專利名稱：過電流保護裝置,特別用于可控開關的可復位的保護的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于保護電路防止過電流的可復位的裝置。更具體地說涉及一種用于低壓電源的具有可復位的自身保護的電氣開關。
通常的電氣裝置例如電動機、變壓器、蓄電池、家用電器以及電子電路利用具有非線性電阻的材料例如氧化鋅在過電壓的情況下可以提供保護。防止過電流的保護通常通過提供一種非可復原的熔斷器進行，該熔斷器在使用之后必須更換，或者可以提供一種機械裝置例如可復位的斷路器。
本發明的主要目的是提供一種用于在電路中提供保護防止過電流的新型裝置。本發明的第二個目的是提供一種能夠在過電流已經消失之后再次自動變成導通的裝置。本發明的第三個目的是提供一種制造成本低且結構十分簡單的電路。
為此，本發明提出一種在電壓源和負載之間的電路中防止過電流的保護裝置，該負載處于所述裝置的下游側，所述裝置包含第一裝置，該裝置具有高的電流靈敏度以及適用于快速斷開(即由導通狀態轉變為實質上的非導通狀態)，但是在該電路中出現過電流情況下可復原，以及第二裝置，其與第一裝置相并聯，適于當第一裝置斷開時承受比供電電壓高的暫態電壓以及快速斷開并在快速斷開之后可復原。
很明顯，這種配置一方面在出現過電流的時候能夠快速斷開所產生的電壓并且轉變為與供電電壓相對應的一個電壓即230伏，另一方面，利用兩個單獨的并聯安裝的元件響應于過電流在斷開的過程中一個在另一個之后動作。
如果該保護裝置必須是可復位的，則斷開的可恢復的能力自然是必須的。
該斷開裝置最好是一些電阻，它們的電阻值隨溫度變化按其數值的幾個數量級可復原地增加。以及該第一元件當其處于導通狀態時與第二裝置當其處于導通狀態時的電阻相比較具有十分低的電阻。
更確切地說，該斷開裝置是含若干組正溫度系數(PTC)帶電導電聚合物的組成部分。
這些組合部件作為低成本的現成品就可使用并且當該成份內部溫度增加幾十度時具有的電阻的數值按照幾個數量級變化因此可以用在上述種類的電路中。他們的利用使得能夠經濟地裝配過電流保護裝置。
此外，在這種情況下，保護裝置的復位是自動的。一旦該聚合物部件溫度很快下降到正常的環境溫度，它們就變為導通并且構成該電路。
本發明開始涉及一種包含三端雙向可控硅元件的電子開關，其包含按照上述限定的串聯在該三端雙向可控硅元件的輸入側的保護裝置。
上述類型的開關提供保護防止過電流，在斷開兩個可變電阻聚合物部件之后只維持幾個毫安的電流。然后為了安全的原因以及使聚合物部件冷卻可能希望完全消除在電路中的殘余電流。
為此，最好將一個第三PTC導電聚合物的元件安裝在該三端雙向可控硅元件的觸發極和電壓源之間，這個第三部件在導通狀態時具有的電阻比第一部件在導通狀態時的電阻高。
根據本發明的各種不同的特征可以相互結合地采用-處于導通狀態第一部件的電阻接近200毫歐姆以及處于導通狀態的第二部件的電阻接近10歐姆；-第一部件具有的維持電流在20℃下為幾個安培；-第二部件具有的維持電流在20℃下為0.1安培。
這些特征對于利用該按照低成本成品的可利用的部件裝配用于常規開關的電流保護裝置是有利的。
利用下面提供的對于本發明的一個優選的實施例的說明和附圖來解釋本發明的目的和優點。顯然，僅以舉例方式提供的說明并不是對于本發明的限定。在附圖中-
圖1是根據本發明的具有自身保護的電子開關的電路的示意圖。
首先應強調，導電聚合物部件是作為成品可使用的。這些正溫度系數(PTC)部件具有的特性為，當對應于臨界的溫度達到所謂的滲透閾值時，由于十分突然的變化(3～4數量級的數值的變化)，它們的電阻隨溫度上升而大幅度增加(這種現象稱之為該部件的斷開)。
該滲透溫度是由一個維持電流和一個斷開電流限定的，該維持電流是一個低于該電流時該部件絕不會斷開的電流，而該斷開電流是一個超過該電流時該部件總是斷開的電流。這兩個電流數值取決于溫度。該聚合物部件其中提供有表示它們在20℃下的維持和斷開電流特性的數值，表示這些電流作為溫度函數以及它們的作為在該部件中的電流的函數的斷開時間的曲線。
