TW202312191A - 複合式電路保護裝置 - Google Patents
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Abstract
一種複合式電路保護裝置包含一第一壓敏電阻器、一電阻單元及多個導電引線。該電阻單元包括一第一正溫度係數(PTC)元件及一第二壓敏電阻器。該等導電引線分別連接於該第一PTC元件、該第一壓敏電阻器及該第二壓敏電阻器。該第二壓敏電阻器與該第一PTC元件以串聯方式電連接，該第一壓敏電阻器與該電阻單元以並聯方式電連接，且該第一壓敏電阻器在1 mA下量測的壓敏電壓大於該第二壓敏電阻器在1 mA下量測的壓敏電壓。本發明複合式電路保護裝置具有優異的耐受性及可靠性，在過電流及過電壓存在下，可保護壓敏電阻器免於燒燬。
Description
本發明是有關於一種電路保護裝置，特別是指一種複合式電路保護裝置。
美國專利US 8,508,328 B1記載一種插入式的聚合物正溫度係數(polymer positive temperature coefficient, PPTC)過電流(over-current)保護裝置，該PPTC過電流保護裝置包含第一電極、第二電極、焊料(solder material)、連結該等電極的導電引線及層壓在該等電極間的PTC聚合物基材。該PTC聚合物基材形成至少一孔洞，該孔洞具有能容納該PTC聚合物基材在溫度升高時之熱膨脹的有效體積。
電氣特性[例如工作電流(operating current)和高壓突波耐受性(high-voltage surge endurability)]是影響在PPTC過電流保護裝置中發生電力突波(power surge)的重要因素。當增加該PTC聚合物基材的面積以增加該PPTC過電流保護裝置的工作電流時，其更容易受到電力突波的損害。
雖然一壓敏電阻器(voltage-dependent resistor, VDR，或varistor)可與該PPTC過電流保護裝置結合以對於組合得到的複合式電路保護裝置賦予過電流及過電壓(over-voltage)保護，但是VDR仍只能短暫承受電力突波(例如0.001秒)。也就是說，若突波時間區間超過一截止時間區間，VDR即會因為過電流及過電壓而燒燬或損壞，造成複合式電路保護裝置永久喪失功能。
因此，本發明之目的，即在提供一種複合式電路保護裝置，可以克服上述先前技術的至少一個缺點。
於是，本發明的複合式電路保護裝置包含一第一壓敏電阻器、一電阻單元及多個導電引線。該電阻單元包括一第一正溫度係數(positive temperature coefficient, PTC)元件及一第二壓敏電阻器。該等導電引線分別連接於該第一PTC元件、該第一壓敏電阻器及該第二壓敏電阻器。該第二壓敏電阻器與該第一PTC元件以串聯方式電連接，該第一壓敏電阻器與該電阻單元以並聯方式電連接，且該第一壓敏電阻器在1 mA下量測的壓敏電壓大於該第二壓敏電阻器在1 mA下量測的壓敏電壓。
本發明之功效在於：本發明複合式電路保護裝置具有優異的耐受性及可靠性，在過電流及過電壓存在下，可保護壓敏電阻器免於燒燬。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1及圖2，本發明用於保護一電路裝置A的複合式電路保護裝置之第一實施例包含一第一壓敏電阻器2、一電阻單元及多個導電引線8。該電阻單元包括一第一正溫度係數(PTC)元件1及一第二壓敏電阻器3。該等導電引線8分別連接於該第一PTC元件1、該第一壓敏電阻器2及該第二壓敏電阻器3。該第二壓敏電阻器3與該第一PTC元件1以串聯方式電連接；該第一壓敏電阻器2與該電阻單元以並聯方式電連接。該第一壓敏電阻器2在1 mA下量測的壓敏電壓(varistor voltage)大於該第二壓敏電阻器3在1 mA下量測的壓敏電壓。
在本發明的某些具體實施例中，該第一PTC元件1包括一具有兩個相反表面101, 102的PTC層10，及分別設置在該PTC層10的兩個相反表面101, 102的第一電極層11及第二電極層12。在本實施例中，該第一電極層11及該第二電極層12藉由一焊料分別連接至該PTC層10的兩個相反表面101, 102。該第一電極層11及該第二電極層12各自具有一周緣。該第一壓敏電阻器2包括一第一具有兩個相反表面201, 202的壓敏電阻器層20，及分別設置在該第一壓敏電阻器層20的兩個相反表面201, 202的第三電極層21及第四電極層22。在本實施例中，該第三電極層21及該第四電極層22藉由一焊料分別連接至該第一壓敏電阻器層20的兩個相反表面201, 202。該第三電極層21及該第四電極層22各自具有一周緣。該第二壓敏電阻器層3包括一具有兩個相反表面301, 302的第二壓敏電阻器層30；一設置在該第二壓敏電阻器層30的兩個相反表面301, 302之一者的第五電極層31(在圖2中，該第五電極層31設置在該表面301)，該第五電極層31連接於該第一PTC元件1的第二電極層12；及一設置在該第二壓敏電阻器層30的兩個相反表面301, 302之另一者的第六電極層32，該第六電極層32連接於該第一壓敏電阻器2的第三電極層21。在本實施例中，該第五電極層31及該第六電極層32藉由一焊料分別連接至該第二壓敏電阻器層30的兩個相反表面301, 302。該第五電極層31及該第六電極層32各自具有一周緣。該等導電引線8包括一第一導電引線81、一第二導電引線82及一第三導電引線83。該第一導電引線81藉由一焊料連接於該第一壓敏電阻器2的第四電極層22，該第二導電引線82藉由一焊料設置在該第一壓敏電阻器2的第三電極層21與該第二壓敏電阻器3的第六電極層32之間，該第三導電引線83藉由一焊料連接於該第一PTC元件1的第一電極層11。該第一導電引線81、該第二導電引線82及該第三導電引線83各自沿著其對應連接的表面的方向延伸。
