專利名稱：一種防雷電保護器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及雷電防護領(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，當空間有帶電的雷云出現(xiàn)時，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)生雷擊所需要的時間相對于放電過程的時間要長得多，因此大地可以有充分的時間積累大量的電荷。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，雷電發(fā)生時，其可在短時間以脈沖的形式通過強大的電流和產(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大的、變化的電磁場，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，可達幾十萬伏，如此高的電壓對工作中電子汽車衡的儀表造成巨大的損壞。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的就是針對現(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器，避免高電壓對電子汽車衡儀表的損壞。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種防雷電保護器，為外部交流電源口防雷保護電路和內(nèi)部直流電源防雷保護電路，外部交流電源口防雷保護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電路包括一個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)時間US級，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)點是當它吸收脈沖電壓時因殘壓高于工作電壓，不會造成電源的瞬間短路，也不會產(chǎn)生續(xù)流。所述的氣體放電管為開關(guān)型的保護元件，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)，主要指標有:響應(yīng)時間(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脈沖電壓的上升速率十分敏感，電壓上升速率越快，點火電壓越高，響應(yīng)時間越快；[0011]所述的氣體放電管具有很強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，當有脈沖干擾進入電源線路時，TVS會動作，對流向后端電路的瞬間電流進行分流，而受保護的后端電壓被限制在TVS兩端的箝制電壓；PPTC的動作速度慢于TVS，在大電流的作用下，PPTC呈高阻，會斷開后級電路，可以起到減少TVS瀉流時間，保護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，當加在電阻兩端的電壓小于壓敏電壓時，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)；當加在壓敏電阻兩端的電壓大于壓敏電壓時，壓敏電阻就會擊穿，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)。當電力線被雷擊時，雷電波的高電壓使壓敏電阻擊穿，雷電流通過壓敏電阻流入大地，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)時間(nS級，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)計時應(yīng)重點考慮的，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，有適當?shù)陌踩６?；壓敏電阻的通流容量?yīng)根據(jù)防雷電路的設(shè)計指標來定；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)計通流量。壓敏電阻的失效模式主要是短路，當通過的過電流太大時，可能造成閥片被炸裂而開路；壓敏電阻使 用壽命較短，多次沖擊后性能會下降，因此單獨的由壓敏電阻構(gòu)成的防雷器長時間使用后存在維護及更換的問題。氣體放電管為開關(guān)型的保護元件，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)，當電場強度達到擊穿惰性氣體強度時，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，因為導(dǎo)通狀態(tài)下兩極間維持了比較低的電壓，一般在20 50v，可以很好地保護后級電路，導(dǎo)通電流可以很大，8/20 μ s脈沖電流能夠疏導(dǎo)10ΚΑ。主要指標有:響應(yīng)時間(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保護地線或中線對保護地線單獨使用氣體放電管是不合適的，在直流電源電路中應(yīng)用時，如果兩線間電壓超過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行電壓及其允許的波動范圍內(nèi)不能動作，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為線路正常運行電壓的峰值。氣體放電管構(gòu)成的防雷器長時間使用后存在維護及更換的問題。[0022]與氣體放電管比較，氧化鋅壓敏電阻最大的優(yōu)點是當它吸收脈沖電壓時因殘壓高于工作電壓，不會造成電源的瞬間短路，也不會產(chǎn)生續(xù)流，氧化鋅壓敏電阻的響應(yīng)時間比氣體放電管快；氣體放電管的擊穿電壓對脈沖電壓的上升速率十分敏感，電壓上升速率越快，點火電壓越高，響應(yīng)時間越快。綜合兩者的優(yōu)點和不足，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)點進行組合，設(shè)計一個組合電源避雷器，其整機性能優(yōu)于相對單獨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來描述，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，其能量耐受能力會相差很大。氣體放電管具有很強的承受大能量沖擊的能力，但在具體使用時，由于氣體放電管在放電時殘壓極低，近似于短路狀態(tài)，因此不能單獨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)量問題主要表現(xiàn)為慢性漏氣，長時間使用的可靠性問題(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)點進行組合，設(shè)計一個組合電源避雷器。普通的電源避雷器中的熱熔保險絲的作用是當雷電流超過電源避雷器最大承受能力時，由于過流作用，可使保險絲斷開，同時由于過截使氧化鋅壓敏電阻溫度上升亦可使保險絲斷開，起到過流和溫度雙重保護作用 ；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，在瞬態(tài)條件下起保護作用，因此與常規(guī)熱熔保險絲的使用條件有所區(qū)別，所以，電源避雷器中的熱熔保險絲應(yīng)有獨特性能，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。本實用新型的有益效果是，一種防雷電保護器，為外部交流電源口防雷保護電路和內(nèi)部直流電源防雷保護電路，外部交流電源口防雷保護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電路包括一個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，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。二極管(TVS)具有電壓鉗位型瞬態(tài)抑制特性，通過各個元器件的有效組合，達到了對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)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。[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5ΚΑ(8/20μ s)和組合波IOKV的雷擊波，在初級端電路上，金屬氧化物壓敏電阻，是解決瞬時浪涌電流的典型方法，壓敏電阻器件會將輸入浪涌電流鉗位在一個電平上，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準包括工作電壓、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，保證MOV對系統(tǒng)中的瞬時事件做出反應(yīng)，而不對臨時狀況做出反應(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間增加，其漏電流特性變差，也不會有大額的漏電流流過壓敏電阻而造成發(fā)熱和燃燒，保證了電路的安全性和可靠性。從上述得知，維持機內(nèi)欠壓過壓保護器、延時保護器的電路工作電壓是12V，所以內(nèi)部電源防雷器就是以12V直流電源為標準而進行設(shè)計的，具體電路設(shè)計方案如圖2所
示 ο圖2中保護電路包括一個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，當有脈沖干擾進入電源線路時，TVS會動作，對流向后端電路的瞬間電流進行分流，而受保護的后端電壓被限制在TVS兩端的箝制電壓；PPTC的動作速度慢于TVS，在大電流的作用下，PPTC呈高阻，會斷開后級電路，可以起到減少TVS瀉流時間，保護TVS的功能。
權(quán)利要求1.一種防雷電保護器，其特征是:為外部交流電源口防雷保護電路和內(nèi)部直流電源防雷保護電路，外部交流電源口防雷保護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電路包括一個PPTC熱敏電阻器和TVS 二極管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防雷電保護器，其特征是:所述的氣體放電管為開關(guān)型的保護元件，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，主要指標有:響應(yīng)時間、直流擊穿電壓、沖擊擊穿電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防雷電保護器，其特征是:所述的TVS二極管是瞬態(tài)電壓抑制二極管，當有脈沖干擾進入電源線路時，TVS會動作，對流向后端電路的瞬間電流進行分流，而受保護的后 端電壓被限制在TVS兩端的箝制電壓。
專利摘要本實用新型涉及雷電防護領(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器，其特征是，為外部交流電源口防雷保護電路和內(nèi)部直流電源防雷保護電路，外部交流電源口防雷保護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電路包括一個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，二極管(TVS)具有電壓鉗位型瞬態(tài)抑制特性，通過各個元器件的有效組合，達到了對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H02H9/06GK203103947SQ201220737500
公開日2013年7月31日 申請日期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 申請人:煙臺東方電子衡器有限公司