一種防雷過壓保護(hù)器件的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種防雷過壓保護(hù)器件，包括壓敏電阻片、正溫度系數(shù)熱敏電阻片和氣體放電管，所述正溫度系數(shù)熱敏電阻片和氣體放電管并聯(lián)后與壓敏電阻片串聯(lián)；所述正溫度系數(shù)熱敏電阻片與壓敏電阻片形成熱耦合關(guān)系。所述壓敏電阻片、正溫度系數(shù)熱敏電阻片和氣體放電管可封裝為一體或壓敏電阻片和正溫度系數(shù)熱敏電阻片封裝為一體，形成封裝體，氣體放電管位于封裝體之外。本實(shí)用新型不但可抑制操作過電壓和故障工頻過電壓，當(dāng)發(fā)生雷擊脈沖過電壓時(shí)，該保護(hù)組件能發(fā)揮正常壓敏元件的保護(hù)作用。
【專利說明】一種防雷過壓保護(hù)器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及防雷過壓保護(hù)技術(shù)，特別涉及一種復(fù)合型的防雷過壓保護(hù)器件?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]ZnO壓敏元件已大量用于電力電子線路，吸收雷電脈沖引起的過電壓和系統(tǒng)操作及系統(tǒng)故障引起的工頻過電壓。但是，壓敏元件本身吸收浪涌能量有一定限度，并聯(lián)在電源回路上的壓敏元件吸收過電壓能量(特別是持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的工頻過電壓)同時(shí)，自身溫度升高，當(dāng)壓敏電阻吸收的能量過大時(shí)，壓敏電阻可能發(fā)生爆炸起火，現(xiàn)在一般通過提高壓敏電阻的壓敏電壓和直徑來解決這一問題，但這樣就在一定程度上降低了壓敏電阻器吸收浪涌電壓的保護(hù)效果，脈沖殘壓必然升高，而且也不能根本防止壓敏電阻發(fā)生爆炸起火的事故。
[0003]正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻串聯(lián)在電子產(chǎn)品電源回路上，可起過流保護(hù)作用。正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻與壓敏電阻組合可以起到綜合的過流過壓保護(hù)作用。
[0004]現(xiàn)有文獻(xiàn):“盧振亞，壓敏電阻器與PTCR熱敏電阻器的組合應(yīng)用，電子元件與材料，1997.12”公開報(bào)道了壓敏電阻器與PTC熱敏電阻器組合應(yīng)用的一些試驗(yàn)結(jié)果。
[0005]實(shí)用新型專利200720049371.4和201220290529.8公開了一種復(fù)合正溫度系數(shù)熱敏電阻，通過將PTC熱敏電阻與壓敏電阻封裝在一起制作成三端引出器件，應(yīng)用時(shí)PTC熱敏元件與被保護(hù)電路串聯(lián)，壓敏元件與被保護(hù)電路并聯(lián)，利用壓敏電阻過壓響應(yīng)時(shí)的電流和溫度(熱耦合作用)提高PTC熱敏電阻的保護(hù)速度，并反過來保護(hù)壓敏電阻；利用PTC熱敏電阻與壓敏電阻熱耦合時(shí)，電流電壓的綜合保護(hù)效果最大限度地提高PTC熱敏電阻的保護(hù)速度。
[0006]但是，由于PTC熱敏元件具有一定阻值，只能承受較小的電流流過，被保護(hù)電路額定工作電流只能限制在元件不動(dòng)作電流以內(nèi)，這便限制了上述已有三端引出組合器件的應(yīng)用范圍。
