过流过压保护器件及方法与流程

本发明涉及电路保护元器件技术领域，具体而言，涉及一种过流过压保护器件及方法。

背景技术：

瞬态抑制二极管(transientvoltagesuppressor,简称为tvs)是电子线路中常用的过压保护器件，它具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时，tvs能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以吸收一个瞬间大电流，从而把它的两端电压钳制在一个预定的数值上，保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。自恢复保险丝(positivetemperaturecoefficient,正温度系数热敏电阻器件，简称为ptc)是一种过流电子保护元件，是由经过特殊处理的聚合树脂(polymer)及分布在里面的导电粒子(carbonblack)组成。在正常操作下聚合树脂紧密地将导电粒子束缚在结晶状的结构外，构成链状导电电通路，此时的自恢复保险丝为低阻状态，线路上流经自恢复保险丝的电流所产生的热能小，不会改变晶体结构。当线路发生短路或过载时，流经自恢复保险丝的大电流产生的热量使聚合树脂融化，体积迅速增长，形成高阻状态，工作电流迅速减小，从而对电路进行限制和保护。当故障排除后，自恢复保险丝重新冷却结晶，体积收缩，导电粒子重新形成导电通路，自恢复保险丝恢复为低阻状态，从而完成对电路的保护，无须人工更换。

相关技术中的过流过压保护电路，ptc和tvs作为两个独立的器件应用于保护电路中，由于tvs需要钳制在一个预定数值电压的场合，tvs导通时功耗较大，自身温度迅速升高，tvs吸收的能量是有限的，往往由于ptc还未快速反应，而此时tvs承受的功耗已超过额定稳态功耗导致tvs温度过高而热击穿失效。导致对过流过 压的保护可靠性低，电路易被损坏。

针对相关技术中存在的上述问题，目前尚未发现有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种过流过压保护器件及方法，以至少解决相关技术中过流过压保护器件可靠性差的问题。

根据本发明的一个实施例，提供了一种过流过压保护器件，包括：一个或多个瞬态抑制二极管tvs，一个或多个自恢复保险丝ptc，其中，所述tvs与所述ptc热耦合连接。

可选的，所述tvs包括单向tvs和/或双向tvs。

可选的，所述tvs与所述ptc热耦合连接的所述连接材料包括以下至少之一：导电导热金属、绝缘导热膜、绝缘导热胶、锡膏。

可选的，所述tvs与所述ptc封装为一体。

可选的，所述器件通过设置在所述器件外部的插脚或贴片与外部电路进行连接。

可选的，所述器件的表面设置外壳或包封涂料层。

器件根据本发明的另一个实施例，提供了一种过流过压保护方法，包括：当负载出现异常过流时，ptc将输出电流限制在预设电流范围内；和/或，当输入电压出现过电压时，tvs将所述输出电压嵌位在预设电压范围内，并通过所述tvs产生的热能使得ptc进行过流保护，以避免所述tvs的损坏。

通过本发明，包括瞬态抑制二极管tvs和自恢复保险丝ptc，其中，所述tvs与所述ptc热耦合连接，可以将tvs产生的热量传递给ptc，ptc通过自身特性形成高阻状态，起到保护电路的作用。可以解决相关技术中过流过压保护器件可靠性差的问题，并提高了tvs器件的可靠性，同时解决了ptc保护速度慢，以及在低温环境温度下不保护的缺陷。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的过流过压保护器件的结构框图；

图2是本发明实施例的器件贴片示意图一；

图3是本发明实施例的器件贴片示意图二；

图4是本发明实施例的器件插脚示意图；

图5是根据本发明实施例的保护电路结构一；

图6是根据本发明实施例的保护电路结构二；

图7是根据本发明实施例的保护电路结构三；

图8是根据本发明实施例的保护电路结构四；

图9是根据本发明实施例的保护电路结构五。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

实施例1

在本实施例中还提供了一种过流过压保护器件，该器件用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。图1是根据本发明实施例的过流过压保护器件的结构框图，如图1所示，该器件包括：瞬态抑制二极管tvs10，自恢复保险丝ptc12，其中，tvs与tvs热耦合连接。

当受保护的线路电压低于tvs额定反向关断电压时，tvs处于反向关断状态，流过tvs的电流小于或等于其最大反向漏电流id，近乎开路，因而不会影响器件或电器设备的正常工作，此时线路上流经ptc的电流所产生的热能小，不会改变晶体结构，ptc处于低阻状态。而当电压瞬间高于tvs击穿电压vbr时，tvs阻值迅速下降，导通大电流，将电压钳制在被保护器件或电器设备能承受的电压范围内，tvs导通并发热，热量可以传递给ptc,使ptc聚合树脂融化，体积迅速增长，形成高阻状态，工作电流减小，从而对电路进行限制和保护。当故障排除后，自恢复保险丝重新冷却结晶，体积收缩，导电粒子重新形成导电通路，ptc恢复为低阻状态，tvs恢复为高阻状态，从而完成对电路的保护，无须人工更换。

