保护元器件、多级保护装置及电子电气设备的制作方法

1.本发明涉及过电压过电流防护领域，尤其涉及一种保护元器件、多级保护装置及电子电气设备。


背景技术：

2.目前，在过电压过电流的防护中常用的防护器件包括设备级防护器件、板载级防护器件等，设备级防护器件指的是一般情况下可以独立使用的元器件，比如防雷器、空气开关、熔断丝等大型防护器件，板载级防护器件指的是一般情况下焊接于电路板上进行使用的元器件，比如气体放电管(gas discharge tube，gdt)、瞬变电压抑制二极管(transient voltage suppressor，tvs)等小型防护器件。但是，现有的板载级防护器件通常仅防护某一种过电压过电流，比如浪涌过电压过电流，而无法防护多种过电压过电流。


技术实现要素：

3.基于此，本技术提供了一种保护元器件、多级保护装置及电子电气设备，以解决现有的板载级防护器件无法防护多种过电压过电流的问题。
4.第一方面，本技术提供了一种保护元器件，所述保护元器件用于在第一外部电路发生过电压过电流时保护第二外部电路；所述保护元器件包括：
5.壳体；
6.两个第一连接端子，均设置于所述壳体上，用于连接所述第一外部电路；
7.两个第二连接端子，均设置于所述壳体上，用于连接所述第二外部电路；
8.两个过电流保护元件，均封装于所述壳体内，每个所述过电流保护元件分别连接于一所述第一连接端子和与所述第一连接端子对应的第二连接端子之间；
9.过电压保护元件，封装于所述壳体内，所述过电压保护元件连接于两个所述第二连接端子之间；
10.其中，所述过电压保护元件设置于所述两个过电流保护元件之间。
11.第二方面，本技术提供了一种多级保护装置，所述多级保护装置包括：
12.如第一方面所述的保护元器件；
13.保护电路，所述保护电路与所述保护元器件连接，作为所述保护元器件的前级防护或者后级防护。
14.第三方面，本技术提供了一种电子电气设备，包括如第一方面所述的保护元器件或如第二方面所述的多级保护装置。
15.本技术实施例提供的保护元器件、多级保护装置及电子电气设备，该保护元器件包括：两个设置于壳体上的第一连接端子，用于连接第一外部电路；两个设置于壳体上的第二连接端子，用于连接第二外部电路；两个封装于壳体内的过电流保护元件，各过电流保护元件分别连接于一第一连接端子和相对应的第二连接端子之间；封装于壳体内的过电压保护元件，连接于两个第二连接端子之间；其中，过电压保护元件设置于两个过电流保护元件
之间。因此，由于保护器件设置有过电流保护元件与过电压保护元件，并且过电压保护元件设置于两个过电流保护元件之间，因此在第一外部电路发生窄脉冲或宽脉冲过电压过电流时，过电流保护元件与过电压保护元件可以相互配合保护第二外部电路，即保护元器件可以防护各种过电压过电流。
附图说明
16.图1是本技术各实施例中保护元器件的一种可选的应用场景示意图；
17.图2是本技术各实施例中保护元器件的另一种可选的应用场景示意图；
18.图3是本技术实施例中保护元器件的一种结构示意图；
19.图4是本技术实施例中保护元器件与外部电路的一种连接示意图；
20.图5是本技术实施例中保护元器件的一种电路结构示意图；
21.图6是本技术实施例中的多级保护装置的一种电路结构示意图；
22.图7是本技术实施例中的电子电气设备的一种结构示意性框图；
23.图8是本技术实施例中的电子电气设备的另一种结构示意性框图。
具体实施方式
24.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
25.下面结合附图，对本技术的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
26.本技术实施例所述的保护元器件10，可以连接于第一外部电路20和第二外部电路30之间，用于在第一外部电路20发生过电压过电流时保护第二外部电路30，保护元器件10的数量可以根据实际需求设置。在一些实施方式中，如图1所示，若一个保护元器件10可以满足第一外部电路20和第二外部电路30的连接需求，则可以只选择一个保护元器件10。在一些实施方式中，如图2所示，若一个保护元器件10无法满足第一外部电路20和第二外部电路30的连接需求，则可以选择多个保护元器件10，需要说明的是，图2仅仅只是示例性的画出两个保护元器件10。
27.在一些实施方式中，在第一外部电路20发生各种过电压过电流时，保护元器件10都可以有效保护第二外部电路30。其中，前述的各种过电压过电流可以包括窄脉冲过电压过电流以及宽脉冲过电压过电流，窄脉冲过电压过电流指的是持续时间为微秒级的过电压过电流，比如几十微秒的浪涌过电压过电流等，而宽脉冲过电压过电流指的是持续时间为毫秒级以上的过电压过电流，比如几十毫秒的操作过电压过电流、几分钟的稳态过电压过电流等。在一些实施方式中，第一外部电路20与第二外部电路30可以是同一设备内的不同电路，或者，第一外部电路20与第二外部电路30可以是不同设备内的电路。