在本發明的某些具體實施例中，該第一PTC元件1的第一電極層11及第二電極層12各自具有一實質上平行且對應於該兩個相反表面101, 102的電極表面。每一電極表面的表面積不大於90%該第一電極層11及該第二電極層12設置在該PTC層1的兩個相反表面101, 102之對應一者的表面積。
在本發明的某些具體實施例中，該第一壓敏電阻器2的第三電極層21及第四電極層22各自具有一實質上平行且對應於該兩個相反表面201, 202的電極表面。每一電極表面的表面積不大於90%該第三電極層21及該第四電極層22設置在該第一壓敏電阻器層2的兩個相反表面201, 202之對應一者的表面積。
在本發明的某些具體實施例中，該第二壓敏電阻器3的第五電極層31及第六電極層32各自具有一實質上平行且對應於該兩個相反表面301, 302的電極表面。每一電極表面的表面積不大於90%該第五電極層31及該第六電極層32設置在該第二壓敏電阻器層3的兩個相反表面301, 302之對應一者的表面積。
在本發明的某些具體實施例中，該第一壓敏電阻器2在1 mA下量測的壓敏電壓大於110%該第二壓敏電阻器3在1 mA下量測的壓敏電壓。該第一壓敏電阻器2在1 mA下量測的壓敏電壓大於119%該第二壓敏電阻器3在1 mA下量測的壓敏電壓。
在本發明的某些具體實施例中，該第一PTC元件1是聚合物PTC (PPTC)元件，該PTC層10是聚合物PTC層。在本實施例中，該第一PTC元件1處於一過電流或一過電壓下而在該第一壓敏電阻器2及該第二壓敏電阻器3之一者燒燬之前跳脫。在本發明的某些具體實施例中，該第一PTC元件1處於一過電流或一過電壓下而在10 μs至10 s之內跳脫。在本發明的某些具體實施例中，該第一PTC元件1處於一不小於0.5 A的過電流或一大於該第一壓敏電阻器2及該第二壓敏電阻器3的壓敏電壓之過電壓下而在1 ms至10 s之內跳脫。在本發明的某些具體實施例中，該第一PTC元件1處於一不小於10 A的過電流或一大於該第一壓敏電阻器2及該第二壓敏電阻器3的壓敏電壓之過電壓下而在1 ms至1 s之內跳脫。
在本發明的某些具體實施例中，該第一PTC元件1形成有至少一孔洞13(參閱圖2)。該孔洞13形成在該PTC層10中。該第一PTC元件1的PTC層10具有一周緣103，該周緣103定義該PTC層10的邊界並與該PTC層10的兩個相反表面101, 102互連。該孔洞13與該PTC層10的周緣103相間隔，且具有能容納該第一PTC層10在溫度升高時之熱膨脹的有效體積，以避免該PTC層10發生不欲的結構變形，進而可能不利於該PTC層10的電氣特性(例如工作電流和高壓突波耐受性)。在本發明的某些具體實施例中，該孔洞13貫穿該PTC層10的兩個相反表面101, 102中的至少其中一者。在本發明的某些具體實施例中，該孔洞13還貫穿該第一電極層11及該第二電極層12中的至少其中一者。在本實施例中，該孔洞13貫穿該PTC層10的兩個相反表面101, 102及該第一電極層11、該第二電極層12，以形成一穿孔。在本發明的某些具體實施例中，該孔洞13沿著一穿過該第一PTC元件1的幾何中心且橫過該兩個相反表面101, 102的線延伸。該孔洞13是由一孔洞定義壁所定義，該孔洞定義壁具有平行於該PTC層10的兩個相反表面101, 102之橫截面。該孔洞定義壁的橫截面可為圓形、方形、橢圓形、三角形、十字形等。
在本發明的某些具體實施例中，該第一壓敏電阻器2形成有至少一孔洞23(參閱圖2)。該孔洞23形成在該第一壓敏電阻器層20中。該第一壓敏電阻器2的第一壓敏電阻器層20具有一周緣203，該周緣203定義該第一壓敏電阻器層20的邊界並與該第一壓敏電阻器層20的兩個相反表面201, 202互連。該孔洞23與該第一壓敏電阻器層20的周緣203相間隔，且具有能容納該第一壓敏電阻器層20在溫度升高時之熱膨脹的有效體積，以避免該第一壓敏電阻器層20發生不欲的結構變形，進而可能不利於該第一壓敏電阻器層20的電氣特性。在本發明的某些具體實施例中，該孔洞23貫穿該第一壓敏電阻器層20的兩個相反表面201, 202中的至少其中一者。在本發明的某些具體實施例中，該孔洞23還貫穿該第三電極層21及該第四電極層22中的至少其中一者。在本實施例中，該孔洞23貫穿該第一壓敏電阻器層20的兩個相反表面201, 202及該第三電極層21、該第四電極層22，以形成一穿孔。在本發明的某些具體實施例中，該孔洞23沿著一穿過該第一壓敏電阻器2的幾何中心且橫過該兩個相反表面201, 202的線延伸。該孔洞23是由一孔洞定義壁所定義，該孔洞定義壁具有平行於該第一壓敏電阻器層20的兩個相反表面201, 202之橫截面。該孔洞定義壁的橫截面可為圓形、方形、橢圓形、三角形、十字形等。
在本發明的某些具體實施例中，該第二壓敏電阻器3形成有至少一孔洞33(參閱圖2)。該孔洞33形成在該第二壓敏電阻器層30中。該第二壓敏電阻器3的第二壓敏電阻器層30具有一周緣303，該周緣303定義該第二壓敏電阻器層30的邊界並與該第二壓敏電阻器層30的兩個相反表面301, 302互連。該孔洞33與該第二壓敏電阻器層30的周緣303相間隔，且具有能容納該第二壓敏電阻器層30在溫度升高時之熱膨脹的有效體積，以避免該第二壓敏電阻器層30發生不欲的結構變形，進而可能不利於該第二壓敏電阻器層30的電氣特性。在本發明的某些具體實施例中，該孔洞33貫穿該第二壓敏電阻器層30的兩個相反表面301, 302中的至少其中一者。在本發明的某些具體實施例中，該孔洞33還貫穿該第五電極層31及該第六電極層32中的至少其中一者。在本實施例中，該孔洞33貫穿該第二壓敏電阻器層30的兩個相反表面301, 302及該第五電極層31、該第六電極層32，以形成一穿孔。在本發明的某些具體實施例中，該孔洞33沿著一穿過該第二壓敏電阻器3的幾何中心且橫過該兩個相反表面301, 302的線延伸。該孔洞33是由一孔洞定義壁所定義，該孔洞定義壁具有平行於該第二壓敏電阻器層30的兩個相反表面301, 302之橫截面。該孔洞定義壁的橫截面可為圓形、方形、橢圓形、三角形、十字形等。
