新型的热保护压敏电阻及浪涌保护器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种新型的热保护压敏电阻及浪涌保护器，新型的热保护压敏电阻包括压敏电阻(MOV)和合金型的温度保险丝(TCO)，该压敏电阻单元包括压敏电阻基片及第一MOV金属电极、第二MOV金属电极，该合金型的温度保险丝单元包括一壳体、第一TCO电极、第二TCO电极和焊接在该第一与第二TCO电极上的低熔点合金丝，该第二MOV金属电极和第一TCO电极为同一体电极，该低熔点合金丝被放置在该壳体中。它具有如下优点：缩短了压敏电阻单元与温度保险丝单元的热传导路径，更有效降低热传导路径的热阻抗，从而缩短了当压敏电阻异常发热时温度保险丝断开电路的所需时间，提高了温度保险丝的热保护功能的有效性，实现了提高压敏电阻使用安全性的目的。
【专利说明】新型的热保护压敏电阻及浪涌保护器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种新型的热保护压敏电阻及浪涌保护器。
【背景技术】
[0002]压敏电阻作为性价比最高的浪涌防护器件广泛地应用在低压配电系统中，但压敏电阻属于半导体器件，在使用过程中必然存在劣化失效，失效的主要方式是过电压应力呈现低阻抗击穿或器件耗损，等效阻抗降低，这两种失效方式经过一定的时间后最终都会形成短路，容易引发电气火灾，有效的防止方法是对压敏电阻增加可靠的热保护装置，在劣化过程中利用压敏电阻本体的发热使热保护装置动作，将压敏电阻从电路中脱离，避免电气火灾的发生。
[0003]温度保险丝(简称TC0)引脚焊接在压敏电阻(简称MOV)电极上并密闭在容腔中来对压敏电阻进行热保护的方式，对压敏电阻缓慢劣化过程中出现的过热现象有很好的保护效果，在中等受限电流保护上也有不错的效果，但随着UL1449以及IEC61643等标准对压敏失效过程中安全性要求的提高，对较大等级的短路电流耐受要求提升，该方式在压敏电阻承受暂时过电压时性能略显不足。
[0004]因此，本实用新型改变了对压敏电阻热保护的TCO的设计，这些设计包括:进行热传导优化设计，缩短热传导路径，减小热阻抗^fTCO电极设计成旋转对称结构，使得多根并联结构的低熔点合金在每个电气支路中的分布参数接近，从而使得流过每根低熔点合金的浪涌电流幅值接近，在满足相同的浪涌电流耐受要求时，低熔点合金所需的截面积最小；在TCO的壳体中间设计隔离的筋条，将每根低熔点合金进行隔离，形成相对独立空间，避免多根合金在熔断过程相互干扰。通过这些设计形成的一种热保护装置，既能在较低的温度下(通常不超过160°c )实现更快的脱离动作，又能在更短的时间内实现更大电流的分断，进一步提高热保护压敏电阻的安全性和热保护的可靠性，采用此类热保护压敏电阻设计的浪涌保护器具有更安全的故障电流耐受能力。
实用新型内容
[0005]本实用新型提供了一种新型的热保护压敏电阻，其克服了【背景技术】中所述的不足。
[0006]本实用新型解决其技术问题的所采用的技术方案之一是:
[0007]新型的热保护压敏电阻，它包括:
[0008]压敏电阻，包括压敏电阻基片及具有能导热导电的第一 MOV金属电极、第二 MOV金属电极，该压敏电阻基片之两表面都设有导电电极，该第一 MOV金属电极和第二 MOV金属电极分别焊接且电接两导电电极；
[0009]合金型温度保险丝，包括一壳体、第一 TCO电极、第二 TCO电极和焊接并电连接在该第一 TCO电极和第二 TCO电极之间的低熔点合金丝，该第二 MOV金属电极和第一 TCO电极为同一电极，该第一 TCO电极、第二 TCO电极和低熔点合金丝分别都通过该壳体装接在一起。