28.示例性的，第一外部电路20与第二外部电路30是同一设备内的不同电路，例如第一外部电路20可以是通信芯片电路，第二外部电路30可以是通信串口电路，当通信芯片电路发生过电压过电流时，比如浪涌过电压过电流，保护元器件10可以有效地保护通信串口
电路。
29.示例性的，第一外部电路20与第二外部电路30分别是两个设备内的电路，例如第一外部电路20可以是电源电路，第二外部电路30可以是变压电路，当电源电路发生过电压过电流时，比如雷电过电压过电流，保护元器件10可以有效地保护变压电路。
30.本技术实施例提供的保护元器件10，如图3所示，该保护元器件10包括：壳体101、两个第一连接端子102、两个第二连接端子103、两个过电流保护元件104与过电压保护元件105。
31.其中，两个第一连接端子102与两个第二连接端子103均设置于壳体101上，需要说明的是，图3仅仅只是第一连接端子102与第二连接端子103在壳体101上的一种设置方式，本技术并不局限于此。其中，两个第一连接端子102用于连接第一外部电路20，两个第二连接端子103用于连接第二外部电路30；另外，一个第一连接端子102对应一个第二连接端子103，即有两对连接端子。
32.示例性的，如图4所示，图中上方的第一连接端子102与第二连接端子103相对应，图中下方的第一连接端子102与第二连接端子103相对应，即有两对连接端子；另外，在没有保护元器件10的情况下，第一外部电路20的a端和b端可以分别与第二外部电路30的c端和d端连接。基于此，两个第一连接端子102分别连接a端和b端，两个第二连接端子103分别连接c端和d端，并且，a端和c端连接其中一对连接端子，b端和d端连接另外一对连接端子。
33.其中，两个过电流保护元件104与过电压保护元件105均封装于壳体101内，且过电压保护元件105设置于两个过电流保护元件104之间，简单理解就是过电压保护元件105的上方或下方均是电流保护元件104。基于此，在发生过电流过电压时过电压保护元件105能够产生热量，而由于过电压保护元件105设置于两个过电流保护元件104之间，因此过电压保护元件105产生的热量能有效地传递给两个过电流保护元件104，即过电压保护元件105能够加热两个过电流保护元件104。
34.在一些实施方式中，过电流保护元件104包括温度敏感型元件，当超过一定的温度(或居里温度)时其阻值呈阶跃性增高，因此若有过电流发生时元件温度升高，使得阻值增高，从而可以用于防护过电流；另外，过电流保护元件104的响应时间为毫秒级。因此过电流保护元件104可以包括正温度系数(positive temperature coefficient，ptc)热敏电阻。
35.在一些实施方式中，过电压保护元件105包括电压敏感型元件，当超过一定的电压时其阻值急剧下降，因此若有过电压发生时元件阻值下降，元件吸收过电压能量，即吸收电能量，从而可以用于防护过电压；另外，过电压保护元件105的响应时间为纳秒级。因此过电压保护元件105可以包括金属氧化物压敏电阻(metal oxide varistor，mov)、气体放电管、瞬变电压抑制二极管等。
36.在一些实施方式中，在发生过电压过电流时，由于热胀冷缩两个过电流保护元件104与过电压保护元件105的体积都会增大，因此两个过电流保护元件104与过电压保护元件105之间可以设置有间隙。基于此，在发生过电压过电流时，间隙可以使得体积增大的三个元件不互相挤压，从而提高了元件的使用寿命。另外，由于间隙相对较小，因此过电压保护元件105还是可以有效的加热两个过电流保护元件104。需要说明的是，间隙的大小可以根据实际合理设置。
37.在一些实施方式中，在发生过电压过电流时，由于热胀冷缩两个过电流保护元件
104与过电压保护元件105的体积都会增大，因此两个过电流保护元件104与过电压保护元件105之间可以设置有导热绝缘层。基于此，在发生过电压过电流时，具备弹性的导热绝缘层可以承受三个体积增大的元件的挤压，如此可以使三个元件不互相积压，从而提高了元件的使用寿命。另外，由于导热绝缘层能够传递热量，因此过电压保护元件105还是可以有效的加热过电流保护元件104，并且，由于导热绝缘层具备绝缘性，因此也不会造成三个元件之间的电气干扰。需要说明的是，导热绝缘层的弹性参数、导热参数、绝缘参数等可以根据实际合理设置。
38.如图5所示，其为保护元器件10的电路结构示意图，每一个过电流保护元件104均连接于一个第一连接端子102和与该第一连接端子对应的第二连接端子103之间，而过电压保护元件105连接于两个第二连接端子103之间。基于此，由于保护元器件10设置有过电流保护元件104与过电压保护元件105，并且过电压保护元件105设置于两个过电流保护元件104之间，因此在第一外部电路20发生窄脉冲或宽脉冲过电压过电流时，过电流保护元件104与过电压保护元件105可以相互配合保护第二外部电路30，即本技术实施例中的保护元器件10可以防护各种过电压过电流。
