备上使用的场合，是从出售的通用温度熔丝中选择适合负载容量的温度熔丝来使用，但是也希望能扩大温度熔丝的适用范围。例如，对于使用AC电源的电阻负载的通用型温度熔丝，虽然为小于等于电压250V、电流15A的范围，但是在使用DC电源的场合，往往伴有在切断温度熔丝的时候所产生的电弧持续放电的不良情况。也就是说，在温度熔丝过热敏感而在动作温度下动作以切断电路的时候，在温度熔丝切断的接点间产生的等离子体，由于不像交流电那样改变极性，将会招致等离子体持续放电的意外的情况。
为此，通用型温度熔丝的适用范围，在切断电流大的情况时，被限制在小于等于电压24V、电流10A的额定条件内。另外，当利用温度熔丝来阻止直流感应电阻负载、或者电源设备的过热情况时，希望可以消除由于因温度熔丝的动作而产生的切断电路时的等离子体放电所造成的不良情况。于是，为了能够在更高的电压和更大的电流下使用出售的温度熔丝，要求提供可以扩大适用范围的安全的保护装置。另一方面，对于通用型的电流熔丝，备有范围很大的电气额定值和特性以及切断能力的产品，用作为绝大部分电气设备的保护。
因此，本发明是为了消除上述的缺点而被提出的，是提供一种具有在更高的电压和更大的电流下、能够使用现有产品的保护电路的型，并且加以改进的保护装置。因此提供了一种保护装置，该保护装置同时使用基于通用型的感温切片型温度熔丝或者可熔合金型熔丝的内部电阻、而具有预先定好内部电阻的电流敏感熔丝和温度熔丝，以形成保护电路，可以适应大负载。
本发明是具有在电源和负载之间串联连接的保护电路的保护装置，这种保护电路具有对电源和/或者负载的过热敏感而动作的具有规定动作温度的温度熔丝、以及与温度熔丝并联连接并在规定的动作温度下动作的电流敏感熔丝，电流敏感熔丝被设定成只有温度熔丝在规定的动作温度下动作之后才会动作。这里，电流敏感熔丝的通电电流相对于负载恒定时的主电流为小于等于50％，电流敏感熔丝动作时的规定的动作电流是大于等于电流敏感熔丝的通电电流的2倍。设定成比主电流的100％小的值，在温度熔丝动作之后切断电流敏感熔丝，通过这些，就可以阻止在温度熔丝的电极之间发生的放电。
换句话说，本发明的保护装置具有将温度熔丝和电流敏感熔丝两者并联连接的保护电路。保护电路是在电源和负载间串联连接而构成的，根据在保护电路中使用的电流敏感熔丝的内部电阻和温度熔丝的内部电阻，来决定相对于主电流的电流敏感熔丝的通电电流，基于这个通电电流来设定电流敏感熔丝的额定值。例如，关于温度熔丝的内部电阻，如果用包含引线的全长25mm的电阻值来表示的话，感温切片型熔丝的内部电阻大体上为小于等于1.5mΩ/25mm，而可熔合金型温度熔丝的内部电阻大体上为小于等于15mΩ/25mm，可使用任何一种。另外，虽然上述的电流熔丝的内部电阻根据额定电流不同有各种各样，但是通常与上述的温度熔丝相比具有更大的值。因此，提供了一种通过使用市场上所出售的通用型的温度熔丝和通用型的电流熔丝而使得保护电路价格便宜、而且使用在高电压下可以适应大电流的负载的温度熔丝的保护装置。
本发明中的温度熔丝和电流敏感熔丝并联连接的保护电路，由于只要温度熔丝不动作，电流敏感熔丝也不会动作，在规定的动作温度下使温度熔丝动作时，在所规定的滞后时间之后，使电流敏感熔丝动作，因此就可以抑制在规定的动作温度下使温度熔丝动作时发生的电弧放电。这是由于因为电流流过保护电路的电流敏感熔丝，所以可以抑制在切断状态的温度熔丝切断的接点间或者断线的可熔合金间施加的电压。另一方面，虽然由于温度熔丝的切断动作，而在电流敏感熔丝中有很大的电流流过会使之熔断，但是由于在切断电路上会有时间延迟，所以不产生温度熔丝的电弧放电，不产生伴随着温度熔丝切断后放电导致的不良情况。一般，可熔合金型温度熔丝在可熔体熔融时，因为迅速拉开合金，切断电路，所以有大于等于数μ秒程度的时间延迟，是不会产生问题的，但是由于在温度切片型温度熔丝中利用感温物质的熔融而使动接点移动来切断电路，因此有大于等于数秒程度的时间延迟，这是比较好的。
本发明以使用温度熔丝的保护装置作为特点，能够提供一种便宜的使用出售的通用的温度熔丝及电流敏感熔丝。也就是说，通过同温度熔丝并联连接电流敏感熔丝，在超过温度熔丝的额定电压和电流的范围内也可以使用，可以阻止在温度熔丝刚切断以后产生的电弧放电。特别是在用于对高电压和强电流的负载的电源或者负载阻止过热的温度熔丝的利用领域中，通过和电流敏感熔丝的并联连接，可以扩大向大负载装置的适用领域，也可以防止过热时不良情况的发生。本发明的保护装置以低价提供了在车辆相关、DC电动机相关的车辆空调、电动工具的安全保护方法，由于温度熔丝的适用范围可适用于切断电流35A～10000A、电压AC600V或者DC600V的负载，所以可以试图扩大适用的范围。
本发明其它的目的、特征及优点，经参照附图对本发明的以下详细说明将会充分理解。