[0007]采用ZnO壓敏元件作為過壓防雷保護(hù)時(shí)也可以串聯(lián)一個(gè)間隙(一般空氣間隙或氣體放電管)，類似一個(gè)帶間隙電力避雷器。與間隙串聯(lián)應(yīng)用，可以防止ZnO壓敏元件老化失效，但是會(huì)提高線路的擊穿起始電壓，當(dāng)操作過電壓(工頻過電壓)幅值達(dá)不到擊穿電壓(ZnO元件擊穿電壓與間隙擊穿電壓之和)時(shí)，元件沒有電流流過，不能對(duì)電路起保護(hù)作用。
[0008]綜上所述，為了降低壓敏元件工頻過壓爆燃事故概率，可提高壓敏元件的壓敏電壓，但是這樣必然提高脈沖殘壓，被保護(hù)線路被操作過電壓和故障工頻過電壓破壞的幾率大大增加；采用PTC熱敏元件與ZnO壓敏元件組合的三端器件可降低壓敏元件工頻過壓爆燃事故概率，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)較低的脈沖殘壓，但是被保護(hù)電路的額定工作電流受到限制；采用ZnO壓敏元件與間隙串聯(lián)應(yīng)用，可防止壓敏元件長(zhǎng)期負(fù)荷老化引起的爆燃事故，但是對(duì)電路操作過電壓和故障工頻過電壓保護(hù)能力降低。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0009]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)與不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種防雷過壓保護(hù)器件，不但可抑制操作過電壓和故障工頻過電壓，當(dāng)發(fā)生雷擊脈沖過電壓時(shí)，該保護(hù)組件能發(fā)揮正常壓敏元件的保護(hù)作用。
[0010]本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0011]一種防雷過壓保護(hù)器件，包括壓敏電阻片、正溫度系數(shù)熱敏電阻片和氣體放電管，所述正溫度系數(shù)熱敏電阻片和氣體放電管并聯(lián)后與壓敏電阻片串聯(lián)；所述正溫度系數(shù)熱敏電阻片與壓敏電阻片形成熱耦合關(guān)系。
[0012]所述壓敏電阻片、正溫度系數(shù)熱敏電阻片和氣體放電管封裝為一體，正溫度系數(shù)熱敏電阻片和氣體放電管的第一公共端為第一引出端，正溫度系數(shù)熱敏電阻片和氣體放電管的第二公共端與壓敏電阻片的一端連接，壓敏電阻片的另一端為第二引出端。
[0013]所述正溫度系數(shù)熱敏電阻片為環(huán)形結(jié)構(gòu)，正溫度系數(shù)熱敏電阻片的內(nèi)孔大小與氣體放電管的相匹配；正溫度系數(shù)熱敏電阻片的下電極面與壓敏電阻片的上電極面通過焊錫焊接；氣體放電管置于正溫度系數(shù)熱敏電阻片的內(nèi)孔，其下端面與壓敏電阻片的上電極面通過焊錫焊接；所述壓敏電阻片的下電極面焊接有作為第一引出端的第一引線；所述正溫度系數(shù)熱敏電阻片的上電極面焊接有作為第二引出端的第二引線，所述第二引線同時(shí)也與氣體放電管的上端面連接。
[0014]所述壓敏電阻片、正溫度系數(shù)熱敏電阻片均為方形；正溫度系數(shù)熱敏電阻片的下電極面與壓敏電阻片的上電極面通過焊錫焊接；氣體放電管位于氧化鋅壓敏電阻片的一偵牝其下端面與壓敏電阻片的上電極面通過焊錫焊接；所述壓敏電阻片的下電極面焊接有作為第一引出端的第一引線；所述正溫度系數(shù)熱敏電阻片的上電極面焊接有作為第二引出端的第二引線，所述第二引線同時(shí)也與氣體放電管的上端面焊接。
[0015]所述壓敏電阻片和正溫度系數(shù)熱敏電阻片封裝為一體，形成封裝體，所述正溫度系數(shù)熱敏電阻片的一端為第一引出端；正溫度系數(shù)熱敏電阻片的另一端與壓敏電阻片的一端連接，形成公共端，所述公共端作為第三引出端；壓敏電阻片的另一端作為第二引出端；氣體放電管位于封裝體之外，氣體放電管的兩端分別連接第一引出端和第三引出端。