[0010]一实施例之中:该第二 MOV金属电极本体具有翘起的部分，该翘起的部分成为该第一 TCO电极。
[0011]一实施例之中:该第二 MOV金属电极本体边缘具有向外延伸的部分，该向外延伸的部分成为该第一 TCO电极。
[0012]一实施例之中:该第二MOV金属电极与该第一TCO电极通过焊接或压接方式连接，形成整体。
[0013]一实施例之中:该壳体设有一通孔，该第二 MOV金属电极翘起的部分自外向内穿过该通孔，该低熔点合金丝电连接该翘起的部分。
[0014]一实施例之中:该壳体为单面开口，该第二 MOV金属电极向外延伸的部分通过该开口伸进该壳体并扣接在该壳体，该低熔点合金丝电连接该向外延伸的部分。
[0015]一实施例之中:该合金型的温度保险丝还包括助熔断剂和封口树脂，该助熔断剂包裹该合金丝，该封口树脂与该壳体构成密闭容腔并固定TCO电极，该密闭容腔容纳着被该助熔断剂包裹着的该低熔点合金丝。
[0016]一实施例之中:该第一TCO电极、第二TCO电极和低熔点合金丝在壳体内部的部分关于第一 TCO电极和第二 TCO电极之间的中心面旋转对称。
[0017]一实施例之中:该壳体内部设有至少一个用于将该低熔点合金丝进行间隔隔离的筋条。
[0018]本实用新型解决其技术问题的所采用的技术方案之二是:
[0019]浪涌保护器，基于方案之一所述的新型的热保护压敏电阻，它包括三个热保护压敏电阻单元、装接壳体、气体放电管、第一引脚、第二引脚和连接件，该热保护压敏电阻单元包括一个新型的热保护压敏电阻或至少两个并联连接的新型的热保护压敏电阻，该三个热保护压敏电阻单元分别通过该第一 MOV金属电极和第二 TCO电极两两相接，并形成一闭合的环形结构，该三个两两相接处分别与该第一引脚、第二引脚和连接件进行电连接，该气体放电管的一端连接该连接件，其另一端电连接该第三引脚，该新型的热保护压敏电阻单元、气体放电管都装接在该装接壳体内，该第一引脚和第二引脚伸出该装接壳体之外并分别连接单相系统的零线和火线，该第三引脚伸出通过该气体放电管连接地端。
[0020]一实施例之中:该三个新型的热保护压敏电阻单元在空间上呈“ π ”型布局，或呈“H”型布局，或呈叠层结构布局。
[0021]本技术方案与【背景技术】相比，它具有如下优点:
[0022]1、该新型的热保护压敏电阻包括压敏电阻(MOV)和合金型温度保险丝(TCO)，该压敏电阻包括压敏电阻基片及具有能导热导电的第一 MOV金属电极、第二 MOV金属电极，该合金型的温度保险丝包括一壳体、第一 TCO电极、第二 TCO电极和焊接在该第一与第二 TCO电极上的低熔点合金丝，该第二 MOV金属电极和第一 TCO电极为同一体电极,该第一 TCO电极、第二 TCO电极和低熔点合金丝分别都通过该壳体装接在一起。上述方式缩短了压敏电阻与温度保险丝的热传导路径，更充分地利用了压敏电阻的热量，实现了较低温度下温度保险丝迅速熔断，使压敏电阻脱离回路，及更短的时间内大电流的分断，提高了温度保险丝热保护的可靠性，从而提高了压敏电阻的安全性。
[0023]2、该第二 MOV金属电极本体具有翘起的部分，该翘起的部分成为该第一 TCO电极。该第二 MOV金属电极本体边缘具有向外延伸的部分,该向外延伸的部分成为该第一 TCO电极。第二 MOV金属电极与该第一 TCO电极通过焊接或压接方式连接，形成整。缩短了低熔点合金与压敏电阻之间的电传导距离，减少它们之间的热阻抗，当压敏电阻在失效时产生的热量会在尽可能短的时间传导到低熔点合金上，使低熔点合金在最短时间内熔断，将压敏电阻从电路中脱离。
