CN202663099U - 一种带双金属片温度开关的过流过压保护器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种带双金属片温度开关的过流过压保护器，其包括PTC热敏电阻芯片（1）、压敏电阻芯片（2）以及双金属片温度开关（3）；PTC热敏电阻芯片（1）的一面电极与压敏电阻芯片（2）的一面电极通过焊锡连接在一起，形成公共端，通过第一引脚（6）引出；双金属片温度开关（3）的金属外壳与PTC热敏电阻芯片（1）的另一面电极通过焊锡连接在一起；双金属片温度开关（3）的第一引出端（4）与PTC热敏电阻芯片（1）的另一面电极连接；双金属片温度开关（3）的第二引出端通过第二引脚（5）引出；压敏电阻芯片（2）的另一面电极通过第三引脚（7）引出。本实用新型可对后级电路进行保护，实现自动断电和自动上电的功能。
Description
技术领域
本实用新型涉及过流过压保护器结构，尤其涉及一种在非线性电源的保护中能自动断电和自动上电的过压过流保护器件。
背景技术
PTC热敏电阻与压敏电阻在非线性电源的组合应用中一般有以下三种方式，如图1、图2、图3所示（附图中，PTCR表示PTC热敏电阻，RV表示压敏电阻）：
如图1所示的电路中，压敏电阻因为其优异的非线性特性应用于多种的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，设计者们为了解决这一问题不得不经常考虑提高压敏电阻的压敏电压值和直径，这样降低了压敏电阻的保护范围提高了使用成本。在如图1所示的PTC热敏电阻只有非线性电源开机瞬间有浪涌抑制作用，并在非线性电源内部出现故障或输出端负载发生重大变化时，电阻值才会升大呈高阻状态断开电源与电网的联系避免事故扩大。
如图2所示的电路中，PTC热敏电阻除了兼顾如图1所述的功能外，在线路异常过电压时，该热敏电阻也会因压敏电阻瞬态响应的大电流流过，因W=I2RT使PTC热敏电阻阻值上升呈高阻状态。由于没有PTC热敏电阻和压敏电阻之间的热量耦合，PTC热敏电阻对压敏电阻的保护速度偏慢，不敢降低压敏电阻的压敏电压来加强对非线性电源的保护，并且异常过电压使PTC热敏电阻保护后会因电压全部加在其两端而导致后级负载断电，而此时并不一定是非线性电源发生了故障。
如图3所示电路中，PTC热敏电阻和压敏电阻组合成复合型PTC热敏电阻，由于PTC热敏电阻能利用压敏电阻响应时热耦合的温度加快PTC热敏电阻的保护速度，该复合型PTC热敏电阻中压敏电阻的压敏电压有了大幅下降，更加有利于对后级电路的保护，如图3所示，在保护完成后，PTC热敏电阻因为不能自动退出保护状态而导致后级负载断电，此时并不一定是非线性电源发生了故障。特别不利于不能自动断电复位的工控场合和无人值守的现场环境。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提出一种带双金属片温度开关的过流过压保护器，其能解决现有的复合型PTC热敏电阻不能应用于自动断电复位的工控场合和无人值守的现场环境的问题。
为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：
一种带双金属片温度开关的过流过压保护器，其包括PTC热敏电阻芯片、压敏电阻芯片以及双金属片温度开关；PTC热敏电阻芯片的一面电极与压敏电阻芯片的一面电极通过焊锡连接在一起，形成公共端，通过第一引脚引出；双金属片温度开关的金属外壳与PTC热敏电阻芯片的另一面电极通过焊锡连接在一起；双金属片温度开关的第一引出端与PTC热敏电阻芯片的另一面电极连接；双金属片温度开关的第二引出端通过第二引脚引出；压敏电阻芯片的另一面电极通过第三引脚引出。
作为优选的结构，PTC热敏电阻芯片、压敏电阻芯片以及双金属片温度开关均封装在一包封层内，所述包封层为酚醛树脂封装层。由于带双金属片的温度开关主要是由两种不同膨胀系数的金属片组成的不同的跳变点，当使其较长时间处于高温状态时会影响到其精确性，而酚醛树脂的固化温度为125-145℃之间，当这个固化温度越接近或越小于双金属片温度开关的跳变温度时，对双金属片温度开关的跳变点影响越小，因此本实用新型采用了固化温度较低的酚醛树脂。