根據本發明，該第一PTC元件1的PTC層10包括PTC基材及分散在該PTC基材中的導電填料。該PTC基材可由含有非接枝的烯烴系聚合物(non-grafted olefin-based polymer)的聚合物組成物所製得。在本發明的某些具體實施例中，該非接枝的烯烴系聚合物可為但不限於高密度聚乙烯(HDPE)。在本發明的某些具體實施例中，該聚合物組成物還包括經接枝的烯烴系聚合物(grafted olefin-based polymer)。在本發明的某些具體實施例中，該經接枝的烯烴系聚合物可為但不限於經羧酸酐接枝的烯烴系聚合物(例如經馬來酸酐接枝的烯烴系聚合物)。本發明適用的導電填料是選自於碳黑(carbon black)粉末、金屬粉末、導電陶瓷粉末或前述的組合，但不限於此。
在本發明的某些具體實施例中，該第一壓敏電阻器2包括金屬氧化物。在本發明的某些具體實施例中，該第二壓敏電阻器3包括金屬氧化物。在本發明的某些具體實施例中，該第一壓敏電阻器2及該第二壓敏電阻器3可為金屬氧化物壓敏電阻器(metal-oxide varistor)
參閱圖3，本發明的複合式電路保護裝置之第二實施例與第一實施例相似，差異之處在於第二實施例還包含一封裝材7，該封裝材7包裝該第一PTC元件1、該第一壓敏電阻器2、該第二壓敏電阻器3、一部分該第一導電引線81、一部分該第二導電引線82及一部分該第三導電引線83。在本發明的某些具體實施例中，該封裝材7是由環氧樹脂所製得。
參閱圖4及圖5，本發明的複合式電路保護裝置之第三實施例與第一實施例相似，差異之處在於第三實施例還包含一第二PTC元件4，該第一壓敏電阻器、該電阻單元及該第二PTC元件連接至同一節點。在本實施例中，該第二PTC元件4與該電路裝置A以串聯方式電連接。該第二PTC元件4包括一具有兩個相反表面401, 402的第二PTC層40，及分別設置在該第二PTC層40的兩個相反表面401, 402的第七電極層41及第八電極層42。在本實施例中，該第七電極層41及該第八電極層42藉由一焊料分別連接至該第二PTC層40的兩個相反表面401, 402。該第七電極層41及該第八電極層42各自具有一周緣。該等導電引線8還包括一第四導電引線84，該第四導電引線84藉由一焊料連接於該第二PTC元件4的第八電極層42。該第一導電引線81藉由一焊料設置在該第一壓敏電阻器2的第四電極層22與該第二PTC元件4的第七電極層41。該第四導電引線84沿著其連接的第八電極層42的表面的方向延伸。在本發明的某些具體實施例中，該第二PTC元件4形成有至少一孔洞(圖未示)。在本發明的某些具體實施例中，該第二PTC元件4的第七電極層41及第八電極層42各自具有一實質上平行且對應於該兩個相反表面401, 402的電極表面。每一電極表面的表面積不大於90%該第七電極層41及該第八電極層42設置在該第二PTC層40的兩個相反表面401, 402之對應一者的表面積。
參閱圖6及圖7，本發明的複合式電路保護裝置之第四實施例與第一實施例相似，差異之處在於第四實施例還包含一第三壓敏電阻器5，該第三壓敏電阻器5與該第一壓敏電阻器2以並聯方式電連接。在本實施例中，該第三壓敏電阻器5與該電路裝置A以並聯方式電連接。該第三壓敏電阻器5包括一具有兩個相反表面501, 502的第三壓敏電阻器層50，及分別設置在該第三壓敏電阻器層50的兩個相反表面501, 502的第九電極層51及第十電極層52。在本實施例中，該第九電極層51及該第十電極層52藉由一焊料分別連接至該第三壓敏電阻器層50的兩個相反表面501, 502。該第九電極層51及該第十電極層52各自具有一周緣。該等導電引線8還包括一第五導電引線85，該第五導電引線85藉由一焊料連接於該第三壓敏電阻器5的第十電極層52。該第一導電引線81藉由一焊料設置在該第一壓敏電阻器2的第四電極層22與該第三壓敏電阻器5的第九電極層51。該第五導電引線85沿著其連接的第十電極層52的表面的方向延伸。在本發明的某些具體實施例中，該第三壓敏電阻器5形成有至少一孔洞(圖未示)。在本發明的某些具體實施例中，該第三壓敏電阻器5的第九電極層51及第十電極層52各自具有一實質上平行且對應於該兩個相反表面501, 502的電極表面。每一電極表面的表面積不大於90%該第九電極層51及該第十電極層52設置在該第三壓敏電阻器層50的兩個相反表面501, 502之對應一者的表面積。
本發明將就以下實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該等實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。
實施例
＜實施例1 (E1)
＞
將10 g HDPE(購自台灣塑膠工業股份有限公司，產品型號：HDPE9002)作為非接枝的烯烴系聚合物、10 g經馬來酸酐接枝的HDPE(購自杜邦公司，產品型號：MB100D)作為經羧酸酐接枝的烯烴系聚合物、15 g碳黑粉末(購自Columbian Chemicals公司，產品型號：Raven 430UB)作為導電填料及15 g氫氧化鎂(購自Martin Marietta Magnesia Specialties公司，產品型號：MagChem® MH 10)在一混煉機(廠牌：Brabender)中混合，以溫度為200℃、攪拌轉速為30 rpm的條件混合配料10 min，以得到一配料混合物。
將上述得到的配料混合物置於模具中，以熱壓溫度為200℃及熱壓壓力為80 kg/cm
2的條件進行熱壓4 min，以形成一PTC聚合物層薄片。將PTC聚合物層薄片從模具中取出後置於兩片銅箔(分別作為第一電極層11及第二電極層12)之間，並在200℃及80 kg/cm