[0024]3、该第二 MOV金属电极本体中间翅起的部分成为该第一 TCO电极；该壳体设有一通孔，该翘起的部分自外向内穿过该通孔，该合金丝装接在该壳体中，并在该壳体中与该翘起的部分电连接，结构紧凑，缩小体积。
[0025]4、该第一 TCO电极、第二 TCO电极和低熔点合金丝在壳体内部的部分关于第一TCO电极和第二 TCO电极之间的中心面旋转对称。将电极设计成旋转对称结构，使得多根并联连接的低熔点合金在每个电气支路中的分布参数接近，从而使得流过每根低熔点合金的浪涌电流幅值接近，在满足相同的浪涌电流耐受要求时，低熔点合金所需的截面积最小，使TCO具有更大的通流能力。在特定频率下，并联的每个支路的分布参数是由低熔点合金以及电极的形状、长度和截面积确定的。因此保证每个支路的各种材料一致，形状等的相对一致，就可以保证每个支路的分布参数接近。
[0026]5、该壳体内部设有至少一个用于将该低熔点合金丝进行间隔隔离的筋条。筋条将两两相邻的低熔点合金分隔在筋条的两边，避免某一根低熔点合金在熔化时连接到其他低熔点合金上，造成安全距离不够，使得温度动作失败。
[0027]6、浪涌保护器，它包括三个热保护压敏电阻单元、装接壳体、气体放电管、第一引脚、第二引脚和连接件，该热保护压敏电阻单元包括一个新型的热保护压敏电阻或至少两个并联连接的新型的热保护压敏电阻，该三个热保护压敏电阻单元分别通过该第一 MOV金属电极和第二 TCO电极两两相接，并形成一闭合的环形结构，该三个两两相接处分别与该第一引脚、第二引脚和连接件进行电连接，该气体放电管的一端连接该连接件，其另一端电连接该第三引脚，该新型的热保护压敏电阻单元、气体放电管都装接在该装接壳体内，该第一引脚和第二引脚伸出该装接壳体之外并分别连接单相系统的零线和火线，该第三引脚伸出通过该气体放电管连接地端。该结构的浪涌保护器具有较小的体积，具备了更高的故障电流耐受能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
[0029]图1a绘示了新型的热保护压敏电阻的原理图。
[0030]图1b绘示了浪涌保护器的原理图之一。
[0031]图1c绘示了浪涌保护器的原理图之二。
[0032]图2绘示了实施例一所述的新型的热保护压敏电阻的一种实施方式的爆炸图。
[0033]图3绘示了实施例一所述的新型的热保护压敏电阻的一种实施方式的组装示意图之一。
[0034]图4绘示了实施例一所述的新型的热保护压敏电阻的一种实施方式的组装示意图之二。
[0035]图5绘示了实施例一所述的新型的热保护压敏电阻的一种实施方式的组装示意图之三。
[0036]图6绘示了实施例二所述的浪涌保护器一种实施方式的爆炸图之一。
[0037]图7绘示了实施例二所述的浪涌保护器一种实施方式的组装图。
[0038]图8绘示了实施例二所述的浪涌保护器一种方式的爆炸图之二。
【具体实施方式】
[0039]实施例一:请查阅图1a以及图2至图5，新型的热保护压敏电阻，它包括:
[0040]压敏电阻1，包括压敏电阻基片11及具有能导热导电的第一 MOV金属电极12、第二MOV金属电极13,该压敏电阻基片之两表面都设有导电电极14,该第一 MOV金属电极12和第二 MOV金属电极13分别焊接且电接两导电电极14 ；
[0041]合金型的温度保险丝2，包括一壳体21、第一 TCO电极24、第二 TCO电极22和焊接在该第一 TCO电极24和第二 TCO电极22上的低熔点合金丝23，该第二 MOV金属电极13和第一 TCO电极24为同一体电极，该合金丝23直接电连接该压敏电阻单元I的第二 MOV金属电极13，该第一 TCO电极24、第二 TCO电极22和低熔点合金丝23分别都通过该壳体装接在一起。
