CN2585461Y - 过电流保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种过电流保护装置，其包含一第一电极板、一第二电极板、一第三电极板、一导电组件及一高电阻材料层。该第三电极板可接触该第一电极板，用以形成一电流通路。该导电组件具有热膨胀断电性质，且连接至该第一电极板及第二电极板。该高电阻材料层连接至该第二电极板及第三电极板，且其热膨胀系数小于该导电组件组件的热膨胀系数。各导线的一端分别连接至该第二电极板及第三电极板。通过该导电组件因过电流产生的热膨胀，使得该第一电极板及第二电极板分离而造成断路，迫使电流流经该高电阻材料层而降低电流值，使得高电阻材料层发热并将所产生的热能传至导电组件，使导电组件维持在热膨胀断路的状态。

Description

过电流保护装置

技术领域

本实用新型关于一种过电流保护装置，特别是关于一种可自动断路的过电流保护装置。

背景技术

应用于电路中的电气开关包含简单的手动或电动开关、断路器及继电器等。当该开关开启的瞬间，若此时有过电流产生，其触点非常容易产生电弧效应，其相当于仍维持一电流通路直到该电弧消失为止。该电弧将使得该触点依承受的电流、电压及直流或交流电的不同而有不同程度的伤害。因此如何限制作用于该开关的电流及电压的大小以防止其触点的损害，成为实务上考虑的要点。

众所周知的正温度系数(PTC)组件的电阻值对温度变化的反应相当敏锐，在组件在正常使用状况时，其电阻可维持极低值，使电路得以正常运作。但是，当发生过电流或过高温的现象而使温度上升至一临界温度时，其电阻值会瞬间提高至一高电阻状态(例如10⁴欧姆以上)，而将过量的电流反向抵消，以达到保护电池或电路组件的目的。因此，该PTC组件已见整合于各式电路组件中，以防止过电流的损害。

美国专利No.5,737,160及5,864,458均公开了PTC组件结合开关的过电流保护装置的应用，图1(a)及图1(b)分别表示PTC组件与开关的串联及并联的应用情形。参照图1(a)，一PTC组件11串联于一开关12，当过电流发生时，该PTC组件11的电阻将升高而降低电路组件的电流值。然后，该开关12被开启而形成断路，以避免该PTC组件11承受太高的电压而烧坏。

参照图1(b)，一PTC组件13与一开关14并联。因相较于该开关14，该PTC组件13具有较高的电阻值，故仅有少部分电流流经该PTC组件13，使得该PTC组件13仍处于一低电阻状态。当过电流产生时，该开关14立即开启，迫使电流流经该PTC组件13，造成该PTC组件13的电阻急速升高而再反向降低其电流值。在实际使用时，该开关14仍必须考虑产生电弧的可能，故仅适用于工作电压较低的电路组件。

上述结合PTC组件及开关的过电流保护装置，仍须提供一信号以控制该开关12、14的动作，PTC组件本身并非开关，必须依赖外接开关才能切断电流，而且在PTC电阻跳升(trip)以后必须依靠漏电流来维持在高电阻的跳升状态(trip state)。因持续在高工作电压和漏电流下，PTC组件将会老化以致失去保护的功能，且万一有误信号产生时，亦将发生不必要的损害。

发明内容

本实用新型的目的是提供一过电流保护装置，通过自动断路的方式以保护电路。除了可避免漏电流的现象及提供重新设定的功能外，亦可适用于高工作电压的电路组件。

根据本实用新型的一方面，提供了一种过电流保护装置，包含：一第一电极板；一第二电极板；一第三电极板，与该第一电极板电气接触而形成一电气通路；一PTC组件，其两端分别与该第一电极板及该第二电极板连接；及一高电阻材料层，其两端分别与该第二电极板及该第三电极板连接，且其电阻值高于PTC组件的电阻值，其热膨胀系数小于该PTC组件的热膨胀系数；