2下進行熱壓4 min，以形成厚度為2.2 mm的PPTC層合體。再將該PPTC層合體裁切成多個直徑為14.5 mm的圓形(面積約為165.1 mm
2)小片(chip，下稱PPTC小片)。將PPTC小片進行蝕刻處理以移除部分該第一電極層11及該第二電極層12的周緣，使每一第一電極層11及每一第二電極層12形成直徑為13.7 mm的圓形(面積約為147.4 mm
2)電極層，再用Co-60 γ射線以總輻射劑量150 kGy照射每一小片(作為第一PTC元件1)。
一圓形的第二金屬氧化物壓敏電阻器(metal-oxide varistor，作為第二壓敏電阻器3，購自Ceramate Technical公司，產品型號：20D361K，直徑為20.0 mm，面積約為314.2 mm
2，下稱MOV-2)包括一第二壓敏電阻器層30及兩個電極層(分別作為第五電極層31及第六電極層32)，該等電極層分別連接該第二壓敏電阻器層30的兩個相反表面。將該MOV-2進行蝕刻處理以移除部分該等電極層的周緣，使每一第五電極層31及每一第六電極層32形成直徑為18.9 mm(面積約為280.6 mm
2)的圓形電極層。再將該MOV-2的第五電極層31焊接在上述PPTC小片的其中一片銅箔(第二電極層12)上，接著焊接一第三導電引線83至該PPTC小片的另一片銅箔(第一電極層11)上，並焊接一第二導電引線82至該第六電極層32上。一圓形的第一金屬氧化物壓敏電阻器(作為第一壓敏電阻器2，購自Ceramate Technical公司，產品型號：20D431K，直徑為20.0 mm，面積約為314.2 mm
2，下稱MOV-1)包括一第一壓敏電阻器層20及兩個電極層(分別作為第三電極層21及第四電極層22)，該等電極層分別連接該第一壓敏電阻器層20的兩個相反表面。將該MOV-1進行蝕刻處理以移除部分該等電極層的周緣，使每一第三電極層21及每一第四電極層22形成直徑為18.9 mm(面積約為280.6 mm
2)的圓形電極層。再將該第三電極層21焊接在上述第二導電引線82及第六電極層32上，並焊接一第一導電引線81至該第四電極層22上，以形成如圖2所示的複合式電路保護裝置。如圖1所示，在E1中，該MOV-2與該PPTC小片以串聯方式電連接，以形成一電阻單元；該MOV-1與該電阻單元以並聯方式電連接(使該第一導電引線81與該第三導電引線83直接電連接)。
根據Underwriter Laboratories公司對於熱敏電阻類型的裝置(thermistor-type device)的安全標準UL 1434測量每一片PPTC小片的保持電流(hold current，即正常操作時的最大電流值)、跳脫電流(trip current，即PPTC元件達到高電阻狀態所需的最小電流值)、額定電壓(rated voltage，即PPTC元件工作時適用的電壓)及耐受電壓(withstand voltage，即不會造成PPTC元件故障或損壞的最大電壓)。此外，根據Underwriter Laboratories公司對於瞬間電壓突波抑制器(transient voltage surge suppressor)的安全標準UL 1449測量MOV元件的壓敏電壓(即MOV觸發工作的電壓)及箝制電壓(clamping voltage，即MOV可提供限制的最大電壓)。PPTC小片及MOV-1、MOV-2的性質測量結果分別如表1及表2所示。
【表1】
【表2】
a：在1 mA下量測。
b：在脈波波形(t
p) 8/20 μs及脈波電流(I
p) 50 A下量測。
c：在脈波波形(t
p) 8/20 μs下量測。
| 保持電流 | 跳脫電流 | 額定電壓 | 耐受電壓 | |
| PPTC小片 | 0.08 A | 0.16 A | 250 V | 250 V |
| 壓敏電壓 a | 箝制電壓 b | 最高尖峰電流 c | |
| MOV-1 | 431 V | 710 V | 6500 A |
| MOV-2 | 360 V | 595 V | 6500 A |
＜實施例2 (E2)
＞
E2的複合式電路保護裝置的結構與E1相似，差異之處在於該MOV-1形成有一圓形穿孔(直徑為1.5 mm，圓面積為1.77 mm
2) (如表3所示)。
＜實施例3 (E3)
＞
E3的複合式電路保護裝置的結構與E1相似，差異之處在於該MOV-2形成有一圓形穿孔(直徑為1.5 mm，圓面積為1.77 mm
2) (如表3所示)。
＜實施例4 (E4)
＞
E4的複合式電路保護裝置的結構與E2相似，差異之處在於該MOV-2形成有一圓形穿孔(直徑為1.5 mm，圓面積為1.77 mm
2) (如表3所示)。
＜實施例5
至8 (E5-E8)
＞
E5-E8的複合式電路保護裝置的結構分別與E1-E4相似，差異之處在於該PPTC小片形成有一圓形穿孔(直徑為1.5 mm，圓面積為1.77 mm
2) (如表3所示)。
＜比較例1
至2 (CE1-CE2)
＞
CE1及CE2的電路保護裝置分別為E1及E2中所使用的MOV-1 (如表3所示)。
＜比較例3
至4 (CE3-CE4)
＞
CE3及CE3的電路保護裝置分別為E1及E3中所使用的MOV-2 (如表3所示)。
＜比較例5
至8 (CE5-CE8)
＞
CE5-CE8的複合式電路保護裝置的製程條件分別與E1、E5、E2及E6相似，差異之處在於CE5-CE8中不含MOV-2，且該MOV-1是設置在該第二壓敏電阻器3的位置(即在CE5-CE8中，該MOV-1與該PPTC小片以串聯方式電連接) (如表3所示)。
＜比較例9
至12 (CE9-CE12)
＞
CE9-CE12的複合式電路保護裝置的製程條件分別與E1、E5、E3及E7相似，差異之處在於CE9-CE12中不含MOV-1(即在CE9-CE12中，該MOV-2與該PPTC小片以串聯方式電連接) (如表3所示)。
＜比較例13
至20 (CE13-CE20)
＞
