專利名稱：一種防雷電保護(hù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及雷電防護(hù)領(lǐng)域，尤其是一種用于電子汽車衡儀表防止雷擊的防雷電保護(hù)器。
背景技術(shù)：
雷電產(chǎn)生條件是雷雨云中有積累并形成極性，當(dāng)空間有帶電的雷云出現(xiàn)時(shí)，雷云下的地面及建筑物等都由于靜電感應(yīng)的作用而帶上相反的電荷，由于雷云的出現(xiàn)到發(fā)生雷擊所需要的時(shí)間相對(duì)于放電過(guò)程的時(shí)間要長(zhǎng)得多，因此大地可以有充分的時(shí)間積累大量的電荷。電子汽車衡大多數(shù)安裝在室外，一般不設(shè)避雷針，秤體有可能成為直擊雷的載體將高壓電流引入稱重系統(tǒng)的電路里來(lái)，雷電發(fā)生時(shí)，其可在短時(shí)間以脈沖的形式通過(guò)強(qiáng)大的電流和產(chǎn)生極高的電壓，電流峰值有幾十千安到幾百千安，時(shí)間通常只有幾微秒到十幾微秒，由于雷電流有極大的幅值和陡度，在它周圍的空間將有強(qiáng)大的、變化的電磁場(chǎng)，處在其中的導(dǎo)體、金屬結(jié)構(gòu)以及電力裝置中產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓，可達(dá)幾十萬(wàn)伏，如此高的電壓對(duì)工作中電子汽車衡的儀表造成巨大的損壞。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是針對(duì)現(xiàn)有防止電子汽車衡儀表被雷擊的技術(shù)不足，提供了一種防雷電保護(hù)器，避免高電壓對(duì)電子汽車衡儀表的損壞。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種防雷電保護(hù)器，為外部交流電源口防雷保護(hù)電路和內(nèi)部直流電源防雷保護(hù)電路，外部交流電源口防雷保護(hù)電路主要元器件包括壓敏電阻和氣體放電管，內(nèi)部直流電源防雷保護(hù)電路包括一個(gè)PPTC熱敏電阻器和TVS 二極管。 所述的壓敏電阻是以氧化鋅為主要成分的金屬氧化物半導(dǎo)體非線性電阻，主要參數(shù)有:壓敏電壓、通流容量(較大，但小于氣體放電管)、結(jié)電容(幾百 幾千nF )、響應(yīng)時(shí)間US級(jí)，快于氣體放電管)；所述的壓敏電阻具有優(yōu)良的能量耐受特性，而能量耐受特性主要體現(xiàn)在額定雷電沖擊電流、最大雷電沖擊電流和能量耐量中，這些特性與氧化鋅壓敏電阻的表面積和元件的散熱條件有關(guān)；所述的壓敏電阻最大的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)它吸收脈沖電壓時(shí)因殘壓高于工作電壓，不會(huì)造成電源的瞬間短路，也不會(huì)產(chǎn)生續(xù)流。所述的氣體放電管為開(kāi)關(guān)型的保護(hù)元件，有二電極和三電極兩種結(jié)構(gòu)氣體放電管，是一種陶瓷或玻璃封裝，管內(nèi)再充以一定壓力的惰性氣體(如氬氣)，主要指標(biāo)有:響應(yīng)時(shí)間(數(shù)百ns以至數(shù)ms )、直流擊穿電壓(20 50V)、沖擊擊穿電壓(一般大于600V)；所述的氣體放電管擊穿電壓對(duì)脈沖電壓的上升速率十分敏感，電壓上升速率越快，點(diǎn)火電壓越高，響應(yīng)時(shí)間越快；[0011]所述的氣體放電管具有很強(qiáng)的承受大能量沖擊的能力，氣體放電管的耐流能力與管徑有關(guān)，管徑越大，耐流能力越好。所述的熱敏電阻器PPTC電路保護(hù)器件采用半晶體狀聚合物與導(dǎo)電性顆粒復(fù)合制造，電阻隨溫度升高而增加，所述的二極管TVS是瞬態(tài)電壓抑制二極管，當(dāng)有脈沖干擾進(jìn)入電源線路時(shí)，TVS會(huì)動(dòng)作，對(duì)流向后端電路的瞬間電流進(jìn)行分流，而受保護(hù)的后端電壓被限制在TVS兩端的箝制電壓；PPTC的動(dòng)作速度慢于TVS，在大電流的作用下，PPTC呈高阻，會(huì)斷開(kāi)后級(jí)電路，可以起到減少TVS瀉流時(shí)間，保護(hù)TVS的功能。