其中在未产生过电流时，电流流经由该第二电极板、该PTC组件、第一电极板和第三电极板形成的低电阻电气通路，在过电流产生时，PTC组件产生热膨胀而阻断该第一电极板和该第三电极板间的电气通路，使得电流转而流经由该第二电极板、该高电阻材料层和该第三电极板形成的高电阻电气通路而降低电流值。

在本实用新型的一实施例中，在未发生过电流时，该第一电极板电气接触该第三电极板。

在本实用新型的一实施例中，该第一电极板包含一凸缘，用以电气接触该第三电极板。

在本实用新型的一实施例中，该高电阻材料层包含至少陶瓷、陶瓷PTC及石墨中的一者。

在本实用新型的一实施例中，还包含一绝缘导热层，位于该PTC组件及高电阻材料层之间以隔离两者，其中该绝缘导热层由导热胶组成。

在本实用新型的一实施例中，该高电阻材料层通电产生的热能可通过该绝缘导热层传导给该PTC组件使该PTC组件维持在热膨胀状态。

在本实用新型的一实施例中，该高电阻材料层为一圆管状，且环绕于该PTC组件设置。

在本实用新型的一实施例中，该过电流保护装置被应用于工作电压介于100-700伏特的电路组件。

在本实用新型的一实施例中，该过电流保护装置还包含一电极棒，其一端连接于该第三电极板，另一端在未发生过电流时电气接触该第一电极板，以与该第三电极板及该第一电极板形成一低电阻电气通路。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种过电流保护装置，包含：一第一电极端；一第二电极端；一高热膨胀系数材料绝缘层；一上电极棒，其侧面连接于该高热膨胀系数材料绝缘层且上端连接于第一电极端；一下电极棒，其侧面连接于该高热膨胀系数材料绝缘层且下端连接于第二电极端，且该下电极棒的上端与该上电极棒的下端可分离式连接；及一高电阻材料层，其两端分别与该第一电极端及第二电极端连接，且其电阻值高于该高热膨胀系数材料绝缘层的电阻值，但其热膨胀系数低于该高热膨胀系数材料绝缘层的热膨胀系数；

其中在未发生过电流时，电流流经由该第一电极端、该上电极棒、该下电极棒和该第二电极端形成的低电阻电气通路；而在过电流发生时，该高热膨胀系数材料绝缘层因热产生膨胀，使得该上电极棒及下电极棒受牵引分离而形成断路，导致电流转而流经由该第一电极端、该高电阻材料层和该第二电极端形成的高电阻电气通路而降低电流值。

在本实用新型的一实施例中，该高电阻材料层与该高热膨胀系数材料绝缘层相连，使高电阻材料层通电产生的热能可传导给该高热膨胀系数材料绝缘层使该高热膨胀系数材料层维持在热膨胀状态。

在本实用新型的一实施例中，该高热膨胀系数材料层包含至少聚乙烯及聚丙烯中的一者。

在本实用新型的一实施例中，该上电极棒及下电极棒由铜金属制成。

根据本实用新型的再另一方面，还提供了一种过电流保护装置，包含：一第一电极端；一第二电极端；一高热膨胀系数材料绝缘层；一电极棒，其侧面连接于该高热膨胀系数材料绝缘层，且其一端连接于该第一电极端，另一端与该第二电极端可分离式连接；及一高电阻材料层，其两端分别与该第一电极端及第二电极端连接，且其电阻值高于该高热膨胀系数材料绝缘层的电阻值，但其热膨胀系数低于该高热膨胀系数材料绝缘层的热膨胀系数；

其中在未发生过电流时，电流流经由该第一电极端、该电极棒和该第二电极端形成的低电阻电气通路；而在过电流发生时，该高热膨胀系数材料绝缘层因热产生膨胀，使得该电极棒受牵引与该第二电极端分离而形成断路，导致电流转而流经由该第一电极端、该高电阻材料层和该第二电极端形成的高电阻电气通路而降低电流值。

