CN211788410U - 复合式保护元件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复合式保护元件，包括过电流保护元件和过电压保护元件；过电流保护元件包括第一导电层、第二导电层和层叠设置于该第一导电层和第二导电层之间的正温度系数材料层；过电流保护元件包括盲孔，该盲孔的面积为该过电流保护元件的面积的5～15％；过电压保护元件包括第三导电层、第四导电层及层叠设置于该第三导电层和第四导电层之间的可变电阻材料层，该第三导电层贴合于该过电流保护元件的第二导电层表面。所述过电压保护元件并联于电路当中，所述过电流保护元件串联于电路当中。本实用新型同时具有过电压及过电流的保护功能，预期能够达到更便利的使用且能有效调节高分子热敏电阻PTC的热膨胀。

Description

复合式保护元件

【技术领域】

本实用新型涉及一种复合式保护元件，具体而言，涉及一种同时提供过电流与过电压保护的复合式保护元件。

【背景技术】

对于所有的电子产品来说，电源都是不可或缺的部分，不论是用电池供电或是用市电透过整流变压器供电，电源的稳定和质量对于产品的功能和可靠度都会有相当大的影响。一般来说，电池供电是较为稳定的电力来源，但是随着电池的衰减，电压会渐渐降低，并且在电池接上或断开的瞬间也会有一些电压的波动发生，这些电压波动所带的能量都有可能损坏电路中较为敏感的元件；而对于利用市电透过整流变压器供电的产品来说，电网上的电压波动、户外环境的雷击感应等因素都会造成电源供应端的电压波动或是脉冲电压波，这些异常的电压脉冲也极易损坏设备，为了保护电路上的敏感元件不受这类电压波动的影响或是损坏，瞬态电压抑制二极管、压敏电阻等元件常常被应用在电源端口作为一个通用且有效的防护方案。

电源当中另外一个常见的问题是过电流，在电路发生异常短路或是反接、错接时，有可能因为负载改变造成短路、错接电流异常升高的情况，而此异常电流可能导致线路或是电子元件的损坏，针对这类的过电流异常问题，使用高分子热敏电阻PTC是广为应用的过电流保护方案，由于PTC的可恢复特性，也省去了使用一次性保险丝时可能被瞬态浪涌电流烧断或是过电流保护断开后需要更换保险丝的麻烦。

因此，有必要提供一种新的复合式保护元件来解决上述问题。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于提供一种复合式保护元件，将过电流保护元件和过电压保护元件紧密贴合在一起，形成复合式保护元件，同时具有过电压及过电流的保护功能，预期能够达到更便利的使用且能有效调节高分子热敏电阻PTC的热膨胀。

本实用新型通过如下技术方案实现上述目的：一种复合式保护元件，其包括整合在一起的过电流保护元件和过电压保护元件，过电流保护元件包括第一导电层、第二导电层和层叠设置于该第一导电层和第二导电层之间的正温度系数材料层，过电流保护元件上设置有一盲孔，该盲孔的面积为该过电流保护元件的面积的5～15％；过电压保护元件包括第三导电层、第四导电层及层叠设置于该第三导电层和第四导电层之间的可变电阻材料层；该第三导电层贴合于该过电流保护元件的第二导电层表面；所述过电压保护元件并联于电路当中，所述过电流保护元件串联于电路当中。

一实施例中，所述盲孔贯穿第一导电层和正温度系数材料层，且停止于该第二导电层。

一实施例中，所述盲孔有二个，且位于过电流保护元件的对角线角落。

一实施例中，所述过电压保护元件包括穿孔，且该穿孔位置对应于该过电流保护元件的盲孔位置。

一实施例中，复合式保护元件还包括第一引脚、第二引脚和第三引脚，所述第一引脚焊接于该第一导电层，所述第二引脚焊接于该第四导电层，所述三引脚焊接于该第二导电层和第三导电层。

一实施例中，所述穿孔直径与所述盲孔直径相等。

根据本实用新型的复合式保护元件，在电路过电压时，过电压保护元件产生的热量能够及时地传导到过电流保护元件，使得过电流保护元件的温度快速上升并触发到高阻状态，从而能够为电路及时提供过电压保护。

