CN103311916A

CN103311916A - 防雷过压保护器件

Info

Publication number: CN103311916A
Application number: CN2013102684487A
Authority: CN
Inventors: 卢振亚; 王佩艺; 沈朝阳; 杨凤金
Original assignee: SHENZHEN GU'AN ELECTRONICS Co Ltd; SHENZHEN JINYANG ELECTRONIC CO Ltd; South China University of Technology SCUT
Current assignee: Guangzhou Guan Electronics Co Ltd; SHENZHEN JINYANG ELECTRONIC CO Ltd; South China University of Technology SCUT
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2033-06-28
Also published as: CN103311916B

Abstract

本发明公开了防雷过压保护器件，包括压敏电阻片、正温度系数热敏电阻片和气体放电管，所述压敏电阻片和正温度系数热敏电阻片封装为一体，形成封装体；所述正温度系数热敏电阻片的一端为第一引出端；正温度系数热敏电阻片的另一端与压敏电阻片的一端连接，形成公共端，所述公共端作为第三引出端；压敏电阻片的另一端作为第二引出端；气体放电管位于封装体之外，气体放电管的两端分别连接第一引出端和第三引出端。本发明不但可抑制操作过电压和故障工频过电压，当发生雷击脉冲过电压时，该保护组件能发挥正常压敏元件的保护作用。

Description

防雷过压保护器件

技术领域

本发明涉及防雷过压保护技术，特别涉及一种复合型的防雷过压保护器件。

背景技术

ZnO压敏元件已大量用于电力电子线路，吸收雷电脉冲引起的过电压和系统操作及系统故障引起的工频过电压。但是，压敏元件本身吸收浪涌能量有一定限度，并联在电源回路上的压敏元件吸收过电压能量（特别是持续时间较长的工频过电压）同时，自身温度升高，当压敏电阻吸收的能量过大时，压敏电阻可能发生爆炸起火，现在一般通过提高压敏电阻的压敏电压和直径来解决这一问题，但这样就在一定程度上降低了压敏电阻器吸收浪涌电压的保护效果，脉冲残压必然升高，而且也不能根本防止压敏电阻发生爆炸起火的事故。

正温度系数（PTC）热敏电阻串联在电子产品电源回路上，可起过流保护作用。正温度系数（PTC）热敏电阻与压敏电阻组合可以起到综合的过流过压保护作用。

现有文献：“卢振亚，压敏电阻器与PTCR热敏电阻器的组合应用，电子元件与材料，1997.12”公开报道了压敏电阻器与PTC热敏电阻器组合应用的一些试验结果。

实用新型专利200720049371.4和201220290529.8公开了一种复合正温度系数热敏电阻，通过将PTC热敏电阻与压敏电阻封装在一起制作成三端引出器件，应用时PTC热敏元件与被保护电路串联，压敏元件与被保护电路并联，利用压敏电阻过压响应时的电流和温度（热耦合作用）提高PTC热敏电阻的保护速度，并反过来保护压敏电阻；利用PTC热敏电阻与压敏电阻热耦合时，电流电压的综合保护效果最大限度地提高PTC热敏电阻的保护速度。

但是，由于PTC热敏元件具有一定阻值，只能承受较小的电流流过，被保护电路额定工作电流只能限制在元件不动作电流以内，这便限制了上述已有三端引出组合器件的应用范围。

采用ZnO压敏元件作为过压防雷保护时也可以串联一个间隙（一般空气间隙或气体放电管），类似一个带间隙电力避雷器。与间隙串联应用，可以防止ZnO压敏元件老化失效，但是会提高线路的击穿起始电压，当操作过电压（工频过电压）幅值达不到击穿电压（ZnO元件击穿电压与间隙击穿电压之和）时，元件没有电流流过，不能对电路起保护作用。

综上所述，为了降低压敏元件工频过压爆燃事故概率，可提高压敏元件的压敏电压，但是这样必然提高脉冲残压，被保护线路被操作过电压和故障工频过电压破坏的几率大大增加；采用PTC热敏元件与ZnO压敏元件组合的三端器件可降低压敏元件工频过压爆燃事故概率，同时可实现较低的脉冲残压，但是被保护电路的额定工作电流受到限制；采用ZnO压敏元件与间隙串联应用，可防止压敏元件长期负荷老化引起的爆燃事故，但是对电路操作过电压和故障工频过电压保护能力降低。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种防雷过压保护器件，不但可抑制操作过电压和故障工频过电压，当发生雷击脉冲过电压时，该保护组件能发挥正常压敏元件的保护作用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

防雷过压保护器件，包括压敏电阻片、正温度系数热敏电阻片和气体放电管，所述压敏电阻和正温度系数热敏电阻片封装为一体，形成封装体，所述正温度系数热敏电阻片的一端为第一引出端；正温度系数热敏电阻片的另一端与压敏电阻片的一端连接，形成公共端，所述公共端作为第三引出端；压敏电阻片的另一端作为第二引出端；气体放电管位于封装体之外，气体放电管的两端分别连接第一引出端和第三引出端；所述正温度系数热敏电阻片和气体放电管并联后与压敏电阻片串联；所述正温度系数热敏电阻片与压敏电阻片形成热耦合关系。

所述正温度系数热敏电阻片的一面电极焊接引线，作为第一引出端；正温度系数陶瓷热敏电阻片的另一面电极与压敏电阻片的一面电极通过焊锡焊接在一起，形成公共端，同时作为第三引出端；压敏电阻片的另一面电极焊接引线，为第二引出端；正温度系数热敏电阻片、压敏电阻片封装后，形成具有三个引出端的封装体；在第一引出端和第三引出端之间连接气体放电管。