[0042]第一较佳方案中，请查阅图2、图3和图4，该第一 TCO电极24是由第二金属电极13本体中间通过冲压折弯形成的一翘起的部分131。该壳体21设有一通孔211，该翘起的部分131自外向内穿过该通孔211，该低熔点合金丝23装接在该壳体21中，并电连接该翘起的部分131。
[0043]第二较佳方案中，请查阅图5，该第一 TCO电极24是由第二 MOV金属电极13边缘向外延伸形成的向外延伸的部分132，该壳体21为单面开口，该向外延伸的部分132通过该开口伸进该壳体21并扣接在该壳体21上，该低熔点合金丝23装接在该壳体21中，并电连接该向外延伸的部分132。
[0044]第三较佳方案中:该第二 MOV金属电极与该第一 TCO电极通过焊接或压接方式连接，形成整体。
[0045]上述第一、第二、第三较佳方案中所述的第一 TCO电极的形成方式以及第一 TCO电极和第二 MOV金属电极的连接方式缩短了低熔点合金与压敏电阻之间的电传导距离，减少它们之间的热阻抗，当压敏电阻在失效时产生的热量会在尽可能短的时间传导到低熔点合金上，使低熔点合金在最短时间内熔断，将压敏电阻从电路中脱离。如果压敏电阻与低熔点合金丝间的热阻抗较大，压敏电阻与低熔点合金丝之间会存在较大的温度差，使低熔点合金丝实际感受到的温度达到低熔点合金丝的熔断温度的时间变长，如热阻抗特别大时，由于温度差过大，甚至出现在低熔点合金丝出现熔断动作之前压敏电阻失效起火燃烧的现象，从而导致温度保险丝失去保护压敏电阻的作用。
[0046]该第一 TCO电极、第二 TCO电极和低熔点合金丝在壳体内部的部分关于第一 TCO电极和第二 TCO电极之间的中心面旋转对称。将电极设计成旋转对称结构，使得多根并联连接的低熔点合金在每个电气支路中的分布参数接近，从而使得流过每根低熔点合金的浪涌电流幅值接近，在满足相同的浪涌电流耐受要求时，低熔点合金所需的截面积最小，可以使TCO具有更大的通流能力。
[0047]该壳体21设有至少一个用于将该低熔点合金丝进行间隔隔离的筋条212。筋条212将两两相邻的低熔点合金分隔在筋条的两边，避免某一根低熔点合金在熔化时连接到其他低熔点合金上，造成安全距离不够，使得温度动作失败。
[0048]该合金型的温度保险丝2还包括助熔断剂和封口树脂，该助熔断剂包裹该合金丝23，该封口树脂与该壳体21构成密闭容腔并固定第一 TCO电极24、第二 TCO电极22，该密闭容腔容纳着被该助熔断剂包裹着的该低熔点合金丝23。该封口树脂可以是市售的高温树脂。
[0049]该新型的热保护压敏电阻还包括一绝缘外壳3，通过该壳体21固定装设在一起的温度保险丝单元I和压敏电阻单元2分别都装接在该绝缘外壳3内，且第一 MOV金属电极12和第二 TCO电极22伸出该绝缘外壳3之外。该结构体积小，装接牢固，便于安装。
[0050]本实施例中，该第二 TCO电极22靠近该合金丝23端设有若干个小孔221，压敏电阻在劣化过程中会迅速产生热量由第二 MOV金属电极13向合金丝23传导，并由第二 TCO电极22向与之连接电路板等物体传导；若在第二 TCO电极22设有若干个小孔221，经由第二TCO电极22向与之连接电路板等物体传导热量就会受到阻碍，合金丝23的热量会迅速累积，使其达到熔点温度，及早动作。
[0051]根据压敏电阻浪涌防护性能的要求，该低熔点合金丝23的根数可以在1-10根内配置。同理，其长度也可以在2-20mm内选取，其熔点可以为60_250°C。
[0052]按照本实施例中所述的方式进行生产的标称压敏电压为470V ;标称放电电流为1kA的新型的热保护压敏电阻，包括两根直径为1.2mm、长度为5mm的柱状体合金丝。它与按目前方式生产的相同规格产品在开路电压800V、短路电流20A的测试条件下，进行断开时间的测试比较，两种产品的测试数据如表I所示。