壓敏電阻一般是由金屬氧化物制成，以氧化鋅為主要成分的金屬氧化物半導(dǎo)體非線性電阻，當(dāng)加在電阻兩端的電壓小于壓敏電壓時(shí)，壓敏電阻呈高阻狀態(tài)，如果并聯(lián)在電路上，該閥片呈斷路狀態(tài)；當(dāng)加在壓敏電阻兩端的電壓大于壓敏電壓時(shí)，壓敏電阻就會(huì)擊穿，呈現(xiàn)低阻值，甚至接近短路狀態(tài)；壓敏電阻這種被擊穿狀態(tài)是可以恢復(fù)的，當(dāng)高于壓敏電壓的電壓被撤銷以后，它又恢復(fù)高阻狀態(tài)。當(dāng)電力線被雷擊時(shí)，雷電波的高電壓使壓敏電阻擊穿，雷電流通過(guò)壓敏電阻流入大地，使電力線上的類電壓被鉗制在安全范圍內(nèi)，這個(gè)鉗制電壓一般是幾十福特。壓敏電阻的主要參數(shù)有:壓敏電壓、通流容量(較大，但小于氣體放電管)、結(jié)電容(幾百 幾千nF )、響應(yīng)時(shí)間(nS級(jí)，快于氣體放電管)。壓敏電阻的壓敏電壓(min(UlmA))、通流容量是電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮的，在直流回路中，有:min (UlmA)大于(1.8 2) Udc，式中Udc為回路中的直流工作電壓；在交流回路中，有:min (UlmA)大于(2.2 2.5) Uac，式中Uac為回路中的交流工作電壓；上述取值原則主要是為了保證壓敏電阻在電源電路中應(yīng)用時(shí)，有適當(dāng)?shù)陌踩６?；壓敏電阻的通流容量?yīng)根據(jù)防雷電路的設(shè)計(jì)指標(biāo)來(lái)定；一般而言，壓敏電阻能夠承受兩次電流沖擊而不損壞的通流值應(yīng)大于防雷電路的設(shè)計(jì)通流量。壓敏電阻的失效模式主要是短路，當(dāng)通過(guò)的過(guò)電流太大時(shí)，可能造成閥片被炸裂而開(kāi)路；壓敏電阻使 用壽命較短，多次沖擊后性能會(huì)下降，因此單獨(dú)的由壓敏電阻構(gòu)成的防雷器長(zhǎng)時(shí)間使用后存在維護(hù)及更換的問(wèn)題。氣體放電管為開(kāi)關(guān)型的保護(hù)元件，有二電極和三電極兩種結(jié)構(gòu)氣體放電管，是一種陶瓷或玻璃封裝，管內(nèi)再充以一定壓力的惰性氣體(如氬氣)，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到擊穿惰性氣體強(qiáng)度時(shí)，就引起間隙放電變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，類似短路，卻不同于短路，因?yàn)閷?dǎo)通狀態(tài)下兩極間維持了比較低的電壓，一般在20 50v，可以很好地保護(hù)后級(jí)電路，導(dǎo)通電流可以很大，8/20 μ s脈沖電流能夠疏導(dǎo)10ΚΑ。主要指標(biāo)有:響應(yīng)時(shí)間(數(shù)百ns以至數(shù)ms )、直流擊穿電壓(20 50V)、沖擊擊穿電壓(一般大于600V)。在交流電源電路的相線對(duì)保護(hù)地線或中線對(duì)保護(hù)地線單獨(dú)使用氣體放電管是不合適的，在直流電源電路中應(yīng)用時(shí)，如果兩線間電壓超過(guò)15V，不可以在兩線間直接應(yīng)用放電管。設(shè)置在普通交流線路上的放電管，要求它在線路正常運(yùn)行電壓及其允許的波動(dòng)范圍內(nèi)不能動(dòng)作，則它的直流放電電壓應(yīng)滿足:min (ufdc) >1.8UP，式中ufdc直流擊穿電壓，min(ufdc)表示直流擊穿電壓的最小值，UP為線路正常運(yùn)行電壓的峰值。氣體放電管構(gòu)成的防雷器長(zhǎng)時(shí)間使用后存在維護(hù)及更換的問(wèn)題。[0022]與氣體放電管比較，氧化鋅壓敏電阻最大的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)它吸收脈沖電壓時(shí)因殘壓高于工作電壓，不會(huì)造成電源的瞬間短路，也不會(huì)產(chǎn)生續(xù)流，氧化鋅壓敏電阻的響應(yīng)時(shí)間比氣體放電管快；氣體放電管的擊穿電壓對(duì)脈沖電壓的上升速率十分敏感，電壓上升速率越快，點(diǎn)火電壓越高，響應(yīng)時(shí)間越快。