在本实用新型的一实施例中，该高电阻材料层与该高热膨胀系数材料绝缘层相连，使高电阻材料层通电产生的热能可传导给该高热膨胀系数材料绝缘层使该高热膨胀系数材料层维持在热膨胀状态。

在本实用新型的一实施例中，上述的高热膨胀系数材料层可由聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)或其它结晶性高分子所组成，上、下电极棒则可由铜、镍、铝或其它金属组成。

附图简述

本实用新型将依照附图作详细说明，其中：

图1(a)及图1(b)分别显示现有的PTC组件与开关的串联及并联的应用情况；

图2(a)是本实用新型的第一较佳实施例的过电流保护装置的示意图；

图2(b)是图2(a)的沿1-1剖面线的剖面图；

图2(c)显示本实用新型的第一较佳实施例的过电流保护装置的触发状态；

图2(d)是本实用新型的第一较佳实施例的过电流保护装置在正常操作状态的电路图；

图2(e)是本实用新型的第一较佳实施例的过电流保护装置在触发状态的电路图；

图3(a)及图3(b)显示本实用新型的第二较佳实施例的过电流保护装置及其触发状态；

图3(c)及图3(d)是本实用新型的第二较佳实施例过电流保护装置在正常操作状态及触发状态的电路图；

图4(a)显示本实用新型的第三较佳实施例的过电流保护装置；

图4(b)显示图4(a)沿2-2剖面线的剖面图；

图4(c)是本实用新型的第三较佳实施例的过电流保护装置在正常操作状态的电路图；

图4(d)是本实用新型的第三较佳实施例的过电流保护装置在触发状态的电路图；

图5(a)是本实用新型的第四较佳实施例的过电流保护装置的示意图；及

图5(b)是本实用新型的第四较佳实施例的过电流保护装置在触发状态的电路图。

具体实施方式

图2(a)是本实用新型的第一较佳实施例的过电流保护装置的示意图，图2(b)则为图2(a)的沿1-1剖面线的剖面图。一过电流保护装置20为一圆柱状结构，其包含一第一电极板21、一第二电极板24、一PTC组件23、一第三电极板22、一高电阻材料层25及一绝缘导热层26。该第一电极板21具有一环状凸缘，可接触该第三电极板22以构成电流通路。该第三电极板22及第二电极板24分别连接导线27、28，用以连接欲保护的电路组件。该高电阻材料层25为一圆管状，环绕于该PTC组件23，其可由电阻约为10⁴欧姆的陶瓷、陶瓷PTC或石墨组成。该绝缘导热层26则介于该高电阻材料层25及PTC组件23之间，其可由导热胶组成，作为导热及电气隔离的用。

在无过电流发生的一般状态下，该过电流保护装置20如图2(b)所示。由于一般PTC组件在常温下的电阻约只有10欧姆，此数值远小于该高电阻材料层25的电阻，故电流将如图2(b)中的箭号所示，流经该导线28、第二电极板24、PTC组件23、第一电极板21、第三电极板22及导线27。

参照图2(c)，当过电流发生时，该PTC组件23的电阻将急速上升，伴随产生的高热使得该PTC组件23迅速膨胀，导致该第一电极板21被向上顶起而与该第三电极板22分离。如此一来，将迫使电流改变流向，转而流经该导线28、高电阻材料层25及导线27。因该高电阻材料层25的电阻值相当大，故可迅速降低电流值。此时电流在该高电阻材料层25产生的热量将经由该绝缘导热层26传导至该PTC组件23，使得该PTC组件23不会在电流断路后因冷却而恢复原状，而一直维持于触发状态直到过电流消失或切断电源为止。本实施例因采取结构上的断路措施，因此不会有漏电流通过该PTC组件23。另外，当流经该高电阻材料层25的过电流消失后，该高电阻材料层25产生的热量随着电流的降低或切断而大幅度减少，造成该PTC组件23将逐渐冷却收缩，可使得该第一电极板21及第三电极板22再度接触而形成通路，而具有重新设定的功能。