作为优选的结构，PTC热敏电阻芯片的居里温度为95-135℃。由于电器产品使用的最高环境温度范围一般是小于或等于80℃，而PTC热敏电阻作过温或过电流保护时一般要求PTC热敏电阻的居里温度大于最高环境温度15℃以上，这样才不至于使热敏电阻误动作。另外，PTC热敏电阻保护后其表面平衡温度一般会超过居里温度25℃以上，而靠焊接连接的PTC热敏电阻当表面温度超过160℃时焊接会软化，影响焊点可靠性，因此PTC热敏电阻芯片的居里温度优选为95-135℃。
作为优选的结构，双金属片温度开关的跳变温度为90-125℃。当PTC热敏电阻的居里温度范围为95-135℃时，选择跳变温度为90-125℃的双金属片温度开关可以保证较快速度的动作，当保护器断电后，温度要降低到较低的温度范围才重新投入启动，避免了重复启动瞬间的冲击电流使保护器重新投入保护状态。因此双金属片温度开关的跳变温度优选为90-125℃。
作为优选的结构，压敏电阻芯片的压敏电压范围为直流360-460V。当压敏电阻芯片的压敏电压设计在直流360-460V范围时，过电压吸收过程中加在后级电路中的残压降要大大低于单独分立使用的压敏电阻的残压降（单独分立使用的压敏电阻的压敏电压至少要设计到直流560V±10%），更加有利于后级电路的保护。
本实用新型具有如下有益效果：
PTC热敏电阻芯片和压敏电阻芯片组合成复合型PTC热敏电阻，PTC热敏电阻芯片由于热耦合了压敏电阻芯片，响应过程中的温度和电流加快了保护速度。压敏电阻芯片由于有了PTC热敏电阻芯片的保护速度的加快，可以更大限度地降低压敏电压并加强对后级电路的过压保护范围，同时PTC热敏电阻芯片将保护后的温度传递给双金属片温度开关，双金属片温度开关跳开后断开电源，当保护器温度降低后，双金属片温度开关跳回接通电路给后级电路供电，从而达到自动断电和自动上电的目的。
附图说明
图1为现有技术的PTC热敏电阻与压敏电阻在非线性电源的组合应用电路一示意图；
图2为现有技术的PTC热敏电阻与压敏电阻在非线性电源的组合应用电路二示意图；
图3为现有技术的PTC热敏电阻与压敏电阻在非线性电源的组合应用电路三示意图；
图4为本实用新型较佳实施例的带双金属片温度开关的过流过压保护器的结构示意图；
图5为本实用新型较佳实施例的带双金属片温度开关的过流过压保护器应用于非线性电源电路中的等效电路。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，以便于更清楚的理解本实用新型所要求保护的技术思想。
如图4所示，一种带双金属片温度开关的过流过压保护器，其包括PTC热敏电阻芯片1、压敏电阻芯片2以及双金属片温度开关3。需要说明的是，本实施例所述的PTC热敏电阻芯片、压敏电阻芯片分别表示PTC热敏电阻未封装裸片、压敏电阻未封装裸片。其中，双金属片温度开关3的跳变温度为90-125℃，PTC热敏电阻芯片1的居里温度为95-135℃，压敏电阻芯片2的压敏电压范围为直流360-460V。
PTC热敏电阻芯片1的一面电极与压敏电阻芯片2的一面电极通过焊锡连接在一起，形成公共端，通过第一引脚6引出。双金属片温度开关3的金属外壳与PTC热敏电阻芯片1的另一面电极通过焊锡连接在一起。上述两处焊锡的作用均是作电气连接和传递热量。
双金属片温度开关3的第一引出端4与PTC热敏电阻芯片1的另一面电极连接，即第一引出端4从双金属温度开关3的金属外壳中引出来并连接到PTC热敏电阻芯片1的另一面电极上。
双金属片温度开关3的第二引出端通过第二引脚5引出，形成单独的引脚；压敏电阻芯片2的另一面电极通过第三引脚7引出，也形成一单独的引脚。
PTC热敏电阻芯片1、压敏电阻芯片2以及双金属片温度开关3均封装在一包封层内，所述包封层为酚醛树脂封装层。