与现有技术相比，本实用新型的复合式保护元件的有益效果在于：将过电流保护元件和过电压保护元件紧密贴合在一起，形成复合式保护元件，能够为电路及时地提供过电流和过电压保护；通过在过电流保护元件及/或过电压保护元件上开设孔结构，能有效调节该正温度系数聚合物基体的热膨胀，从而改善复合式保护元件的耐电压特性。

【附图说明】

图1显示本实用新型复合式保护元件的立体结构示意图；

图2显示图1的复合式保护元件的横向结构示意图；

图3显示图1的复合式保护元件另一侧的立体结构示意图；

图4显示图1的复合式保护元件的电路结构示意图；

图5显示本实用新型另一实施例的复合式保护元件的立体结构示意图。

附图标记说明：

10 复合式保护元件

11 过电流保护元件

12 过电压保护元件

20 复合式保护元件

21 第一导电层

22 第二导电层

23 正温度系数材料层

24 第三导电层

25 第四导电层

26 可变电阻材料层

27 盲孔

28 穿孔

31 第一引脚

32 第二引脚

33 第三引脚

【具体实施方式】

下面请参照说明书附图，对本实用新型进一步描述。

图1显示本实用新型的复合式保护元件10的立体结构示意图，图2显复合式保护元件10的横向结构示意图。图3显示复合式保护元件10另一侧的立体结构示意图。复合式保护元件10包括整合在一起的过电流保护元件11和过电压保护元件12。该过电流保护元件11包括第一导电层21、第二导电层22、以及层叠设置于该第一导电层21和第二导电层22之间的正温度系数材料层23。该过电压保护元件12包括第三导电层24、第四导电层25、层叠设置于该第三导电层24和第四导电层25之间的可变电阻材料层26。第三导电层24与第二导电层22表面相贴设置。复合式保护元件10还包括第一引脚31、第二引脚32和第三引脚33，形成插件式的复合式保护元件10。所述第一引脚31焊接于该第一导电层21，第二引脚32焊接于该第四导电层25，第三引脚焊33接于该第二导电层22和第三导电层24。图3显示复合式保护元件10另一侧，其中过电压保护元件12被过电流保护元件11遮住而未显示于图中。

过电流保护元件11可采用聚合物和导电填料如碳黑作为正温度系数材料层23的材料，在过电流或过温度时可以膨胀减少导电路径，从而达到高电阻的保护效果。过电流保护元件11大约在中央的位置有一个盲孔27，而过电压保护元件12有一个穿孔28。穿孔28的位置对应于盲孔27位置，且两者的直径大小相同，这样当过电流保护元件11及/或过电压保护元件12膨胀时，可以减低第二导电层22和第三导电层24间结合的内应力，增进结合强度。所述盲孔27贯穿第一导电层21和正温度系数材料层23，且停止于该第二导电层22表面。第二导电层22保留完整不钻孔而提供最大的导热面积，因此在电路过电压时，过电压保护元件12产生的热量能够及时地传导到过电流保护元件11，使得过电流保护元件11的温度快速上升并触发到高阻状态，从而能够为电路及时提供过电压保护。优选地，盲孔27的面积为该过电流保护元件的面积的5～15％，此处的“面积”是指盲孔27的截面面积与对应于该截面的过电流保护元件的截面面积的百分比为5～15％(下文中所提及的盲孔面积占比中的“面积”含义相同)，可同时容纳热膨胀及兼顾机械强度。通常过电压保护元件12的热膨胀幅度较小，穿孔28可视情况省略。

图4显示复合式保护元件10的电路结构示意图。第一引脚31、第二引脚32和第三引脚33连接至外部电路。过电压保护元件12并联于电路当中，过电流保护元件11串联于电路当中。根据图1～4所示，可以清楚地知道，在电路过电流时，流过过电流保护元件11的电流会很大，这导致过电流保护元件11的温度会快速上升并触发到高阻状态，从而能够为电路及时提供过电流保护。在电路过电压时，过电压保护元件12会被过高的电压反向击穿并产生热量。过电压保护元件12产生的热量能够通过第二导电层22及时地传导到正温度系数材料层23，使得正温度系数材料层23的温度快速上升并触发到高阻状态，从而能够为电路及时提供过电压保护。