[0053]表I
[0054]
断开时间s
~1#2#3#4#5# ~
本实施例产品4776 3Γθ8 ^3Γθ2 47^8^ΛΙ
目前技术产品9.85 10.64 9^6 丨 8.59 9.849.70
[0055]从表I中可以看到，按照本实施例中所述的方式进行生产的新型的热保护压敏电阻较按目前技术方式生产的相同规格产品在相同的测试条件下，其断开时间缩短一半以上，性能明显提高，实现了较低温度下温度保险丝单元迅速熔断，使压敏电阻脱离回路，及更短的时间内大电流的分断，提高了温度保险丝热保护的可靠性，从而提高了压敏电阻的安全性。
[0056]实施例二:请查阅图lb、图lc、图6、图7和图8，浪涌保护器，它包括三个热保护压敏电阻单元10、装接壳体20、一气体放电管30、一第一引脚40、一第二引脚50和一连接件60，该热保护压敏电阻单元包括一个新型的热保护压敏电阻或至少两个并联连接的新型的热保护压敏电阻，该三个热保护压敏电阻单元10分别都通过其各自的第一 MOV金属电极12和第二 TCO电极22两两相接，并形成一闭合的环形结构。该两两相接处分别与该第一引脚40、第二引脚50和连接件60进行电连接，该气体放电管30的一端连接该连接件60，其另一端电连接一第三引脚70，该热保护压敏电阻单元10、气体放电管30都装接在该装接壳体20内，该第一引脚40和第二引脚50伸出该装接壳体20之外并分别连接单相系统的零线和火线，该第三引脚70通过该气体放电管30伸出该装接壳体20之外并连接单相系统的地端。该两两相接处通过该第一引脚40、第二引脚50和连接件60进行电连接避免了压敏电阻失效过程中由熔融物质造成的电气短路，提高了安全性能。该结构的浪涌保护器具有较小的体积，具备了更高的故障电流耐受能力，其原因在于一个浪涌保护器中的多个TCO不可能完全同时动作，当没有动作的TCO将电压限制在较低时，先动作的TCO会很容易断开电流，而当最后一个TCO将断开时，由于经过一段时间的热量累计，加上电流导致的低熔点合金自身发热，断开更为容易。举例:一个需要满足60kA雷电浪涌测试的浪涌保护器，分别采用以下方案进行，方案一采用三个新型的热保护压敏电阻单元并联设计(即上述方案)，单个新型的热保护压敏电阻单元的浪涌耐受能力为25kA，三个TCO的额定工作电流为15A;方案二采用一个新型的热保护压敏电阻单元，浪涌耐受能力为60kA，TCO的额定工作电流为40A。假设这两种方案的产品在应用中遇到过电压，会产生100A故障过电流流过该热保护压敏电阻单元的回路；那么，方案一的产品会出现三个热保护压敏电阻单元逐渐脱离电路，当只剩最后一个热保护压敏电阻单元时，由于其额定电流只有15A，在100A时，TCO低熔点合金丝的自身发热会很明显，加速熔断；方案二的产品，由于额定电流为40A，TCO低熔点合金丝的自身发热没有方案一中迅速，只能依靠压敏电阻的发热导致其熔断。其中，该两种方案中的压敏电阻的发热性能是一样的。
[0057]本实施例中，上述浪涌保护器的技术方案只列举了单相系统的全模保护方案，通过本技术方案的启发，很容易去掉部分器件而形成单相差模、共模的保护方案或增加同样的压敏电阻保护单元形成三相系统的全模、共模和差模保护方案，在此处不再一一列举。
[0058]一较佳方案中，请查阅图7，该三个新型的热保护压敏电阻单元在空间上呈“ π ”型布局，或呈“H”型布局；
[0059]另一较佳方案中，请查阅图8，该三个新型的热保护压敏电阻单元在空间上呈叠层结构，可以有效地提高产品性能，降低产品安装时的占板面积。