附图说明
图1表示的是使用本发明的温度熔丝的保护装置的电路图。
图2表示的是在使用本发明的温度熔丝的保护装置中的保护电路的电流分流状态与熔丝内部电阻之间的关系。
图3A和图3B表示的是使用本发明的温度熔丝的保护装置中的保护电路的电流分流状态与熔丝内部电阻之间的关系。图3A表示的是正常的状态，图3B表示的是动作时的状态。
具体实施方式
根据本发明，使用温度熔丝的保护装置具备有保护电路。这个保护电路是具有对电源和/或者负载的过热敏感并动作的有规定的动作温度的温度熔丝、以及与温度熔丝并联连接的在规定的动作电流下动作的电流敏感熔丝。保护电路与电源和负载串联连接而构成的，其特征在于，电流敏感熔丝是只有在温度熔丝以规定的动作温度动作后才会动作。由于这种保护装置在高电压和强电流用负载中也能使用，所以可以扩大温度熔丝的利用范围。
图1表示的是使用本发明的温度熔丝的保护装置的电路图。在本发明的保护装置10中是这样构成的，包含主电流用的电流熔丝(未图示)的直流电源12和负载14连接，温度熔丝16和电流敏感熔丝18并联连接的保护电路20与电源12和负载14串联。温度熔丝16可以是感温型切片型温度熔丝或者可熔合金型温度熔丝中的任何一种，根据正常时使用的电流值等，能够从通用的出售产品中选出与规定的动作电流相符合的熔丝。温度熔丝16对于负载14的过热和/或者电源12的过热敏感。因此可用作为阻止电源12内的控制电路和插孔等的电路零部件的过热。
另一方面，对于电流敏感熔丝18，希望将流过熔丝的通电电流相对于在负载中流过的正常时的主电流设定为小于等于50％，更加希望设定在小于等于20％，特别希望设定在小于等于10％。并且希望适用电流敏感熔丝18动作的规定的电流额定值设定在大于等于电流敏感熔丝的通电电流的2倍的熔丝，更加希望是大于等于2.2倍，特别希望是大于等于2.5倍。根据上述，在温度熔丝16动作后经规定的时间延迟可以切断电流敏感熔丝18，在温度熔丝16的切断动作时可以阻止在电极间产生的电弧放电。作为电流敏感熔丝，可以选择通用电流熔丝即时间延迟型、玻璃管型、耐高电压型、直流电压型中的任何一种，或者可以选择电阻熔丝。电流敏感熔丝的内部电阻比温度熔丝的内部电阻要大，可以在超过上述温度熔丝的标称额定电压值或者标称额定电流值的范围中使用温度熔丝。
图2、图3A和图3B表示的是在保护电路中的电流的分流状态和各熔丝内部电阻之间的关系图。如图2所示，温度熔丝26具有内部电阻R1，电流敏感熔丝28具有内部电阻R2。在这个电路中，从电源22流入负载24的主电流I是流过温度熔丝26的电流I1和流过电流敏感熔丝28的电流I2的和。因此，在正常动作时，流入电流敏感熔丝28的电流I2由式(1)表示。
I2＝(R1×I)/(R1+R2)    …(1)
因此，电流敏感熔丝28虽然在上述的电流I2下不动作，但从在主电流I下可靠动作并调整温度熔丝切断后直到电流敏感熔丝切断之间的时间延迟的观点来看，希望设定成以比主电流I的100％小的电流值来动作，更加希望是小于等于主电流的50％，特别希望是小于等于36％。这里，包含在实用电路中利用的引线，实作为全长25mm测值的，内部电阻R1在感温切片型温度熔丝的场合，大体上为小于等于1.5mΩ/25mm，多数的品种为0.7mΩ～0.9mΩ/25mm。另外，可熔合金型温度熔丝的场合，大体上为小于等于15mΩ/25mm，多数的品种是在3mΩ～10mΩ/25mm的范围内，任何一种都可以使用。另一方面，电流敏感熔丝28的内部电阻R2的范围极大，在用通用玻璃管型的电流敏感熔丝实测时约为10mΩ～60Ω。表1中表示的是关于通用玻璃管型的电流敏感熔丝的额定电流和内部电阻之间的关系。
【表1】
  额定电流   50mA   100mA   125mA   250mA   500mA   1A   2A   5A
  内部电阻   60Ω   20Ω   4Ω   3Ω   500mΩ   120mΩ   50mΩ   16mΩ
这里，具体的主电流I约为10A，在使用内部电阻R1为1.0mΩ/25mm的感温切片型温度熔丝的场合，如果假定电流敏感熔丝的内部电阻R2为20mΩ，则流过电流敏感熔丝28的电流I2根据式(1)可得
I2＝(1×10)/(1+20)＝0.48(A)
与通电电流I2为0.48A相比，通电电流的2倍的电流值为0.96A。因此，选定额定大于等于1A并且小于等于10A、内部电阻约为20mΩ的通用电流熔丝为电流敏感熔丝，用于保护电路。