因此在聚合物部件在該滲透閾值之上變為非導通狀態以及其上形成的電壓則與施加到該電路上的電壓相類似，但是該電流限制到幾個毫安。直到由于電流不再流通使溫度下降之時，該聚合物部件基本上維持非導通狀態。然后恢復到導通狀態。
構成本發明的一個實施例的具有自身保護的電子開關1的電子電路(三端雙向可控硅元件開關的過電流保護)僅包含幾個部件例如由在附圖1中所看到的。該具有自身保護的電子開關1基于對一種用于230伏AC電路的開關元件的改進。該元件安裝在電壓源2和負荷3之間，是可控以及可提供保護的，通常包含三端雙向可控硅元件4(例如為常規的12A類型)，以及手動開關5，其由用戶操作以及在該三端雙向可控硅元件的觸發極6的上游側。
在根據本發明的裝置的該優選實施例中，第一聚合物部件7，例如為Raychem RXE 110 Polyswitch，其在導通狀態具有的電阻為200毫歐姆，維持電流在20℃下為1.1安，斷開電流在20℃下為2.2安，其安裝在三端雙向可控硅元件4的上游側。這一部件承受的限制電壓為60伏。
并聯一個第二聚合物部件8，以便在該位置承受加在第一聚合物部件7上的230伏的電壓，該部件當其變成電阻時對于電流是高度靈敏的。其是一個PSR 20963 Polyswitch。其在導通狀態下具有的電阻為13-26歐姆，在20℃下的維持電流為110毫安以及在20℃下的斷開電流為165毫安。這一部件承受限制電壓為250伏。
最后，一個第三聚合物部件9連接在手動開關5和三端雙向可控硅元件4的觸發極6的上游側。其是一個PSR 21017 Polyswitch，在導通狀態下具有的電阻為27到56歐姆，在20℃下的維持電流為69毫安以及在20℃下的斷開電流為110毫安。這個部件承受的限制電壓為300伏。
上述的部件容納在一個附圖中未表示的例如裝入在墻壁中的一種常規的開關殼體內。
在使用中，在正常電流條件下，例如在230伏下4安的電流流過該負荷(對應于由該負荷消耗900瓦的電力)，該第一聚合物部件7具有低的電阻(200毫歐姆)，不會影響該三端雙向可控硅元件的運行以及不會產生顯著的熱量(在這個實例中為0.8瓦)。
在該三端雙向可控硅元件4的觸發極處的第三聚合物部件9具有十分低的電阻，其不會影響該三端雙向可控硅元件的運行以及形成十分低的開通角(小于一度)，其對于符合關于感應的電磁干擾的標準EN55022是不可缺少的。
如果在該電路中出現過電流，例如超過正常電流幾個安培以上的故障電流，該電流流入第一聚合物部件7中，引起該部件的溫度的突然增加，使其斷開以及它的電阻數值變化幾個數量級。這時，溫度在幾秒鐘之內上升到80℃，電阻同時增加到約1,000歐姆。因此該第一聚合物部件7實際上變為不導通狀態以及其上形成的電壓升到230伏。然后電流流入第二聚合物部件8。
與該第一聚合物部件7并聯的第二聚合物部件8僅在第一聚合物部件7已經改變狀態之后然后盡可能快地選擇斷開。它的13～26歐姆的電阻使其由于在第一聚合物部件7斷開之后的低電流很快被加熱以及因此使其本身斷開。與之對比，第二聚合物部件8由承受電壓高達250伏的范圍選擇以及因此適合于承受第一聚合物部件7本身不可能承受的電壓，使得在過電流之后如果它在電路中單獨使用也將變得不能使用。第二聚合物部件8的好處在于，它承受一比通常低壓供電電源電壓要高的電壓，但它的電阻太大，使之不能單獨與三端雙向可控硅元件串聯連接，這是因它具有很高的熱散能力。此外，這種類型的對于低標稱電流值的聚合物已經上市銷售。
因此當保護系統斷開時該電路承受該轉移電壓。
然而，由并聯的第一和第二聚合物部件7和8提供的電流限制不足以使該三端雙向可控硅元件4關斷，這是由于該三端雙向的發熱，即使幾個毫安的殘余電流小于它的維持電流(低于正常關斷電流的電流)。