CE13-CE20的複合式電路保護裝置的製程條件分別與E1、E3、E2、E4、E5、E7、E6及E8相似，差異之處在於CE13-CE20中該MOV-1是設置在該第二壓敏電阻器3的位置，且該MOV-2是設置在該第一壓敏電阻器2的位置(即在CE13-CE20中，該MOV-1與該PPTC小片以串聯方式電連接，以形成一電阻單元；該MOV-2與該電阻單元以並聯方式電連接) (如表3所示)。
E1-E8及CE1-CE20的(複合式)電路保護裝置的結構統整如表3所示。
【表3】
「--」表示無此元件。
| (複合式)電路保護裝置 | ||||||
| 第一壓敏電阻器 | 第二壓敏電阻器 | PPTC小片 | ||||
| 孔洞 | 孔洞 | 孔洞 | ||||
| E1 | MOV-1 | -- | MOV-2 | -- | 有 | -- |
| E2 | MOV-1 | 有 | MOV-2 | -- | 有 | -- |
| E3 | MOV-1 | -- | MOV-2 | 有 | 有 | -- |
| E4 | MOV-1 | 有 | MOV-2 | 有 | 有 | -- |
| E5 | MOV-1 | -- | MOV-2 | -- | 有 | 有 |
| E6 | MOV-1 | 有 | MOV-2 | -- | 有 | 有 |
| E7 | MOV-1 | -- | MOV-2 | 有 | 有 | 有 |
| E8 | MOV-1 | 有 | MOV-2 | 有 | 有 | 有 |
| CE1 | MOV-1 | -- | -- | -- | -- | -- |
| CE2 | MOV-1 | 有 | -- | -- | -- | -- |
| CE3 | MOV-2 | -- | -- | -- | -- | -- |
| CE4 | MOV-2 | 有 | -- | -- | -- | -- |
| CE5 | -- | -- | MOV-1 | -- | 有 | -- |
| CE6 | -- | -- | MOV-1 | -- | 有 | 有 |
| CE7 | -- | -- | MOV-1 | 有 | 有 | -- |
| CE8 | -- | -- | MOV-1 | 有 | 有 | 有 |
| CE9 | -- | -- | MOV-2 | -- | 有 | -- |
| CE10 | -- | -- | MOV-2 | -- | 有 | 有 |
| CE11 | -- | -- | MOV-2 | 有 | 有 | -- |
| CE12 | -- | -- | MOV-2 | 有 | 有 | 有 |
| CE13 | MOV-2 | -- | MOV-1 | -- | 有 | -- |
| CE14 | MOV-2 | 有 | MOV-1 | -- | 有 | -- |
| CE15 | MOV-2 | -- | MOV-1 | 有 | 有 | -- |
| CE16 | MOV-2 | 有 | MOV-1 | 有 | 有 | -- |
| CE17 | MOV-2 | -- | MOV-1 | -- | 有 | 有 |
| CE18 | MOV-2 | 有 | MOV-1 | -- | 有 | 有 |
| CE19 | MOV-2 | -- | MOV-1 | 有 | 有 | 有 |
| CE20 | MOV-2 | 有 | MOV-1 | 有 | 有 | 有 |
性能測試
[
高電流脈衝測試
(High current impulse test)]
對於E1-E8與CE1-CE20的(複合式)電路保護裝置各取10個作為測試樣品，進行高電流脈衝測試。
高電流脈衝測試是使用多脈衝產生器(multiple impulse generator，購自EMC PARTNER公司，型號：MIG0624LP1)在25℃下施予大於該MOV-1及該MOV-2的壓敏電壓(600 V
dc、650 V
dc、700 V
dc及750 V
dc)及該PPTC小片的過電流(6500 A)，在脈波波形(t
p) 8/20 μs下測試樣品。測試結果分別如表4所示。
【表4】
| 600 V 6500 A | 650 V 6500 A | 700 V 6500 A | 750 V 6500 A | |
| E1 | 通過 | 通過 | 通過 | 通過 |
| E2 | 通過 | 通過 | 通過 | 通過 |
| E3 | 通過 | 通過 | 通過 | 通過 |
| E4 | 通過 | 通過 | 通過 | 通過 |
| E5 | 通過 | 通過 | 通過 | 通過 |
| E6 | 通過 | 通過 | 通過 | 通過 |
| E7 | 通過 | 通過 | 通過 | 通過 |
| E8 | 通過 | 通過 | 通過 | 通過 |
| CE1 | 通過 | 通過 | 通過 | MOV-1燒燬 |
| CE2 | 通過 | 通過 | 通過 | MOV-1燒燬 |
| CE3 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 |
| CE4 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 |
| CE5 | 通過 | 通過 | 通過 | MOV-1燒燬 |
| CE6 | 通過 | 通過 | 通過 | MOV-1燒燬 |
| CE7 | 通過 | 通過 | 通過 | MOV-1燒燬 |
| CE8 | 通過 | 通過 | 通過 | MOV-1燒燬 |
| CE9 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 |
| CE10 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 |