[0016]所述正溫度系數(shù)熱敏電阻片的一面電極焊接引線，作為第一引出端；正溫度系數(shù)陶瓷熱敏電阻片的另一面電極與壓敏電阻片的一面電極通過焊錫焊接在一起，形成公共端，同時(shí)作為第三引出端；壓敏電阻片的另一面電極焊接引線，為第二引出端；正溫度系數(shù)熱敏電阻片、壓敏電阻片封裝后，形成具有三個(gè)引出端的封裝體；在第一引出端和第三引出端之間連接氣體放電管。
[0017]所述封裝為采用塑料殼封裝或采用阻燃性有機(jī)樹脂材料封裝。
[0018]所述壓敏電阻片為氧化鋅壓敏電阻片。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0020]本實(shí)用新型在使用時(shí)第一引出端和第二引出端并聯(lián)在被保護(hù)電源線路上，不但可以抑制操作過電壓和故障工頻過電壓，當(dāng)發(fā)生雷擊脈沖過電壓時(shí)，該保護(hù)組件能發(fā)揮正常壓敏元件的保護(hù)作用:
[0021](I)當(dāng)電源電壓正常時(shí)，本實(shí)用新型的防雷過壓保護(hù)器件沒有電流(或僅有微弱漏電流)流過，被保護(hù)電路系統(tǒng)正常工作不受影響。
[0022](2)當(dāng)雷擊引起被保護(hù)電路系統(tǒng)脈沖過電壓時(shí)，本實(shí)用新型的防雷過壓保護(hù)器件動(dòng)作，脈沖電流經(jīng)壓敏元件與氣體放電管的串聯(lián)回路，被保護(hù)電路承受的脈沖過電壓被控制在壓敏元件與氣體放電管串聯(lián)回路的脈沖殘壓之內(nèi)(即壓敏元件的脈沖殘壓與氣體放電管導(dǎo)通殘壓之和)。
[0023](3)如果壓敏電阻長(zhǎng)期負(fù)荷使得性能劣化，正常電壓負(fù)荷下漏電流增加導(dǎo)致溫度升高，熱量傳遞到熱敏電阻上，當(dāng)溫度達(dá)到熱敏電阻的居里溫度，熱敏電阻動(dòng)作，熱敏電阻阻值急劇升高，限制了壓敏電阻的電流，防止壓敏電阻爆燃事故的發(fā)生。
[0024](4)當(dāng)電源電路出現(xiàn)工頻過電壓時(shí)，壓敏電阻導(dǎo)通，導(dǎo)通電流經(jīng)熱敏電阻流過，吸收過電壓能量，被保護(hù)電路系統(tǒng)承受的電壓被限制在壓敏電阻與熱敏電阻串聯(lián)回路電壓降之內(nèi)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為實(shí)施例1的防雷過壓保護(hù)器件內(nèi)部元件組成示意圖。
[0026]圖2為圖1的各元件外形示意圖。
[0027]圖3為實(shí)施例1的防雷過壓保護(hù)器件的整體示意圖。
[0028]圖4為實(shí)施例1的防雷過壓保護(hù)器件的內(nèi)部元件連接示意圖。
[0029]圖5為實(shí)施例2的防雷過壓保護(hù)器件內(nèi)部元件組成示意圖。
[0030]圖6為圖5的各元件外形示意圖。
[0031]圖7為實(shí)施例2的防雷過壓保護(hù)器件的裝配示意圖。
[0032]圖8為實(shí)施例2的防雷過壓保護(hù)器件的內(nèi)部元件連接示意圖。
[0033]圖9為實(shí)施例3的防雷過壓保護(hù)器件的整體示意圖。
[0034]圖10為實(shí)施例3的防雷過壓保護(hù)器件的內(nèi)部元件連接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0036]實(shí)施例1