结合图4和图5，其中，如图5所示，虚线框为本实施例的带双金属片温度开关的过流过压保护器的等效电路结构（下称保护器件），附图5中，S表示双金属片温度开关3，PTCR表示PTC热敏电阻芯片1，RV表示压敏电阻芯片2。当外加过电压时，流过压敏电阻芯片2的瞬态电流先流经双金属片温度开关3并流经PTC热敏电阻芯片，其中流经PTC热敏电阻芯片1的电流由W=I2Rt产生能量形成热量集聚。流经压敏电阻芯片2的瞬态电流使压敏电阻芯片2产生温升，此温升经PTC热敏电阻芯片1与压敏电阻芯片2之间的焊锡也耦合给PTC热敏电阻芯片1，使PTC热敏电阻芯片1也产生温升。PTC热敏电阻芯片1产生的热量也耦合给紧贴在PTC热敏电阻芯片1另一面极上的双金属片温度开关3。当过电压时间较短时，过电压的能量使封装在一起的整个保护器件产生的整体温升不足以使双金属片温度开关3跳开断电，此时整个电路工作正常，当过电压时间较长时，过电压产生的能量使整个保护器件温度上升到140-150℃，这时达到双金属片温度开关3的跳变温度。双金属片温度开关3跳开断电，由于没有电流持续流过PTC热敏电阻芯片1，PTC热敏电阻芯片1不再产生热量。保护器件通过周围空气散发热量，当保护器件整体温度低到双金属片温度开关3的跳回温度时，双金属片温度开关3闭合，非线性电源恢复后级电路供电。
由于压敏电阻芯片2过电压响应过程中的电流会使PTC热敏电阻芯片1由W=I2Rt产生热量集聚，并且压敏电阻芯片2过电压吸收过程中产生热量也会耦合给PTC热敏电阻芯片1，PTC热敏电阻芯片1的保护速度加快，承担分压的速度更快，更加有利于对压敏电阻芯片2的保护，当压敏电阻芯片2的压敏电压设计在360-460VDC范围时，过电压吸收过程中加在后极电路中的残压降要大大低于单独分立使用的压敏电阻的残压降（单独分立使用的压敏电阻的压敏电压至少要设计到直流560V±10%），从而更加有利于后级电路的保护。当较长时间的过电压时使保护器件的整体温升大于双金属片温度开关3的跳变温度时，双金属片温度开关3跳开断电，当保护器件的整体温度下降后，双金属片温度开3关闭合给后级电路供电。
由上述描述可以知，本实施例的创新之处在于：当线路出现异常，产生过电压或操作浪涌，通过保护器件对后级电路进行保护，使后级电路进行自动断电。这时，保护器件保护的原因不是后级电路出现了异常而导致的保护，而是由于过电压使压敏电阻芯片2响应后，热量的耦合和瞬态电流使PTC热敏电阻芯片1呈现高阻的保护状态。因此能在较短的时间内断开这种保护状态并自动恢复供电就显得很有必要。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种带双金属片温度开关的过流过压保护器，其特征在于，包括PTC热敏电阻芯片（1）、压敏电阻芯片（2）以及双金属片温度开关（3）；PTC热敏电阻芯片（1）的一面电极与压敏电阻芯片（2）的一面电极通过焊锡连接在一起，形成公共端，通过第一引脚（6）引出；双金属片温度开关（3）的金属外壳与PTC热敏电阻芯片（1）的另一面电极通过焊锡连接在一起；双金属片温度开关（3）的第一引出端（4）与PTC热敏电阻芯片（1）的另一面电极连接；双金属片温度开关（3）的第二引出端通过第二引脚（5）引出；压敏电阻芯片（2）的另一面电极通过第三引脚（7）引出。
2.如权利要求1所述的带双金属片温度开关的过流过压保护器，其特征在于，PTC热敏电阻芯片（1）、压敏电阻芯片（2）以及双金属片温度开关（3）均封装在一包封层内，所述包封层为酚醛树脂封装层。
3.如权利要求1所述的带双金属片温度开关的过流过压保护器，其特征在于，双金属片温度开关（3）的跳变温度为90-125℃。
4.如权利要求1所述的带双金属片温度开关的过流过压保护器，其特征在于，PTC热敏电阻芯片（1）的居里温度为95-135℃。
5.如权利要求1所述的带双金属片温度开关的过流过压保护器，其特征在于，压敏电阻芯片（2）的压敏电压范围为直流360-460V。
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