由于在電路中該三端雙向可控硅元件4的觸發極6的上游側提供一個第三聚合物部件9而使這一缺點得到減輕。當第一和第二聚合物部件7和8已斷開時，電流轉移到該三端雙向可控硅元件4的觸發極6。該電流使第三聚合物部件9斷開，其又在溫度上升以及電阻增加時間的終點變為非導通狀態。這就使該三端雙向可控硅元件4關斷。該第三聚合物部件9必須盡可能快地斷開以便關斷三端雙向可控硅元件4以及將加在第二和第三聚合物部件8、9的供電電源的電壓轉移到所述的三端雙向可控硅元件4的連接端。
當故障電流不再出現時，該第一、第二和第三聚合物部件7、8和9冷卻，然后再次變成導通狀態。因此該裝置在聚合物部件7、8和9的冷卻時間的終點自動復位。然后該電路再次可投入運行。
本發明的范圍不局限于利用舉例方式上面說明的實施例細節而是相反，強調對本領域的技術人員建議所作的各種改進。
權利要求
1.一種電子開關(1)，其特征在于，其包含a)一個三端雙向可控硅元件(4)，b)一個在電路中防止過電流的保護裝置，其在電壓源(2)和負荷(3)之間，負荷(3)在所述裝置的下游側，所述裝置串聯在該三端雙向可控硅元件(4)的上游側并包含第一斷開裝置(7)，其具有高的電流靈敏度以及適于快速斷開(即由導通狀態轉變為實質上的非導通狀態)，但是在電路中出現過電流的情況下可復原，以及第二斷開裝置(8)，其與第一裝置并聯，適于當第一裝置(7)斷開時承受一個比電源電壓要高的暫態電壓以及適宜在第一裝置(7)斷開之后快速斷開，以及c)第三斷開裝置(9)，其在三端雙向可控硅元件(4)的觸發極(6)和電壓源(2)之間。
2.根據權利要求1所述的電子開關(1)，其特征在于，該斷開裝置(7，、8、9)是這樣一些部件，即它們的電阻隨溫度變化按照數值的幾個數量級增加，并可復原，以及第一部件(7)導通時與第二部件(8)導通時的電阻相比較具有十分低的電阻。
3.根據權利要求2所述的電子開關(1)，其特征在于，斷開裝置(7、8、9)是成組的正溫度系數(PTC)的聚合物部件。
4.根據權利要求3所述的電子開關(1)，其特征在于，第三斷開裝置(9)處于導通狀態時與第一聚合物部件(7)處于導通狀態時的電阻相比較具有高的電阻，以便承受轉移電壓。
5.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，第一聚合物元件(7)處于導通狀態時的電阻接近200毫歐姆，以及，第二聚合物元件(8)處于導通狀態時的電阻接近13～26歐姆。
6.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，第一聚合物元件(7)具有的維持電流在20℃下為幾安。
7.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，第二聚合物元件(8)具有的維持電流在20℃下接近0.1安。
全文摘要
本發明涉及一種用于防止在電壓源(2)和負荷(3)之間的電路中發生過電流的保護裝置,該負荷安裝在所述裝置的下游側,該裝置包含第一觸發裝置(7),其具有高的電流靈敏度以及適于快速觸發,但是在電路中出現過電流的情況下可復原,以及第二觸發裝置(8),其與第一裝置并聯,其當第一裝置(7)被觸發時能夠承受比電源電壓更高的暫態電壓,以及快速觸發以及在此之后可復原。觸發裝置最好填充導電的聚合物部件。本發明還涉及一種帶三瑞雙向可控硅元件(4)的開關(1),其包含這樣一種保護裝置,其安裝在該三端雙向可控硅元件(4)的上游側以及安裝在三端雙向可控硅元件(4)觸發極(6)處的第三部件。
文檔編號H02H9/02GK1249861SQ98803198
公開日2000年4月5日 申請日期1998年12月7日 優先權日1997年12月12日
發明者讓－皮埃爾·古西, 塞爾日·巴通格 申請人:勒格朗公司, 勒格朗Snc公司