[0037]如圖1?2所示，本實(shí)施例的防雷過壓保護(hù)器件，包括氧化鋅壓敏電阻片11、正溫度系數(shù)陶瓷熱敏電阻片12和氣體放電管13，所述正溫度系數(shù)陶瓷熱敏電阻片12制作成環(huán)形結(jié)構(gòu)，正溫度系數(shù)陶瓷熱敏電阻片12的內(nèi)孔大小與氣體放電管13的外徑配合，兩者之間的間隙為0.1?1_ ;正溫度系數(shù)陶瓷熱敏電阻片12的厚度與氣體放電管13高度一致，氧化鋅壓敏電阻片11與正溫度系數(shù)陶瓷熱敏電阻片12的外徑一致；正溫度系數(shù)陶瓷熱敏電阻片12的下電極面與氧化鋅壓敏電阻片11的上電極面通過焊錫焊接，氣體放電管13置于正溫度系數(shù)陶瓷熱敏電阻片12的內(nèi)孔，且氣體放電管13的下端面與氧化鋅壓敏電阻片11的上電極面通過焊錫焊接；三個(gè)元件焊接在一起后外觀為圓柱體，圓柱體一個(gè)端面為氧化鋅壓敏電阻片的下電極面，另一個(gè)端面為正溫度系數(shù)陶瓷熱敏電阻片的環(huán)形電極面及與這個(gè)環(huán)形電極面基本等高的氣體放電管的上端面。此后采用傳統(tǒng)的圓片電子陶瓷元件生產(chǎn)工藝，在上述圓柱體兩面焊接引線:在正溫度系數(shù)陶瓷熱敏電阻片的上電極面焊接作為引出端14的上引線，上引線同時(shí)與氣體放電管上端面焊接，在氧化鋅壓敏電阻片的下電極面焊接作為引出端15的下引線。焊接引線后采用環(huán)氧樹脂包封、固化，即制成如圖3所示的具有兩個(gè)引出端14?15的防雷過壓保護(hù)器件。[0038]圖4為本實(shí)施例的防雷過壓保護(hù)器件的內(nèi)部元件連接示意圖，正溫度系數(shù)陶瓷熱敏電阻片12和氣體放電管并聯(lián)13后與氧化鋅壓敏電阻片11串聯(lián)，圖中虛線框16表示封裝層。
[0039]本實(shí)用新型在使用時(shí)正溫度系數(shù)陶瓷熱敏電阻片與壓敏電阻片形成熱耦合關(guān)系，引出端14和引出端15并聯(lián)在被保護(hù)電源線路上。
[0040]防雷過壓保護(hù)器件內(nèi)部的正溫度系數(shù)熱敏電阻片的居里溫度可選為(95~125°C)，室溫阻值可選為(10~300歐姆)；壓敏電阻片的壓敏電壓可選為(350~550V—用于220VAC電源)或(170~270V—用于110VAC電源)；氣體放電管的脈沖擊穿電壓可選為 450 ~650V。
[0041]選用直徑/厚度約為14.0/1.8臟，壓敏電壓￥11^=43(^±10%的壓敏電阻芯片；選用外徑/內(nèi)徑//厚度約為14.0/5.5/5.0mm，室溫(25°C)阻值30~50歐姆，居里溫度為120°C的正溫度系數(shù)熱敏電阻芯片，選用直徑/高度為5/5mm，直流擊穿電壓為550~600V的氣體放電管，制作本實(shí)施例的防雷過壓保護(hù)器件樣品5只，對(duì)樣品進(jìn)行工頻過電壓和模擬雷擊過電壓測(cè)試。工頻測(cè)試電壓為660VAC(3倍工頻相電壓)，電源最大輸出電流IOA ;模擬雷擊過電壓測(cè)試采用組合脈沖波發(fā)生器(端口開路電壓波形為1.2/50μ S、端口短路電流波形為8/20 μ S)，試驗(yàn)電壓電流峰值設(shè)置為6kV/3kA，每只樣品正向脈沖試驗(yàn)10次，間隔2分鐘，放置10分鐘后反向脈沖試驗(yàn)10次，間隔2分鐘。為了對(duì)比，選取規(guī)格為20D821 (壓敏電壓VlmA=750~800V，芯片直徑20mm)的市售的氧化鋅壓敏電阻5只，進(jìn)行相同試驗(yàn)。測(cè)試結(jié)果見表1。
[0042]從表1測(cè)試結(jié)果看出，本實(shí)施例制備的樣品660VAC工頻過電壓性能優(yōu)于規(guī)格為20D821的壓敏電阻器，脈沖電流試驗(yàn)時(shí)，本實(shí)用新型樣品的脈沖殘壓遠(yuǎn)低于規(guī)格為20D821壓敏電阻器的脈沖殘壓。
[0043]表1、本實(shí)施例的樣品與對(duì)比樣品工頻過電壓和脈沖試驗(yàn)結(jié)果
[0044]
【權(quán)利要求】
