CN2760723Y - 耐高电压的过电流保护装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种耐高电压的过电流保护装置，其包含一第一电极层、一第二电极层及一陶瓷电流感测层。该第一及第二电极层是均匀且连续的结构，以增加其导电性及导热性。该陶瓷电流感测层是设置于该第一及第二电极层之间，其主要是由衬底、掺杂物、导电物及烧结物等混合组成。该耐高电压的过电流保护装置在触发前的电阻小于10欧姆，且其电阻弹升率小于1.3。

Description

耐高电压的过电流保护装置
技术领域
本实用新型涉及一种过电流保护装置，特别是涉及一种耐高电压的过电流保护装置。
背景技术
现有的正温度系数(Positive Temperature Coefficient，PTC)元件的电阻值对温度变化的反应相当敏锐。当PTC元件在正常使用状况时，其电阻可维持极低值，使电路得以正常运行。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或称居里点(Curie point)时，其电阻值会瞬间弹跳至一高电阻状态(例如104ohm以上)，从而将过量的电流反向抵消，以达到保护电池或电路元件的目的。因此，该PTC元件已被整合于各种电路元件中，以防止过电流的损害。
正温度系数元件大致上可分为高分子正温度系数(PolymerPositive Temperature Coefficient，PPTC)元件及陶瓷正温度系数(Ceramic Positive Temperature Coefficient，CPTC)元件两大类。现有的PPTC元件触发(trip)后的电阻不易恢复原始值，即阻抗衰减(resistance hysteresis)特性较差，且不耐高电压。而CPTC元件虽然一般具有耐高电压的特性，且其电阻可恢复至较接近原始值，但因CPTC元件本身的常态电阻较高，故导电性较差，因而限制其应用范围。
另外，一般应用于CPTC元件的电极层是由银粉烧结而成。因银粉烧结后的致密性不佳，使得导电及导热效果并不均匀。再者，因银粉间的结合强度不佳，可能在后续焊接时产生部份熔化的现象。因此，利用银粉作为电极层材料的过电流保护装置的常态电阻较高，而影响其应用范围。
电信系统今日已成为人类日常生活不可或缺的一部份，凡是电话、网络及无线通讯等都是仰赖电信系统进行信号传输。电信系统中大多含有金属等导电体以进行信号输送，故其或有遭受雷击的可能。如上所述，PPTC元件因其不耐高电压，故不适合使用于此类高电压的场合。然而，CPTC元件则因其本身的高常态电阻，也不适合使用于电信系统以提供过电流发生时的保护。
换言之，目前市场上迫切需要一种耐高压、易恢复原始值(resettable)且具常态电阻的过电流保护装置。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种耐高电压的过电流保护装置，其同时具有低常态电阻且耐高电压、高电流的特性，而可供高电压场合应用。
本实用新型的耐高电压的过电流保护装置包含一第一电极层、一第二电极层及一陶瓷电流感测层。该第一及第二电极层是均匀且连续的结构，以增加其导电性及导热性。该陶瓷电流感测层是设置于该第一及第二电极层之间，其主要是由衬底(basic matrix)、掺杂物(doping material)、导电物(conductor)及烧结物(sinteringmaterial)等混合组成。该耐高电压的过电流保护装置在触发前的电阻小于10欧姆，且其电阻弹升率(resistance jumping ratio)小于1.3。
该陶瓷电流感测层可采用钛酸钡(BaTiO3)为衬底，以锶(Sr)、铅(Pb)、铍(Be)、钙(Ca)或硒(Se)为掺杂物，以钛(Ti)、锆(Zr)、铌(Nb)或钽(Ta)等的碳化物(carbide)或硅化物(silicide)为导电物，并采用硅(Si)、钛(Ti)或锗(Ge)为烧结物。
本实用新型的耐高电压的过电流保护装置可承受约800V的电压及50安培的电流而不致烧毁，因而非常适用于高电压场合的应用。
附图说明
图1是本实用新型的耐高电压的过电流保护装置的示意图；
图2是本实用新型的耐高电压的过电流保护装置制作流程图。
具体实施方式
图1是本实用新型的耐高电压的过电流保护装置的示意图，该耐高电压的过电流保护装置10包含一第一电极层11、一第二电极层12及一陶瓷电流感测层13。该第一及第二电极层11、12为一连续且均匀的结构，其材料可选用镍-磷(Ni-P)合金、银(Ag)、铝(Al)、金(Au)、镓-碘(Ga-I)合金及锌-银(Zn-Ag)合金等。该陶瓷电流感测层13设置在该第一电极层11及第二电极层12之间，而形成一类似三明治的结构。在本实施例中，该耐高电压的过电流保护装置10的厚度小于2.5mm，面积小于200mm2。
表1示例该第一及第二电极层11、12的选用材料及其披覆在该陶瓷电流感测层13的方法。通过选用表1中的电极材料搭配其所对应的披覆方法可形成均匀且连续的第一及第二电极层11、12，从而具有优良的导电性及导热性，进而可降低该耐高电压的过电流保护装置10整体的电阻值。
               表1
    电极材料     形成方法