图1是作为本发明的实施例表示的保护装置的例子，负载14在动作中异常过热、温度熔丝16达到规定的动作温度之时，温度熔丝16动作，变为切断状态。但是，因为并联连接的电流敏感熔丝18以连接状态正常动作，在切断温度熔丝之后，直到电流敏感熔丝动作被切断为止，电流流过负载14。其结果，在温度熔丝16刚切断之后，能够抑制电极间产生的电弧放电。这样，消除了伴随着温度熔丝动作而的不良情况，扩大温度熔丝的实质上的额定值，相比温度熔丝单独使用，扩大了适用范围。也就是说，提供了一种使用在实质上扩大了出售的温度熔丝的适用范围、而且低价格的温度熔丝的保护装置。对于直流用途的电阻负载，很明显扩大了适用范围，可以超过温度熔丝标称的额定电压值或者额定电流值。
其次，表2及表3表示的是由温度熔丝的内部电阻R1、主电流I以及电流敏感熔丝的内部电阻R2、根据上述的公式(1)来求流过电流敏感熔丝的电流值I2。表2表示的是内部电阻R1使用1mΩ的感温切片型温度熔丝的情况，将主电流值I和电流敏感熔丝的内部电阻R2作为参变量。同样，图3表示的是内部电阻R1使用5mΩ的可熔合金型温度熔丝的情况，将主电流值I和电流敏感熔丝的内部电阻R2作为参变量。
【表2】
                                                                                主电流I(A)
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15
  电流感应熔丝的内部阻抗(mΩ)   10   0.0909   0.1818   0.2727   0.3636   0.4545   0.5455   0.6364   0.7273   0.8182   0.9091   1.0000   1.0909   1.1818   1.2727   1.3636
  20   0.0476   0.0952   0.1429   0.1905   0.2381   0.2857   0.3333   0.3810   0.4286   0.4762   0.5238   0.5714   0.6190   0.6667   0.7143
  30   0.0323   0.0645   0.0968   0.1290   0.1613   0.1935   0.2258   0.2581   0.2903   0.3226   0.3548   0.3871   0.4194   0.4516   0.4839
  50   0.0196   0.0392   0.0588   0.0784   0.0980   0.1176   0.1373   0.1569   0.1765   0.1961   0.2157   0.2353   0.2549   0.2745   0.2941
100 0.0099 0.0198 0.0297 0.0396 0.0495 0.0594 0.0693 0.0792 0.0891 0.0990 0.1089 0.1188 0.1287 0.1386 0.1485
  500   0.0020   0.0040   0.0060   0.0080   0.0100   0.0120   0.0140   0.0160   0.0180   0.0200   0.0220   0.0240   0.0259   0.0279   0.0299
  1000   0.0010   0.0020   0.0030   0.0040   0.0050   0.0060   0.0070   0.0080   0.0090   0.0100   0.0110   0.0120   0.0130   0.0140   0.0150
【表3】
                                                                                             主电流I(A)
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15
  电流感应熔丝的内部阻抗(mΩ)   10   0.3333   0.6667   1.0000   1.3333   1.6667   2.0000   2.3333   2.6667   3.0000   3.3333   3.6667   4.0000   4.3333   4.6667   5.0000
  20   0.2000   0.4000   0.6000   0.8000   1.0000   1.2000   1.4000   1.6000   1.8000   2.0000   2.2000   2.4000   2.6000   2.8000   3.0000