图2(d)及图2(e)分别表示该过电流保护装置20在正常操作及触发状态的电路图。在图2(d)中，该PTC组件23与该高电阻材料层25电气并联，因该PTC组件23在低电阻的状态下，电流主要流经该PTC组件23。参照图2(e)，当过电流发生时，该PTC组件23的电阻急速上升，伴随产生的高热使得该PTC组件23迅速膨胀而导致断路，迫使电流改变流向，转而流经该高电阻材料层25。

图3(a)为本实用新型的第二较佳实施例的过电流保护装置的示意图。一过电流保护装置30包含一第一电极板31、一PTC组件32、一第二电极板33、一高电阻材料层34、一第三电极板35及一电极棒38。该第二电极板33及第三电极板35分别连接导线36、37。该电极棒38一端连接于第三电极板35，另一端接触该第一电极板31。参照图3(b)，本实用新型的第二较佳实施例的应用原理近似于第一较佳实施例，同样是利用该PTC组件32膨胀的原理将该电极棒38与该第一电极板31分离，进而迫使电流流经该高电阻材料层34。此时该高电阻材料层34因电流所产生的热量经第二电极板33传导至该PTC组件32，使得该PTC组件32维持在膨胀状态，并使该电极棒38与第一电极板31维持在分离以致阻断电流的触发状态下。当流经该高电阻材料层34的过电流消失后，该高电阻材料层34产生的热量随着电流的降低或切断而大幅度减少，使该PTC组件32因冷却而收缩，造成该电极棒38及第一电极板31回复到原来的接触状态，可使得该导线36、第二电极板33、PTC组件32、第一电极板31、电极棒38、第三电极板35及导线37再度导通而形成通路，重新设定该过电流保护装置30而再度恢复低电阻状态。

本实施例的PTC组件32并非装设于该高电阻材料层34中，而是以平面传导方式快速导热，故反应速度较快。该电极棒38与第一电极板31接触强度可作微调，以达最佳功能。

该过电流保护装置30在正常操作状态及触发状态的电路图，分别显示在图3(c)和图3(d)。在图3(c)中，该PTC组件32与该高电阻材料层34电气并联，因该PTC组件32是在低电阻的状态下，电流主要流经该PTC组件32。参照图3(d)，当过电流发生时，该PTC组件32因温度上升导致断路，迫使电流改变流向，转而流经该高电阻材料层34。

本实用新型的PTC组件亦可利用一对温度敏感的膨胀物质加以取代而同样可达到相同的功效，如以下的实施例所述。

图4(a)为本实用新型的第三较佳实施例的过电流保护装置在触发状态下的示意图，图4(b)则显示图4(a)中沿2-2剖面线的剖面图。一过电流保护组件40包含一高热膨胀系数材料层41、一上电极棒42及一下电极棒43、一高电阻材料层46、一上电极端44、一下电极端45及一绝缘层47。该上电极棒42及该下电极棒43均依附于该高热膨胀系数材料层41。该上电极棒42及该下电极棒43在未发生过电流时，可电气导通相连。该高电阻材料层46与该上、下电极棒42、43电气并联，并分别连接于该上电极端44及下电极端45。该高热膨胀系数材料层41是一圆管状，环绕于该上电极棒42及该下电极棒43。该高热胀系数材料层41可由具有热膨胀及电气绝缘特性的聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)组成，该高电阻材料层46可由陶瓷、陶瓷PTC或石墨组成，并电气连接于上电极端44及下电极端45，而该上电极棒42及下电极棒43可由导电材料如陶瓷、导电高分子或铜、铝、镍等金属制成。因PE及PP的热膨胀系数远较上述电极棒材料的热膨胀系数为大，故当过电流发生时，该上电极棒42及下电极棒43将受高热膨胀系数材料层41的牵引而分离以阻断电流。如此一来，将迫使电流完全流经该上电极端44、高电阻材料层46及下电极端45。因该高电阻材料层46的电阻值相当大，故可迅速降低电流值。此时该高电阻材料层46因电流所产生的热量将传导至该高热胀系数材料层41，使得该高热胀系数材料层41维持在膨胀状态，即该上电极棒42及下电极棒43继续维持在被该高热胀系数材料层41牵引而分离以致阻断电流的触发状态下。当流经该高电阻材料层46的过电流消失后，该高电阻材料层46产生的热量随着电流的降低或切断而大幅度减少，使该高热胀系数材料层41因冷却而收缩，造成该上、下电极棒42及43将逐渐拉回到原来的连接状态，可使得该上电极端44、上电极棒42、下电极棒43及下电极端45再度导通而形成通路，将该过电流保护装置40重新设定，使其再度恢复低电阻状态。