綜合兩者的優(yōu)點(diǎn)和不足，正確選擇壓敏電阻和氣體放電管這二類元器件，采各自的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行組合，設(shè)計(jì)一個(gè)組合電源避雷器，其整機(jī)性能優(yōu)于相對(duì)單獨(dú)使用其中一種做成的避雷器；組合電源避雷器中要求氧化鋅壓敏電阻具有優(yōu)良的能量耐受特性，而能量耐受特性主要用額定雷電沖擊電流、最大雷電沖擊電流和能量耐量三大指標(biāo)來(lái)描述，這些特性與氧化鋅壓敏電阻的表面積有關(guān)，和元件的散熱條件有關(guān)，同一種規(guī)格的壓敏電阻，由于不同廠家的制造工藝、原料配方不同，其能量耐受能力會(huì)相差很大。氣體放電管具有很強(qiáng)的承受大能量沖擊的能力，但在具體使用時(shí)，由于氣體放電管在放電時(shí)殘壓極低，近似于短路狀態(tài)，因此不能單獨(dú)在電源避雷器中使用，氣體放電管的耐流能力與管徑有關(guān)，管徑越大，耐流能力越好。氣體放電管的質(zhì)量問(wèn)題主要表現(xiàn)為慢性漏氣，長(zhǎng)時(shí)間使用的可靠性問(wèn)題(即遭受多次雷電沖擊后，直流擊穿電壓值發(fā)生偏移)，光敏效應(yīng)和離散性較大。采用元器件具有優(yōu)良的能量耐受特性的壓敏電阻和具有很強(qiáng)的承受大能量沖擊的能力的氣體放電管，并綜合兩者的優(yōu)點(diǎn)和不足，正確選擇壓敏電阻和氣體放電管這二類元器件，用它們各自的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行組合，設(shè)計(jì)一個(gè)組合電源避雷器。普通的電源避雷器中的熱熔保險(xiǎn)絲的作用是當(dāng)雷電流超過(guò)電源避雷器最大承受能力時(shí)，由于過(guò)流作用，可使保險(xiǎn)絲斷開(kāi)，同時(shí)由于過(guò)截使氧化鋅壓敏電阻溫度上升亦可使保險(xiǎn)絲斷開(kāi)，起到過(guò)流和溫度雙重保護(hù)作用 ；由于電源避雷器常態(tài)工作條件下，電流非常小，只是在雷電沖擊或脈沖電壓沖擊時(shí)，在瞬態(tài)條件下起保護(hù)作用，因此與常規(guī)熱熔保險(xiǎn)絲的使用條件有所區(qū)別，所以，電源避雷器中的熱熔保險(xiǎn)絲應(yīng)有獨(dú)特性能，即在瞬態(tài)條件下的熔斷特性。元器件壓敏電阻具有優(yōu)良的能量耐受特性，氣體放電管具有很強(qiáng)的承受大能量沖擊的能力的特性，二極管(TVS)具有電壓鉗位型瞬態(tài)抑制特性，PPTC電路保護(hù)器件采用半晶體狀聚合物與導(dǎo)電性顆粒復(fù)合制造，在高溫狀態(tài)下半晶體相融化出現(xiàn)的體積增長(zhǎng)導(dǎo)致導(dǎo)電性顆粒在液力作用下分隔，并導(dǎo)致器件的電阻值出現(xiàn)巨大的非線性增長(zhǎng)。本實(shí)用新型的有益效果是，一種防雷電保護(hù)器，為外部交流電源口防雷保護(hù)電路和內(nèi)部直流電源防雷保護(hù)電路，外部交流電源口防雷保護(hù)電路主要元器件包括壓敏電阻和氣體放電管，內(nèi)部直流電源防雷保護(hù)電路包括一個(gè)PPTC熱敏電阻器和TVS 二極管；壓敏電阻具有優(yōu)良的能量耐受特性，氣體放電管具有很強(qiáng)的承受大能量沖擊的能力，元器件壓敏電阻具有優(yōu)良的能量耐受特性，在高溫狀態(tài)下半晶體相融化出現(xiàn)的體積增長(zhǎng)，導(dǎo)致導(dǎo)電性顆粒在液力作用下分隔，并導(dǎo)致器件的電阻值出現(xiàn)巨大的非線性增長(zhǎng)。二極管(TVS)具有電壓鉗位型瞬態(tài)抑制特性，通過(guò)各個(gè)元器件的有效組合，達(dá)到了對(duì)電子汽車衡儀表的外部交流電源口和內(nèi)部直流電源的防雷。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。[0030]

圖1為外部交流電源口防雷電路圖。圖2內(nèi)部直流電源防雷器電路圖。
具體實(shí)施方式