| CE11 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 |
| CE12 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 |
| CE13 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 | MOV-1燒燬 |
| CE14 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 | MOV-1燒燬 |
| CE15 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 | MOV-1燒燬 |
| CE16 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 | MOV-1燒燬 |
| CE17 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 | MOV-1燒燬 |
| CE18 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 | MOV-1燒燬 |
| CE19 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 | MOV-1燒燬 |
| CE20 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 | MOV-2燒燬 | MOV-1燒燬 |
表4結果顯示，CE1-CE2只含有該MOV-1的測試樣品處於6500 A之過電流和750 V之過電壓(大於該MOV-1的箝制電壓710 V)下燒燬，且該損壞無法修復。CE3-CE4只含有該MOV-2的測試樣品處於6500 A之過電流和過電壓(大於該MOV-2的箝制電壓595 V)下燒燬。CE5-CE12只含有該PPTC小片及該MOV-1或該MOV-2的測試樣品處於6500 A之過電流和過電壓(大於該MOV-1或該MOV-2的箝制電壓)下燒燬。而CE13-CE20含有該PPTC小片、該MOV-1及該MOV-2的測試樣品(該MOV-1是設置在該第二壓敏電阻器3的位置而非設置在該第一壓敏電阻器2的位置，且該MOV-2是設置在該第一壓敏電阻器2的位置而非設置在該第二壓敏電阻器3的位置)處於6500 A之過電流和過電壓下燒燬。特別是，當施予600~700 V(大於該MOV-2的箝制電壓595 V)時，該MOV-2燒燬。而當施予大於該MOV-1的箝制電壓710 V時，該MOV-1燒燬。
相反地，E1-E8含有該PPTC小片、該MOV-1及該MOV-2的組合的所有測試樣品(其中該MOV-2與該PPTC小片以串聯方式電連接，以形成一電阻單元；該MOV-1與該電阻單元以並聯方式電連接)皆通過高電流脈衝測試而沒有燒燬。
[
突波免疫測試
(Surge immunity test)]
對於E1-E8與CE1-CE20的複合式電路保護裝置各取10個作為測試樣品，進行突波免疫測試。
突波免疫測試是以定電壓(600 V
ac及700 V
ac，大於該MOV-1及該MOV-2的壓敏電壓)及定電流(0.5 A及10 A的過電流)接通第一導電引線81與第三導電引線83 60秒後再關閉的方式進行測試。如果該PPTC小片、該MOV-1及該MOV-2都沒有燒燬或損壞，該測試樣品即為通過突波免疫測試，並記錄該PPTC小片發生跳脫的時間的平均值(若有跳脫)。如果該PPTC小片、該MOV-1或該MOV-2燒燬，該測試樣品即為燒燬，並記錄其發生燒燬的時間的平均值。結果分別如表5所示。
【表5】
| 600 V/0.5 A | 600 V/10 A | 700 V/0.5 A | 700 V/10 A | |||||
| 結果 | 時間(s) | 結果 | 時間(s) | 結果 | 時間(s) | 結果 | 時間(s) | |
| E1 | 通過 | 2.890 | 通過 | 0.250 | 通過 | 1.825 | 通過 | 0.195 |
| E2 | 通過 | 2.880 | 通過 | 2.500 | 通過 | 1.820 | 通過 | 0.190 |
| E3 | 通過 | 2.820 | 通過 | 0.230 | 通過 | 1.710 | 通過 | 0.165 |
| E4 | 通過 | 2.815 | 通過 | 2.225 | 通過 | 1.700 | 通過 | 0.160 |
| E5 | 通過 | 2.840 | 通過 | 0.235 | 通過 | 1.795 | 通過 | 0.175 |
| E6 | 通過 | 2.835 | 通過 | 0.230 | 通過 | 1.790 | 通過 | 0.170 |
| E7 | 通過 | 2.530 | 通過 | 0.200 | 通過 | 1.420 | 通過 | 0.130 |
| E8 | 通過 | 2.525 | 通過 | 0.195 | 通過 | 1.410 | 通過 | 0.125 |
| CE1 | MOV-1燒燬 | 6.225 | MOV-1燒燬 | 1.110 | MOV-1燒燬 | 5.500 | MOV-1燒燬 | 0.995 |
| CE2 | MOV-1燒燬 | 6.200 | MOV-1燒燬 | 1.080 | MOV-1燒燬 | 5.465 | MOV-1燒燬 | 0.990 |
| CE3 | MOV-2燒燬 | 5.185 | MOV-2燒燬 | 0.965 | MOV-2燒燬 | 4.990 | MOV-2燒燬 | 0.870 |
| CE4 | MOV-2燒燬 | 5.125 | MOV-2燒燬 | 0.950 | MOV-2燒燬 | 4.765 | MOV-2燒燬 | 0.855 |