图4(c)是该过电流保护装置40在正常操作状态的电路图，该低电阻的上、下电极棒42和43与该高电阻材料层46电气并联，因该电极棒42和43是在低电阻的状态下，电流主要流经该上、下电极棒42、43。图4(d)是该过电流保护装置40在触发状态下的电路图。当过电流发生时，该上、下电极棒42和43因温度上升导致断路，迫使电流改变流向，转而流经该高电阻材料层46。

事实上，该上、下电极棒42、43亦可利用单一电极棒取代而达到实质等同的效果。图5(a)是本实用新型的第四较佳实施例的过电流保护装置在触发状态的示意图。一过电流保护组件50包含一高热膨胀系数材料层51、一电极棒52、一高电阻材料层56、一上电极端54、一下电极端55及一绝缘层57。图5(b)是该过电流保护组件50在触发状态的电路图，此时该电极棒52将与该上电极端54分离，迫使电流流经该高电阻材料层56。

本实用新型利用一可回复式电阻和一可耐高电压的高电阻，在结构上以并联方式来阻断过电流，通过局部断路确保无漏电流通过可回复式电阻，并以高电阻所产生的热能，确保可回复式电阻的断电状态，故可完全消除可回复式电阻耐电压性不足而毁损的顾虑，而可适用于高电压的工作环境，例如家用的100V或110V，甚至工作电压为600-700V或更高电压的电路组件。

上述的本实用新型的技术包含用电气并联或串联的方式，连结多个组件，而达到所需求的电气性质，以防止过电流和过电压对组件的伤害。

本实用新型的技术内容及技术特点巳公开如上，然而本领域的熟练技术人员仍可能基于本实用新型的教示及揭示而作种种不背离本实用新型的精神的替换及改型。因此，本实用新型的保护范围应不限于实施例所具体描述的内容，而应包括各种不背离本实用新型精神的替换及修饰，并为后附的权利要求定义的范围所覆盖。

Claims (15)

1.一种过电流保护装置，包含：

一第一电极板；

一第二电极板；

一第三电极板，与该第一电极板电气接触而形成一电气通路；

一PTC组件，其两端分别与该第一电极板及该第二电极板连接；及

一高电阻材料层，其两端分别与该第二电极板及该第三电极板连接，且其电阻值高于PTC组件的电阻值，其热膨胀系数小于该PTC组件的热膨胀系数；

其中在未产生过电流时，电流流经由该第二电极板、该PTC组件、第一电极板和第三电极板形成的低电阻电气通路，在过电流产生时，PTC组件产生热膨胀而阻断该第一电极板和该第三电极板间的电气通路，使得电流转而流经由该第二电极板、该高电阻材料层和该第三电极板形成的高电阻电气通路而降低电流值。