附圖1為外部交流電源口防雷電路圖，該電路可通過(guò)5ΚΑ(8/20μ s)和組合波IOKV的雷擊波，在初級(jí)端電路上，金屬氧化物壓敏電阻，是解決瞬時(shí)浪涌電流的典型方法，壓敏電阻器件會(huì)將輸入浪涌電流鉗位在一個(gè)電平上，該電平使電源元件能夠不受到影響并正常工作，氧化鋅壓敏電阻的主要標(biāo)準(zhǔn)包括工作電壓、能量處理性能和峰值脈沖電流性能。氧化鋅壓敏電阻的工作電壓是能正常工作不會(huì)擊穿的電壓電平，該電壓通常是首先要決定的參數(shù)，而且很簡(jiǎn)單；要指定工作電壓，設(shè)備的線電壓則要增加20%，以允許電源系統(tǒng)的電壓增長(zhǎng)，保證MOV對(duì)系統(tǒng)中的瞬時(shí)事件做出反應(yīng)，而不對(duì)臨時(shí)狀況做出反應(yīng)。氣體放電管可以有效的消除壓敏電阻器的漏電流，所以即使壓敏電阻器隨使用時(shí)間增加，其漏電流特性變差，也不會(huì)有大額的漏電流流過(guò)壓敏電阻而造成發(fā)熱和燃燒，保證了電路的安全性和可靠性。從上述得知，維持機(jī)內(nèi)欠壓過(guò)壓保護(hù)器、延時(shí)保護(hù)器的電路工作電壓是12V，所以內(nèi)部電源防雷器就是以12V直流電源為標(biāo)準(zhǔn)而進(jìn)行設(shè)計(jì)的，具體電路設(shè)計(jì)方案如圖2所
示 ο圖2中保護(hù)電路包括一個(gè)PPTC和TVS管，可以有效抑制雷電產(chǎn)生的脈沖的干擾。PPTC是熱敏電阻器，電阻隨溫度升高而增加；TVS是瞬態(tài)電壓抑制二極管，當(dāng)有脈沖干擾進(jìn)入電源線路時(shí)，TVS會(huì)動(dòng)作，對(duì)流向后端電路的瞬間電流進(jìn)行分流，而受保護(hù)的后端電壓被限制在TVS兩端的箝制電壓；PPTC的動(dòng)作速度慢于TVS，在大電流的作用下，PPTC呈高阻，會(huì)斷開(kāi)后級(jí)電路，可以起到減少TVS瀉流時(shí)間，保護(hù)TVS的功能。
權(quán)利要求1.一種防雷電保護(hù)器，其特征是:為外部交流電源口防雷保護(hù)電路和內(nèi)部直流電源防雷保護(hù)電路，外部交流電源口防雷保護(hù)電路主要元器件包括壓敏電阻和氣體放電管，內(nèi)部直流電源防雷保護(hù)電路包括一個(gè)PPTC熱敏電阻器和TVS 二極管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防雷電保護(hù)器，其特征是:所述的氣體放電管為開(kāi)關(guān)型的保護(hù)元件，有二電極和三電極兩種結(jié)構(gòu)氣體放電管，是一種陶瓷或玻璃封裝，管內(nèi)再充以一定壓力的惰性氣體，主要指標(biāo)有:響應(yīng)時(shí)間、直流擊穿電壓、沖擊擊穿電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防雷電保護(hù)器，其特征是:所述的TVS二極管是瞬態(tài)電壓抑制二極管，當(dāng)有脈沖干擾進(jìn)入電源線路時(shí)，TVS會(huì)動(dòng)作，對(duì)流向后端電路的瞬間電流進(jìn)行分流，而受保護(hù)的后 端電壓被限制在TVS兩端的箝制電壓。
專利摘要本實(shí)用新型涉及雷電防護(hù)領(lǐng)域，尤其是一種用于電子汽車衡儀表防止雷擊的防雷電保護(hù)器，其特征是，為外部交流電源口防雷保護(hù)電路和內(nèi)部直流電源防雷保護(hù)電路，外部交流電源口防雷保護(hù)電路主要元器件包括壓敏電阻和氣體放電管，內(nèi)部直流電源防雷保護(hù)電路包括一個(gè)PPTC熱敏電阻器和TVS二極管；壓敏電阻具有優(yōu)良的能量耐受特性，氣體放電管具有很強(qiáng)的承受大能量沖擊的能力，元器件壓敏電阻具有優(yōu)良的能量耐受特性，在高溫狀態(tài)下半晶體相融化出現(xiàn)的體積增長(zhǎng)導(dǎo)致導(dǎo)電性顆粒在液力作用下分隔，并導(dǎo)致器件的電阻值出現(xiàn)巨大的非線性增長(zhǎng)，二極管(TVS)具有電壓鉗位型瞬態(tài)抑制特性，通過(guò)各個(gè)元器件的有效組合，達(dá)到了對(duì)電子汽車衡儀表的外部交流電源口和內(nèi)部直流電源的防雷。
文檔編號(hào)H02H9/06GK203103947SQ201220737500
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者胡煥錫, 牛建平 申請(qǐng)人:煙臺(tái)東方電子衡器有限公司