| CE5 | 通過 | 3.300 | 通過 | 0.475 | 通過 | 2.235 | 通過 | 0.420 |
| CE6 | 通過 | 3.290 | 通過 | 0.470 | 通過 | 2.230 | 通過 | 0.415 |
| CE7 | 通過 | 3.280 | 通過 | 0.455 | 通過 | 2.220 | 通過 | 0.410 |
| CE8 | 通過 | 3.275 | 通過 | 0.450 | 通過 | 2.210 | 通過 | 0.410 |
| CE9 | 通過 | 3.090 | 通過 | 0.450 | 通過 | 2.025 | 通過 | 0.395 |
| CE10 | 通過 | 3.080 | 通過 | 0.445 | 通過 | 2.020 | 通過 | 0.390 |
| CE11 | 通過 | 3.070 | 通過 | 0.430 | 通過 | 2.010 | 通過 | 0.385 |
| CE12 | 通過 | 3.065 | 通過 | 0.425 | 通過 | 2.000 | 通過 | 0.385 |
| CE13 | 通過 | 3.290 | 通過 | 0.470 | 通過 | 2.225 | 通過 | 0.415 |
| CE14 | 通過 | 3.280 | 通過 | 0.465 | 通過 | 2.220 | 通過 | 0.410 |
| CE15 | 通過 | 3.270 | 通過 | 0.450 | 通過 | 2.210 | 通過 | 0.405 |
| CE16 | 通過 | 3.265 | 通過 | 0.445 | 通過 | 2.200 | 通過 | 0.405 |
| CE17 | 通過 | 3.280 | 通過 | 0.420 | 通過 | 2.215 | 通過 | 0.365 |
| CE18 | 通過 | 3.270 | 通過 | 0.415 | 通過 | 2.210 | 通過 | 0.360 |
| CE19 | 通過 | 3.260 | 通過 | 0.400 | 通過 | 2.200 | 通過 | 0.355 |
| CE20 | 通過 | 3.255 | 通過 | 0.395 | 通過 | 2.190 | 通過 | 0.355 |
表5結果顯示，CE1-CE4只含有該MOV-1或該MOV-2的測試樣品處於0.5 A之過電流和過電壓下在7 s之內燒燬，或處於10 A之過電流和過電壓下在2 s之內燒燬，且該損壞無法修復。
相反地，E1-E8及CE5-CE20含有該PPTC小片及至少一個MOV的組合的所有測試樣品皆通過突波免疫測試而沒有燒燬，是由於該PPTC小片的跳脫時間短且能耐受高電壓。此外，相較於E1，E2-E8的PPTC小片及/或MOV形成有穿孔的測試樣品提升了熱量傳遞，可進一步縮短該PPTC小片發生跳脫的時間，並防止過電流流經該MOV-1或該MOV-2，因此保護其MOV-1或MOV-2免於燒燬。換句話說，在E1-E8的測試樣品中，PPTC小片處於一過電流及一大於該MOV-1及該MOV-2的壓敏電壓之電壓下而在該MOV-1或該MOV-2燒燬之前跳脫。
綜上所述，本發明藉由上述該PTC元件、該第一壓敏電阻器2與該第二壓敏電阻器3的電連接關係，並控制該MOV-1的壓敏電壓大於該MOV-2的壓敏電壓，在過電流及過電壓存在下，該第一壓敏電阻器2與該第二壓敏電阻器3可相互保護彼此免於因過電流、過電壓或短暫的電力突波而燒燬，本發明複合式電路保護裝置因而得以在無受損下重複使用，而顯現其優異的耐受性及可靠性，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1:第一PTC元件
10:PTC層
101:表面
102:表面
103:周緣
11:第一電極層
12:第二電極層
13:孔洞
2:第一壓敏電阻器
20:第一壓敏電阻器層
201:表面
202:表面
203:周緣
21:第三電極層
22:第四電極層
23:孔洞
3:第二壓敏電阻器
30:第二壓敏電阻器層
301:表面
302:表面
303:周緣
31:第五電極層
32:第六電極層
33:孔洞
4:第二PTC元件
40:第二PTC層
401:表面
402:表面
41:第七電極層
42:第八電極層
5:第三壓敏電阻器
50:第三壓敏電阻器層
501:表面
502:表面
51:第九電極層
52:第十電極層
7:封裝材
8:導電引線
81:第一導電引線
82:第二導電引線
83:第三導電引線
84:第四導電引線
85:第五導電引線
A:電路裝置
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：
［圖1］是本發明複合式電路保護裝置的第一具體實施例的電路示意圖；
［圖2］是該第一具體實施例的剖視示意圖；
［圖3］是本發明複合式電路保護裝置的第二具體實施例的示意圖；
［圖4］是本發明複合式電路保護裝置的第三具體實施例的剖視示意圖；
［圖5］是該第三具體實施例的電路示意圖；
［圖6］是本發明複合式電路保護裝置的第四具體實施例的剖視示意圖；及
［圖7］是該第四具體實施例的電路示意圖。
1:第一PTC元件
10:PTC層
101:表面
102:表面
103:周緣
11:第一電極層
12:第二電極層
13:孔洞
2:第一壓敏電阻器
20:第一壓敏電阻器層
201:表面
202:表面
203:周緣
21:第三電極層
22:第四電極層
23:孔洞
3:第二壓敏電阻器
30:第二壓敏電阻器層
301:表面
302:表面
303:周緣
31:第五電極層
32:第六電極層
33:孔洞
8:導電引線
81:第一導電引線
82:第二導電引線
83:第三導電引線
Claims (20)
- 一種複合式電路保護裝置，包含： 一第一壓敏電阻器； 一電阻單元，包括一第一PTC元件及一第二壓敏電阻器；及 多個導電引線，分別連接於該第一PTC元件、該第一壓敏電阻器及該第二壓敏電阻器， 其中， 該第二壓敏電阻器與該第一PTC元件以串聯方式電連接； 該第一壓敏電阻器與該電阻單元以並聯方式電連接；且 該第一壓敏電阻器在1 mA下量測的壓敏電壓大於該第二壓敏電阻器在1 mA下量測的壓敏電壓。