所述封装为采用阻燃性有机树脂材料封装。

所述压敏电阻片为氧化锌压敏电阻片。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

本发明在使用时第一引出端和第二引出端并联在被保护电源线路上，不但可以抑制操作过电压和故障工频过电压，当发生雷击脉冲过电压时，该保护组件能发挥正常压敏元件的保护作用：

（1）当电源电压正常时，本发明的防雷过压保护器件没有电流（或仅有微弱漏电流）流过，被保护电路系统正常工作不受影响。

（2）当雷击引起被保护电路系统脉冲过电压时，本发明的防雷过压保护器件动作，脉冲电流经压敏元件与气体放电管的串联回路，被保护电路承受的脉冲过电压被控制在压敏元件与气体放电管串联回路的脉冲残压之内（即压敏元件的脉冲残压与气体放电管导通残压之和）。

（3）如果压敏电阻长期负荷使得性能劣化，正常电压负荷下漏电流增加导致温度升高，热量传递到热敏电阻上，当温度达到热敏电阻的居里温度，热敏电阻动作，热敏电阻阻值急剧升高，限制了压敏电阻的电流，防止压敏电阻爆燃事故的发生。

（4）当电源电路出现工频过电压时，压敏电阻导通，导通电流经热敏电阻流过，吸收过电压能量，被保护电路系统承受的电压被限制在压敏电阻与热敏电阻串联回路电压降之内。

附图说明

图1为本发明的实施例的防雷过压保护器件的整体示意图。

图2为发明的实施例的防雷过压保护器件的内部元件连接示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本实施例的防雷过压保护器件包括氧化锌压敏电阻片11、正温度系数热敏电阻片12和气体放电管13。如图1所示，正温度系数热敏电阻片12的一面电极焊接引线，为引出端14；正温度系数陶瓷热敏电阻片12的另一面电极与氧化锌压敏电阻片11的一面电极通过焊锡焊接在一起，形成公共端，同时作为引出端16；氧化锌压敏电阻片11的另一面电极焊接引线，为引出端15。氧化锌压敏电阻片11、正温度系数热敏电阻片12经包封环氧树脂、固化后形成封装体，将气体放电管两端分别连接引出端14和引出端16，形成本实施例的防雷过压保护器件，使用时引出端14和引出端15并联在被保护电源线路上。

本实施例的防雷过压保护器件的内部元件连接如图2所示，正温度系数热敏电阻片12和气体放电管并联13后与氧化锌压敏电阻片11串联，图中虚线框17表示封装层。

防雷过压保护器件内部的正温度系数热敏电阻片的居里温度可选为(95～125℃)，室温阻值可选为(10～300欧姆)；压敏电阻片的压敏电压可选为(350～550V—用于220VAC电源)或(170～270V—用于110VAC电源)；气体放电管的脉冲击穿电压可选为450～650V。

选用直径/厚度约为14.0/1.8mm，压敏电压V_1mA=430V±10%的压敏电阻芯片；选用外径/内径//厚度约为14.0/5.5/5.0mm，室温（25℃）阻值30～50欧姆，居里温度为120℃的正温度系数热敏电阻芯片，选用直径/高度为5/5mm，直流击穿电压为550～600V的气体放电管，制作本实施例的防雷过压保护器件样品5只，对样品进行工频过电压和模拟雷击过电压测试。工频测试电压为660VAC（3倍工频相电压），电源最大输出电流10A；模拟雷击过电压测试采用组合脉冲波发生器（端口开路电压波形为1.2/50μs、端口短路电流波形为8/20μs），试验电压电流峰值设置为6kV/3kA，每只样品正向脉冲试验10次，间隔2分钟，放置10分钟后反向脉冲试验10次，间隔2分钟。为了对比，选取规格为20D821（压敏电压V_1mA=750～800V，芯片直径20mm）的市售的氧化锌压敏电阻5只，进行相同试验。测试结果见表1。

从表1测试结果看出，本实施例制备的样品660VAC工频过电压性能优于规格为20D821的压敏电阻器，脉冲电流试验时，本实用新型样品的脉冲残压远低于规格为20D821压敏电阻器的脉冲残压。

表1、本实施例的样品与对比样品工频过电压和脉冲试验结果

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.防雷过压保护器件，其特征在于，包括压敏电阻片、正温度系数热敏电阻片和气体放电管，所述压敏电阻片和正温度系数热敏电阻片封装为一体，形成封装体；所述正温度系数热敏电阻片的一端为第一引出端；正温度系数热敏电阻片的另一端与压敏电阻片的一端连接，形成公共端，所述公共端作为第三引出端；压敏电阻片的另一端作为第二引出端；气体放电管位于封装体之外，气体放电管的两端分别连接第一引出端和第三引出端。

2.根据权利要求1所述的防雷过压保护器件，其特征在于，所述正温度系数热敏电阻片的一面电极焊接引线，作为第一引出端；正温度系数陶瓷热敏电阻片的另一面电极与压敏电阻片的一面电极通过焊锡焊接在一起，形成公共端，同时作为第三引出端；压敏电阻片的另一面电极焊接引线，为第二引出端；正温度系数热敏电阻片、压敏电阻片封装后，形成具有三个引出端的封装体；在第一引出端和第三引出端之间连接气体放电管。

3.根据权利要求1所述的防雷过压保护器件，其特征在于，所述封装为采用阻燃性有机树脂材料封装。

4.根据权利要求1～3任一项所述的防雷过压保护器件，其特征在于，所述压敏电阻片为氧化锌压敏电阻片。