    镍-磷合金、银     电镀
    铝、金     电浆或火焰喷布
    镓-碘合金     超声波焊枪
    锌-银合金     厚膜网印
本实用新型的陶瓷电流感测层13主要是由衬底、掺杂物、导电物及烧结物四大部份混合组成，其中该掺杂物可调整材料的居里点，该导电物用于导电，该烧结物则作为调整烧结温度用。本实施例的陶瓷电流感测层13是采用钛酸钡为衬底，以锶、铅、铍、钙或硒为掺杂物，以钛、锆、铌或钽等的碳化物或硅化物为导电物，及采用硅、钛或锗为烧结物，其材料组成归纳如表2所示。
                 表2
材料 化学成份
衬底 钛酸钡
掺杂物 锶、铅、铍、钙、硒
导电物 钛、锆、铌、钽的碳化物或硅化物
烧结物 硅、钛、锗
图2显示本实用新型的耐高电压的过电流保护装置10的制作流程。首先将表2的材料研磨成粉末，并在模子中压制成形。之后，经烧结结合形成该陶瓷电流感测层13。接着，将该陶瓷电流感测层13利用表1所示的方法披覆第一及第二电极层11、12，从而形成该耐高电压的过电流保护装置10。
本实用新型的耐高电压的过电流保护装置10在600V的测试电压下，当电流增至50安培时，其并无烧毁的现象发生。当电流增至60安培时，该耐高电压的过电流保护装置10中的陶瓷电流感测层13仅发生裂痕，但仍无烧毁现象发生。在同样的600V及60安培的测试条件下，以PPTC制作的过电流保护装置已烧毁，显而易见本实用新型的耐高电压的过电流保护装置10可承受高电压、高电流的负载，却不易毁损，因此特别适合应用于高电压的场合。该耐高电压的过电流保护装置10另经测试，其在电压提高至800V，且电流增至50安培时仍可正常工作，并无烧毁现象发生。
表3显示以CPTC制成的耐高电压的过电流保护装置10与传统的以PPTC制成的过电流保护装置的电阻弹升率的测试结果。若电阻弹升率为1，即表示电阻经触发后仍可恢复原阻值；若为1.1，表示经触发且恢复后，其电阻为原阻值1.1倍。表3中的测试条件是符合BELLCORE1089规范，在同样600V的电压下，该耐高电压的过电流保护装置10分别以1安培电流通电1秒钟并重复60次、以2.2安培电流通电1秒钟，及以3安培电流通电1秒钟进行测试，其电阻弹升率分别为0.92、1.047及1.158，均小于1.3。于同样测试条件下，以PPTC制成的过电流保护装置的电阻弹升率则分别为1.008、1.479及1.516，显而已见本实用新型可大幅度改善电阻弹升率的效果。
                                  表3
材料                               测试条件
   600V/1A1秒/60次     600V/2.2A1秒/1次    600V/3A1秒/1次
本实用新型    0.92     1.047    1.158
PPTC    1.008     1.479    1.516
本实用新型的耐高电压的过电流保护装置10经测试，其触发前的常态电阻约介于6至10欧姆之间，而其居里点小于85℃。由此可见，本实用新型的耐高电压的过电流保护装置10不仅具有优良的电阻弹升率，且由于其耐高电压及低常态电阻的特性，非常适合于电信传输或其它高电压场合的应用。
本实用新型的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域的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揭示的内容，而应包括各种不背离本实用新型的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种耐高电压的过电流保护装置，其特征在于所述耐高电压的过电流保护装置包含：一第一电极层，其为均匀且连续的结构；一第二电极层，其为均匀且连续的结构；一陶瓷电流感测层，以物理性接触设置于该第一及第二电极层之间，从而形成三明治层叠结构，其包含衬底、掺杂物、导电物及烧结物；且该耐高电压的过电流保护装置具有以下特性：
(a)在触发前的常态电阻小于10欧姆；
(b)电阻弹升率小于1.3；
(c)厚度小于2.5mm。
2.如权利要求1所述的耐高电压的过电流保护装置，其特征在于其面积小于200mm2。
3.如权利要求1所述的耐高电压的过电流保护装置，其特征在于其居里点小于85℃。
4.如权利要求1所述的耐高电压的过电流保护装置，其特征在于所述衬底是由钛酸钡组成。
5.如权利要求1所述的耐高电压的过电流保护装置，其特征在于所述掺杂物是选自锶、铅、铍、钙及硒中的一种。
6.如权利要求1所述的耐高电压的过电流保护装置，其特征在于所述导电物是选自钛、锆、铌及钽中之一的碳化物。
7.如权利要求1所述的耐高电压的过电流保护装置，其特征在于所述导电物是选自钛、锆、铌及钽中之一的硅化物。
8.如权利要求1所述的耐高电压的过电流保护装置，其特征在于所述烧结物是选自硅、钛及锗中的一种。
9.如权利要求1所述的耐高电压的过电流保护装置，其特征在于所述第一及第二电极层是采用镍-磷合金、银、铝、金、镓-碘合金及锌-银合金中的一种。
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