- 如請求項1所述的複合式電路保護裝置，其中， 該第一PTC元件包括： 一PTC層，具有兩個相反表面，及 分別設置在該PTC層的兩個相反表面的第一電極層及第二電極層，該第一電極層及該第二電極層各自具有一周緣； 該第一壓敏電阻器包括： 一第一壓敏電阻器層，具有兩個相反表面，及 分別設置在該第一壓敏電阻器層的兩個相反表面的第三電極層及第四電極層，該第三電極層及該第四電極層各自具有一周緣； 該第二壓敏電阻器包括： 一第二壓敏電阻器層，具有兩個相反表面， 一設置在該第二壓敏電阻器層的兩個相反表面之一者的第五電極層，該第五電極層連接於該第一PTC元件的第二電極層，及 一設置在該第二壓敏電阻器層的兩個相反表面之另一者的第六電極層，該第六電極層連接於該第一壓敏電阻器的第三電極層，該第五電極層及該第六電極層各自具有一周緣；且 該等導電引線包括一連接於該第一壓敏電阻器的第四電極層的第一導電引線、一設置在該第一壓敏電阻器的第三電極層與該第二壓敏電阻器的第六電極層之間的第二導電引線及一連接於該第一PTC元件的第一電極層的第三導電引線。
- 如請求項2所述的複合式電路保護裝置，其中，該第一PTC元件的第一電極層及第二電極層各自具有一電極表面，每一電極表面的表面積不大於90%該第一電極層及該第二電極層設置在該PTC層的兩個相反表面之對應一者的表面積。
- 如請求項2所述的複合式電路保護裝置，其中，該第一壓敏電阻器的第三電極層及第四電極層及該第二壓敏電阻器的第五電極層及第六電極層各自具有一電極表面，每一電極表面的表面積不大於90%該第三電極層、該第四電極層、該第五電極層及該第六電極層各自設置在該第一壓敏電阻器層及該第二壓敏電阻器層的兩個相反表面之對應一者的表面積。
- 如請求項1所述的複合式電路保護裝置，其中，該第一壓敏電阻器在1 mA下量測的壓敏電壓大於110%該第二壓敏電阻器在1 mA下量測的壓敏電壓。
- 如請求項1所述的複合式電路保護裝置，其中，該第一壓敏電阻器在1 mA下量測的壓敏電壓大於119%該第二壓敏電阻器在1 mA下量測的壓敏電壓。
- 如請求項1所述的複合式電路保護裝置，其中，該第一PTC元件是聚合物PTC元件，該PTC層是聚合物PTC層。
- 如請求項7所述的複合式電路保護裝置，其中，該PTC聚合物層的組成包括一非接枝的烯烴系聚合物及一導電填料。
- 如請求項8所述的複合式電路保護裝置，其中，該導電填料是選自於碳黑粉末、金屬粉末、導電陶瓷粉末或其組合。
- 如請求項1所述的複合式電路保護裝置，其中，該第一PTC元件處於一過電流或一過電壓下而在該第一壓敏電阻器及該第二壓敏電阻器之一者燒燬之前跳脫。
- 如請求項10所述的複合式電路保護裝置，其中，該第一PTC元件處於一過電流或一過電壓下而在10 μs至10 s之內跳脫。
- 如請求項10所述的複合式電路保護裝置，其中，該第一PTC元件處於一不小於0.5 A的過電流或一大於該第一壓敏電阻器及該第二壓敏電阻器的壓敏電壓之過電壓下而在1 ms至10 s之內跳脫。
- 如請求項10所述的複合式電路保護裝置，其中，該第一PTC元件處於一不小於10 A的過電流或一大於該第一壓敏電阻器及該第二壓敏電阻器的壓敏電壓之過電壓下而在1 ms至1 s之內跳脫。
- 如請求項1所述的複合式電路保護裝置，其中，該第一壓敏電阻器及該第二壓敏電阻器的至少其中一者形成有一孔洞。
- 如請求項1所述的複合式電路保護裝置，其中，該第一PTC元件形成有一孔洞。
- 如請求項1所述的複合式電路保護裝置，其中，該第一壓敏電阻器及該第二壓敏電阻器各自包括金屬氧化物。
- 如請求項1所述的複合式電路保護裝置，還包含一封裝材，該封裝材包裝該第一PTC元件、該第一壓敏電阻器、該第二壓敏電阻器及一部分該等導電引線。
- 如請求項17所述的複合式電路保護裝置，其中，該封裝材是由環氧樹脂所製得。
- 如請求項1所述的複合式電路保護裝置，還包含一第二PTC元件，其中，該第一壓敏電阻器、該電阻單元及該第二PTC元件連接至同一節點。
- 如請求項1所述的複合式電路保護裝置，還包含一第三壓敏電阻器，該第三壓敏電阻器與該第一壓敏電阻器以並聯方式電連接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW110134002A TW202312191A (zh) | 2021-09-13 | 2021-09-13 | 複合式電路保護裝置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW110134002A TW202312191A (zh) | 2021-09-13 | 2021-09-13 | 複合式電路保護裝置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202312191A true TW202312191A (zh) | 2023-03-16 |
Family
ID=86690619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW110134002A TW202312191A (zh) | 2021-09-13 | 2021-09-13 | 複合式電路保護裝置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TW202312191A (zh) |
-
2021
- 2021-09-13 TW TW110134002A patent/TW202312191A/zh unknown
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