2.根据权利要求1所述的过电流保护装置，其中在未发生过电流时，该第一电极板电气接触该第三电极板。

3.根据权利要求2所述的过电流保护装置，其中该第一电极板包含一凸缘，用以电气接触该第三电极板。

4.根据权利要求1所述的过电流保护装置，其中该高电阻材料层包含至少陶瓷、陶瓷PTC及石墨中的一者。

5.根据权利要求1所述的过电流保护装置，其另包含一绝缘导热层，位于该PTC组件及高电阻材料层之间以隔离两者，其中该绝缘导热层由导热胶组成。

6、根据权利要求5所述的过电流保护装置，其中该高电阻材料层通电产生的热能可通过该绝缘导热层传导给该PTC组件使该PTC组件维持在热膨胀状态。

7、根据权利要求1所述的过电流保护装置，其中该高电阻材料层为一圆管状，且环绕于该PTC组件设置。

8、根据权利要求1所述的过电流保护装置，其被应用于工作电压介于100-700伏特的电路组件。

9、根据权利要求1所述的过电流保护装置，另包含一电极棒，其一端连接于该第三电极板，另一端在未发生过电流时电气接触该第一电极板，以与该第三电极板及该第一电极板形成一低电阻电气通路。

10、一种过电流保护装置，包含：

一第一电极端；

一第二电极端；

一高热膨胀系数材料绝缘层；

一上电极棒，其侧面连接于该高热膨胀系数材料绝缘层且上端连接于第一电极端；

一下电极棒，其侧面连接于该高热膨胀系数材料绝缘层且下端连接于第二电极端，且该下电极棒的上端与该上电极棒的下端可分离式连接；及

一高电阻材料层，其两端分别与该第一电极端及第二电极端连接，且其电阻值高于该高热膨胀系数材料绝缘层的电阻值，但其热膨胀系数低于该高热膨胀系数材料绝缘层的热膨胀系数；

其中在未发生过电流时，电流流经由该第一电极端、该上电极棒、该下电极棒和该第二电极端形成的低电阻电气通路；而在过电流发生时，该高热膨胀系数材料绝缘层因热产生膨胀，使得该上电极棒及下电极棒受牵引分离而形成断路，导致电流转而流经由该第一电极端、该高电阻材料层和该第二电极端形成的高电阻电气通路而降低电流值。

11、根据权利要求10所述的过电流保护装置，其中该高电阻材料层与该高热膨胀系数材料绝缘层相连，使高电阻材料层通电产生的热能可传导给该高热膨胀系数材料绝缘层使该高热膨胀系数材料层维持在热膨胀状态。

12、根据权利要求10所述过电流保护装置，其中该高热膨胀系数材料层包含至少聚乙烯及聚丙烯中的一者。

13、根据权利要求10所述过电流保护装置，其中该上电极棒及下电极棒由铜金属制成。

14、一种过电流保护装置，包含：

一第一电极端；

一第二电极端；

一高热膨胀系数材料绝缘层；

一电极棒，其侧面连接于该高热膨胀系数材料绝缘层，且其一端连接于该第一电极端，另一端与该第二电极端可分离式连接；及

一高电阻材料层，其两端分别与该第一电极端及第二电极端连接，且其电阻值高于该高热膨胀系数材料绝缘层的电阻值，但其热膨胀系数低于该高热膨胀系数材料绝缘层的热膨胀系数；

其中在未发生过电流时，电流流经由该第一电极端、该电极棒和该第二电极端形成的低电阻电气通路；而在过电流发生时，该高热膨胀系数材料绝缘层因热产生膨胀，使得该电极棒受牵引与该第二电极端分离而形成断路，导致电流转而流经由该第一电极端、该高电阻材料层和该第二电极端形成的高电阻电气通路而降低电流值。

15、根据权利要求14所述的过电流保护装置，其中该高电阻材料层与该高热膨胀系数材料绝缘层相连，使高电阻材料层通电产生的热能可传导给该高热膨胀系数材料绝缘层使该高热膨胀系数材料层维持在热膨胀状态。

Images