1.一種防雷過壓保護(hù)器件，其特征在于，包括壓敏電阻片、正溫度系數(shù)熱敏電阻片和氣體放電管，所述正溫度系數(shù)熱敏電阻片和氣體放電管并聯(lián)后與壓敏電阻串聯(lián)；所述正溫度系數(shù)熱敏電阻片與壓敏電阻片形成熱耦合關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防雷過壓保護(hù)器件，其特征在于，所述壓敏電阻片、正溫度系數(shù)熱敏電阻片和氣體放電管封裝為一體，正溫度系數(shù)熱敏電阻片和氣體放電管的第一公共端為第一引出端，正溫度系數(shù)熱敏電阻片和氣體放電管的第二公共端與壓敏電阻片的一端連接，壓敏電阻片的另一端為第二引出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的防雷過壓保護(hù)器件，其特征在于，所述正溫度系數(shù)熱敏電阻片為環(huán)形結(jié)構(gòu)，正溫度系數(shù)熱敏電阻片的內(nèi)孔大小與氣體放電管的外徑相匹配；正溫度系數(shù)熱敏電阻片的下電極面與壓敏電阻片的上電極面通過焊錫焊接；氣體放電管置于正溫度系數(shù)熱敏電阻片的內(nèi)孔，其下端面與壓敏電阻片的上電極面通過焊錫焊接；所述壓敏電阻片的下電極面焊接有作為第一引出端的第一引線；所述正溫度系數(shù)熱敏電阻片的上電極面焊接有作為第二引出端的第二引線，所述第二引線同時(shí)也與氣體放電管的上端面連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的防雷過壓保護(hù)器件，其特征在于，所述壓敏電阻片、正溫度系數(shù)熱敏電阻片均為方形；正溫度系數(shù)熱敏電阻片的下電極面與壓敏電阻片的上電極面通過焊錫焊接；氣體放電管位于氧化鋅壓敏電阻片的一側(cè)，其下端面與壓敏電阻片的上電極面通過焊錫焊接；所述壓敏電阻片的下電極面焊接有作為第一引出端的第一引線；所述正溫度系數(shù)熱敏電阻片的上電極面焊接有作為第二引出端的第二引線，所述第二引線同時(shí)也與氣體放電管的上端面焊接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防雷過壓保護(hù)器件，其特征在于，所述壓敏電阻片和正溫度系數(shù)熱敏電阻片封裝為一體，形成封裝體，所述正溫度系數(shù)熱敏電阻片的一端為第一引出端；正溫度系數(shù)熱敏電阻片的另一端與壓敏電阻片的一端連接，形成公共端，所述公共端作為第三引出端；壓敏電阻片的另一端作為第二引出端；氣體放電管位于封裝體之外，氣體放電管的兩端分別連接第一引出端和第三引出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的防雷過壓保護(hù)器件，其特征在于，所述正溫度系數(shù)熱敏電阻片的一面電極焊接引線，作為第一引出端；正溫度系數(shù)陶瓷熱敏電阻片的另一面電極與壓敏電阻片的一面電極通過焊錫焊接在一起，形成公共端，同時(shí)作為第三引出端；壓敏電阻片的另一面電極焊接引線，為第二引出端；正溫度系數(shù)熱敏電阻片、壓敏電阻片封裝后，形成具有三個(gè)引出端的封裝體；在第一引出端和第三引出端之間連接氣體放電管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1?6任一項(xiàng)所述的防雷過壓保護(hù)器件，其特征在于，所述壓敏電阻片為氧化鋅壓敏電阻片。
【文檔編號(hào)】H02H9/04GK203434613SQ201320382294
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月28日
【發(fā)明者】盧振亞, 陳奕創(chuàng), 沈朝陽(yáng), 楊鳳金 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué), 深圳市勁陽(yáng)電子有限公司, 深圳市固安電子有限公司