[0060]以上所述，仅为本实用新型较佳实施例而已，故不能依此限定本实用新型实施的范围，即依本实用新型专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖的范围内。
【权利要求】
1.新型的热保护压敏电阻，其特征在于:包括: 压敏电阻，包括压敏电阻基片及具有能导热导电的第一 MOV金属电极、第二 MOV金属电极，该压敏电阻基片之两表面都设有导电电极，该第一 MOV金属电极和第二 MOV金属电极分别焊接且电接两导电电极； 合金型温度保险丝，包括一壳体、第一 TCO电极、第二 TCO电极和焊接并电连接在该第一TCO电极和第二 TCO电极之间的低熔点合金丝，该第二 MOV金属电极和第一 TCO电极为同一电极，该第一 TCO电极、第二 TCO电极和低熔点合金丝分别都通过该壳体装接在一起。
2.根据权利要求1所述的新型的热保护压敏电阻，其特征在于:该第二MOV金属电极本体具有翘起的部分，该翘起的部分成为该第一 TCO电极。
3.根据权利要求1所述的新型的热保护压敏电阻，其特征在于:该第二MOV金属电极本体边缘具有向外延伸的部分，该向外延伸的部分成为该第一 TCO电极。
4.根据权利要求1所述的新型的热保护压敏电阻，其特征在于:该第二MOV金属电极与该第一 TCO电极通过焊接或压接方式连接，并形成整体。
5.根据权利要求2所述的新型的热保护压敏电阻，其特征在于:该壳体设有一通孔，该第二 MOV金属电极翘起的部分自外向内穿过该通孔，该低熔点合金丝一端焊接在该翘起的部分。
6.根据权利要求3所述的新型的热保护压敏电阻，其特征在于:该壳体为单面开口，该第二 MOV金属电极向外延伸的部分通过该开口伸进该壳体并扣接在该壳体,该低熔点合金丝一端焊接在该向外延伸的部分。
7.根据权利要求1所述的新型的热保护压敏电阻，其特征在于:该合金型的温度保险丝还包括助熔断剂和封口树脂，该助熔断剂包裹该合金丝，该封口树脂与该壳体构成密闭容腔并固定TCO电极，该密闭容腔容纳着被该助熔断剂包裹着的该低熔点合金丝。
8.根据权利要求1所述的新型的热保护压敏电阻，其特征在于:该第一TCO电极、第二TCO电极和低熔点合金丝在壳体内部的部分关于第一 TCO电极和第二 TCO电极之间的中心面旋转对称。
9.根据权利要求1所述的新型的热保护压敏电阻，其特征在于:该壳体内部设有至少一个用于将该低熔点合金丝进行间隔、隔离的筋条。
10.浪涌保护器，基于权利要求1至9中任一项所述的新型的热保护压敏电阻，其特征在于:包括三个热保护压敏电阻单元、装接壳体、气体放电管、第一引脚、第二引脚和连接件，该热保护压敏电阻单元包括一个新型的热保护压敏电阻或至少两个并联连接的新型的热保护压敏电阻，该三个热保护压敏电阻单元分别通过该第一 MOV金属电极和第二 TCO电极两两相接，并形成一闭合的环形结构，该三个两两相接处分别与该第一引脚、第二引脚和连接件进行电连接，该气体放电管的一端连接该连接件，其另一端电连接第三引脚，该新型的热保护压敏电阻单元、气体放电管都装接在该装接壳体内，该第一引脚和第二引脚伸出该装接壳体之外并分别连接单相系统的零线和火线，该第三引脚伸出通过该气体放电管连接地端。
11.根据权利要求10所述的浪涌保护器，其特征在于:该三个新型的热保护压敏电阻单元在空间上呈“ H ”型布局，或呈“H”型布局，或呈叠层结构布局。
【文档编号】H01C1/16GK203950625SQ201420306127
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年6月10日 优先权日:2014年6月10日
【发明者】徐忠厚 申请人:厦门赛尔特电子有限公司