39.在一些实施例中，在第一外部电路20发生窄脉冲过电压过电流时，响应时间为纳秒级的过电压保护元件105先动作，具体为过电压保护元件105的阻值急剧下降，相当于过电压保护元件105导通，过电压保护元件105吸收电能量，因此能够将电压钳位在第二外部电路30能够承受的电压范围之内，从而保护了第二外部电路30。另外，由于窄脉冲过电压过电流的持续时间为微秒级而过电压保护元件105可以有效防护此类过电压过电流，因此此时过电流保护元件104只是起到辅助作用。
40.在一些实施例中，在第一外部电路20发生宽脉冲过电压过电流时，响应时间为纳秒级的过电压保护元件105先动作，具体为过电压保护元件105的阻值急剧下降，相当于过电压保护元件105导通，过电压保护元件105吸收电能量，因此能够将电压钳位在第二外部电路30能够承受的电压范围之内。另外，由于宽脉冲过电压过电流的持续时间为微秒级以上而过电压保护元件105不能有效防护此类过电压过电流，因此，在过电压保护元件105吸收电能量产生热量的同时，过电压保护元件105能够将热量传递给与其交替堆叠设置的过电流保护元件104，以加热过电流保护元件104，加快了过电流保护元件104的响应速度，使过电流保护元件104动作并防护此类过电压过电流，具体为过电流保护元件104的阻值剧增，因此将电流限制在第二外部电路30能够承受的电流范围之内。因此可以看出，过电流保护元件104与过电压保护元件105相互配合保护第二外部电路30。另外，由于过电压保护元件105加快了过电流保护元件104的响应速度，因此过电流保护元件104能够有效保护过电压保护元件105不被烧毁失效，既保证了保护元器件10的可靠性又延长了过电压保护元件105的使用寿命。
41.示例性的，本技术实施例中的保护元器件10可以用于rs-232串口电路的防护，因此可以根据该串口设置过电流保护元件104和过电压保护元件105。例如，选择mov作为过电压保护元件105，选择ptc热敏电阻作为过电流保护元件104。基于此，根据rs-232串口的最大工作电压可以选择mov的最大工作电压18v；根据rs-232串口的工作电流为20ma左右选择ptc的额定电流为60ma，开关电流为120ma；根据rs-232串口的应用环境最高温度，选择ptc的开关温度(居里温度)，比如最高温度为50℃，则ptc的开关温度(居里温度)可选为85℃。
基于此，rs-232串口电路可以连接于保护元器件10的第二连接端子103，再通过第一连接端子102连接到其他电路，例如芯片电路，如此，在芯片电路发生窄脉冲或宽脉冲过电压过电流时，保护元器件10都可以有效保护rs-232串口电路，具体保护原理如上所述，此处不再赘述。
42.本技术实施例还提供一种多级保护装置，如图6所示，包括如上所述的保护元器件10以及保护电路40，其中，保护电路40与保护元器件10连接，作为保护元器件10的前级防护或后级防护。在一些实施方式中，保护电路40可以包括板载级防护器件，比如过电压保护元件。
43.在一些实施例中，保护电路40连接于保护元器件10的第一连接端子102作为保护元器件10的前级防护或者后级防护。如此，由于过电流保护元件104存在一定的阻值，因此还可以用于保护元器件10与保护电路40之间的去耦，如此不需要增加额外的耦合元件。
44.在一些实施方式中，若保护电路40作为保护元器件10的前级防护，则第一连接端子102连接输入电路，第二连接端子103连接输出电路。可以理解的是，在发生过电压过电流时，前述的连接方式可以使得过电压过电流先通过保护电路40，再通过过电流保护元件104，如此保护电路40可以有效地保护过电流保护元件104，提高了过电流保护元件104的使用寿命。
45.在一些实施方式中，若保护电路40作为保护元器件10的后级防护，则第一连接端子102连接输出电路，第二连接端子103连接输入电路。可以理解的是，在发生过电压过电流时，前述的连接方式可以使得过电压过电流先通过过电压保护元件105，再通过过电流保护元件104，如此过电压保护元件105可以有效地保护过电流保护元件104，提高了过电流保护元件104的使用寿命。
46.因此，多级保护装置不仅可以用于防护窄脉冲或宽脉冲过电压过电流，而且保护电路40与保护元器件10之间也不需要设置额外的耦合元件。
47.本技术实施例还提供一种电子电气设备，如图7所示，该电子电气设备包括如上所述的保护元器件。或者，如图8所示，该电子电气设备包括如上所述的多级保护装置。具体实施请参照上述论述，此处不再赘述。
48.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。