通过本实施例，包括瞬态抑制二极管tvs和自恢复保险丝ptc，其中，tvs与ptc热耦合连接，可以将tvs产生的热量传递给ptc，ptc通过自身特性形成高阻状态，起到保护电路的作用。可以解决相关技术中过流过压保护器件可靠性差的问题，并提高了tvs器件的可靠性，同时解决了ptc保护速度慢，以及在低温环境温度下不保护的缺陷。

可选的，器件通过设置在器件外部的插脚或贴片与外部电路进行连接。图2是本发明实施例的器件贴片示意图一,如图2所示,图3是本发明实施例的器件贴片示意图二,如图3所示。图4是本发明实施例的器件插脚示意图,如图4所示，插脚从器件内部延伸出。

可选的，器件的表面设置外壳或包封涂料层。

本实施例的过流过压保护器件可以对不同的电路进行保护，设置在不同的应用场景中，而在不同的应用场景中，ptc和tvs的个数和类型可能不同。可选的，器件由一个或多个ptc和一个单向tvs组成。亦或，器件由一个或多个ptc和一个或多个双向tvs组成。下面进行具体说明：

图5是根据本发明实施例的保护电路结构一，如图5所示，由一个ptc和一个单向tvs组成，应用于直流电压的场合。

图6是根据本发明实施例的保护电路结构二，如图6所示，由一个ptc和一个双向tvs组成，应用于交流电压的场合。

图7是根据本发明实施例的保护电路结构三，如图7所示，由两个ptc和一个双向tvs组成，应用于平衡电路的场合，可以抑制瞬态差模干扰。

图8是根据本发明实施例的保护电路结构四，如图8所示，由两个ptc和两个双向tvs组成，应用于平衡电路的场合，可以同时抑制瞬态差模和共模干扰。

图9是根据本发明实施例的保护电路结构五，如图9所示，由两个ptc和三个双向tvs组成，应用于平衡电路的场合，可以同时抑制瞬态差模和共模干扰，差模干扰的击穿电压由并接在线路上的单个双向tvs确定。

在此需要说明的是，本实施例的过流过压保护器件还可以是其他的电路结构，可以进行任意的变化和组合，如将一个或多个ptc和一个单向tvs进行串联设置。

实施例2

本实施例还提供了一种过流过压保护方法，用于利用上述实施例中的过流过压保护器件实现过流过压保护，包括：当负载出现异常过流时，ptc将输出电流限制在预设电流范围内，可选的，ptc和tvs将输出电流限制在预设电流范围内；和/或，当输入电压出现过电压时，tvs将所述输出电压嵌位在预设电压范围内，并通过所述tvs产生的热能使得所述ptc进行过流保护，以避免所述tvs的损坏。

当负载出现异常过流时，ptc能按常规动作，将输出电流限制在很小的一个数值内；当输入出现过电压时，内部tvs能将输出嵌位在某个特定的电压，并通过tvs产生的热能，使得ptc在此异常情况下也会快速进行过流保护，避免tvs的损坏。

本实施例中的过流过压保护器件可以是上述实施例1中的器件。

实施例3

本实施例提供了一种过流过压保护器件，包括自恢复保险丝和瞬态抑制二极管。自恢复保险丝和瞬态抑制二极管以一定的方式紧贴并封装成一体，tvs在过压保护时产生的热量，能很好地传递给ptc。ptc因温度升高，其阻值迅速增大，从而避免tvs因温度过高而热击穿，大大地提高了tvs器件的可靠性。同时解决了常规ptc保护速度慢，以及在低温环境温度下不保护的缺陷。

自恢复保险丝和瞬态抑制二极管热耦合材料，可以但不限于以下几种组合途径：导电导热金属、绝缘导热膜、绝缘导热胶和锡膏等等。

过流过压保护器件的外形可包括插脚和贴片两种形式，外形可以由增加外壳或包封涂料涂覆形成。

自恢复保险丝和瞬态抑制二极管通过热耦合材料组合成一体，热耦合材料可以但不限于以下几种组合：导电导热金属、绝缘导热膜、绝缘导热胶和锡膏等等。对于器件由多个tvs组成的电路也可以通过tvs芯片堆叠的方式进一步缩小体积。

当线路电压低于tvs额定反向关断电压时，tvs处于反向关断状态，流过tvs的电流小于或等于其最大反向漏电流id，近乎开路，因而不会影响器件或电器设备的正常工作，此时线路上流经ptc的电流所产生的热能小，不会改变晶体结构，ptc处于低阻状态。当电压瞬间高于tvs击穿电压vbr时，tvs阻值迅速下降，导通大电流，将电压钳制在被保护器件或电器设备能承受的电压范围内，tvs导通并发热，热量迅速传递给ptc。流经自ptc的大电流产生的热量和由tvs耦合过来的热能，使ptc聚合树脂融化，体积迅速增长，形成高阻状态，工作电流迅速减小，从而对电路进行限制和保护。当故障排除后，自恢复保险丝重新冷却结晶，体积收缩，导电粒子重新形成导电通路，ptc恢复为低阻状态，tvs恢复为高阻状态，从而完成对电路的保护，无须人工更换。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应 包含在本发明的保护范围之内。