  30   0.1429   0.2857   0.4286   0.5714   0.7143   0.8571   1.0000   1.1429   1.2857   1.4286   1.5714   1.7143   1.8571   2.0000   2.1429
  50   0.0909   0.1818   0.2727   0.3636   0.4545   0.5455   0.6364   0.7273   0.8182   0.9091   1.0000   1.0909   1.1818   1.2727   1.3636
  100   0.0476   0.0952   0.1429   0.1905   0.2381   0.2857   0.3333   0.3810   0.4286   0.4762   0.5238   0.5714   0.6190   0.6667   0.7143
  500   0.0099   0.0198   0.0297   0.0396   0.0495   0.0594   0.0693   0.0792   0.0891   0.0990   0.1089   0.1188   0.1287   0.1386   0.1485
  1000   0.0050   0.0100   0.0149   0.0199   0.0249   0.0299   0.0348   0.0398   0.0448   0.0498   0.0547   0.0597   0.0647   0.0697   0.0746
如上所述，电流敏感熔丝的选择条件是在正常的主电流流过的情况下流入电流敏感熔丝的通电电流值根据公式(1)、由表2或者表3来求得，设定额定电流为大于等于它的2倍。在这种情况下，需要使用的温度熔丝的内部电阻、主电流以及电流敏感熔丝自身的内部电阻作为决定因素。另外，图3A表示的是根据在通常使用状态下的保护电路20中的通电电流、由I1≥I2的关系得到的不用担心断线的正常状态；图3B表示的是保护电路20的温度熔丝在规定的动作温度下动作时的通电电流的状态。温度熔丝动作时，在电流敏感熔丝中流过主电流I(＝I1+I2)，直到切断能力为止，然后切断。因此，在温度熔丝动作时，由于电流敏感熔丝导通，在温度熔丝的电极间伴随着电火花和熔接而导致的不良情况。
本发明在不超出其精神或主要特征的情况下，能够以其它的各种形态加以实施。因此，上述实施例在所有方面只不过仅是表示例子，不能进行限定性的解释。本发明的范围是由权利要求的范围所示的，对于说明书正文没有任何约束。再有，属于权利要求范围的相同范围的变形或变更，全部是本发明范围内的内容。

Claims (6)

1.一种保护装置，具备串联连接在电源(12)及负载(14)之间的保护电路(20)，其特征在于，
所述保护电路(20)具备
对电源(12)和/或者负载(14)的过热敏感而动作的具有规定的动作温度的温度熔丝(16)、以及
与该温度熔丝(16)并联连接并在规定的动作电流下动作的电流敏感熔丝(18)，
将所述电流敏感熔丝(18)设定成仅在所述温度熔丝(16)在规定的动作温度下动作后进行动作。
2.如权利要求1中所述的保护装置，其特征在于，
所述电流敏感熔丝(18)的通电电流相对于所述负载(14)的主电流为小于等于50％，
所述电流敏感熔丝(18)动作的所述规定的动作电流是大于等于所述电流敏感熔丝(18)的通电电流的2倍，
被设定成比主电流的100％小的值，在所述温度熔丝(16)动作后所述电流敏感熔丝(18)被切断，阻止在所述温度熔丝(16)的电极间发生的放电。
3.如权利要求1中所述的保护装置，其特征在于，
所述的温度熔丝(16)是内部电阻为小于等于1.5mΩ/25mm的感温切片型温度熔丝，
或者是内部电阻为小于等于15mΩ/25mm的可熔合金型温度熔丝。
4.一种保护装置，具备有在电源(12)和负载(14)之间串联连接的保护电路(20)，其特征在于，
所述保护电路(20)是由对过热敏感而动作的具有规定的动作温度的温度熔丝(16)、以及在规定的动作电流下动作的电流敏感熔丝(18)的并联电路构成的，
设定成在所述电流敏感熔丝(18)的动作和所述温度熔丝(16)在所述规定的动作温度下的动作之间具有时间延迟。
5.如权利要求4中所述的保护装置，其特征在于，
所述电流敏感熔丝(18)是时间延迟型的电流熔丝或者电阻熔丝；
所述电流敏感熔丝(18)的内部电阻与所述温度熔丝(16)的内部电阻相比要大。
6.如权利要求5中所述的保护装置，其特征在于，
所述温度熔丝(16)及所述电流敏感熔丝(18)是通用型的熔丝，
所述温度熔丝(16)在超过温度熔丝的标称额定电压值或者标称额定电流值的范围内使用。
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