图5显示本实用新型另一个实施例的复合式保护元件20的示意图，其和图1～3前一个实施例的差异在于对角线另外增加了2个盲孔27，所增加的2个盲孔位于过电流保护元件11的对角线角落。这样一来在复合式保护元件20在连接外部电路时，即使在过电流保护元件11这一侧也可辨认其方向，从而第一引脚31、第二引脚32和第三引脚33可正确连接至对应的外部电路。这样即使位于中央的盲孔27省略，也具有辨认方向的效果。优选地，所有盲孔27所占面积为该过电流保护元件的面积的5～15％。

本实用新型的一体式复合式保护元件需要将热膨胀系数差异较大的两种材料做有效且稳定的电性连接。举例而言，过电流保护用的PTC器件需要串联在电路上，而过电压保护用的TVS器件则需要并联在电路上，所以需要通过元件设计达成电路连接，同时又需要保持结构的稳定，特别是确保在PTC器件高温膨胀的状况下不至于造成结构的损坏。将PTC与TVS这两种两端器件的其中一端做电性连接，在结构上做接合，使整体成为一个三端的器件，以符合产品结构设计的需求。由于PTC是一个热敏感的材料，通过具有导热效果的绝缘层将TVS产生的热有效传导至PTC，及时提供PTC触发所需的热能，从而提供保护。

表1中将聚合物HDPE混合碳黑作为过电流保护元件的正温度系数材料，实施例E1对应于图1～3，实施例E2对应于图5，过电流保护元件有盲孔而过电压保护元件有穿孔。E1的过电流保护元件的面积约为85mm²，盲孔的面积约8mm²。E2的过电流保护元件的面积约为85mm²，三个盲孔的总面积约12mm²。比较例C1则是过电流保护元件没有盲孔，而过电压保护元件有穿孔的情形。实施例E1、E2和比较例C1的过电流保护元件和过电压保护元件的材质和大小都是一样的，差异处只在过电流保护元件有无盲孔或盲孔的位置大小不同。表1显示过电流保护元件有孔洞的实施例E1和E2相较于无孔洞的比较例C1有较优的循环测试通过率，而且耐电压值也较好。循环测试每一次周期为先接通60秒接着再切断60秒。崩溃电压从起始电压60Vdc逐步增加至崩溃电压。

表1

本实用新型的一体式复合式保护元件将例如TVS器件和PTC器件做结合，使得单一模块可以提供过电压及过电流保护功能，使保护效果达到优化，省去使用者试误(try anderror)的困扰。本实用新型的复合式保护元件关于循环测试及崩溃电压测试的结果显示，在过电流保护元件上形成可调节正温度系数聚合物基体膨胀的盲孔，对循环测试和高电压耐久性都有改善。

本实用新型的技术内容及技术特点已公开如上，然而本领域相关技术人员仍可能基于本实用新型的启示及公开而作种种不背离本实用新型精神的替换及修饰。因此，本实用新型的保护范围应不限于实施例所示，而应包括各种不背离本实用新型的替换及修饰，并为权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种复合式保护元件，其特征在于：其包括，

一过电流保护元件，包括第一导电层、第二导电层和层叠设置于该第一导电层和第二导电层之间的正温度系数材料层，该过电流保护元件上设置有一盲孔，该盲孔的面积为该过电流保护元件的面积的5～15％；以及

一过电压保护元件，包括第三导电层、第四导电层及层叠设置于该第三导电层和第四导电层之间的可变电阻材料层，该第三导电层贴合于该过电流保护元件的第二导电层表面；

所述过电压保护元件并联于电路当中，所述过电流保护元件串联于电路当中。

2.如权利要求1所述的复合式保护元件，其特征在于，所述盲孔贯穿所述第一导电层和所述正温度系数材料层，且止于所述第二导电层。

3.如权利要求1所述的复合式保护元件，其特征在于，所述盲孔有二个且位于所述过电流保护元件的对角线角落。

4.如权利要求1所述的复合式保护元件，其特征在于，所述过电压保护元件包括穿孔，且该穿孔位置对应于该过电流保护元件的盲孔位置。

5.如权利要求1所述的复合式保护元件，其特征在于，还包括第一引脚、第二引脚和第三引脚，所述第一引脚焊接于该第一导电层，所述第二引脚焊接于该第四导电层，所述三引脚焊接于该第二导电层和第三导电层。

6.如权利要求4所述的复合式保护元件，其特征在于，所述穿孔直径与所述盲孔直径相等。

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