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介绍一种新型SPD

更新时间:2009-11-14 13:49:58


作者-费自豪   来源-贵州飞舸电子有限公司

1. 前言 

  限压型SPD基本上都使用ZnO压敏电阻瓷片(MOV),而且使用的MOV通常几何尺寸大、通流大。ZnO压敏阀片的劣化失效表现为动作电压不断降低,泄漏电流持续增大,是一种短路模式,当泄漏电流持续增大至几十毫安~几安培,会使温度不断升高,若不能切断电路,会造成导致MOV芯片被热熔击穿,一旦MOV芯片被热熔击穿,就成了一个阻值很低的导体,造成系统短路并且发热量大幅降低,热脱离保护机构将失去作用。严重的会造成起火燃烧、损毁设备的严重后果。故对采用ZnO阀片的限压型SPD来说,失效保护是其最核心的技术。能否有效进行失效保护,杜绝事故发生,是关系到整个行业兴衰的大问题。 

  热脱离保护机构必须在MOV芯片被热熔击穿前实现脱离,在此有两个改进的方向:a. 热脱离保护机构结构改进,使低熔点合金焊接点熔化所需的时间最短;b. 尽可能延长MOV芯片被热熔击穿前坚持的时间以保证热脱离机构的低熔点合金焊接点熔化;大热容量MOV芯片正是为此而设计。 

2. 现有热脱离保护结构存在的问题: 

  2.1 传统SPD的热脱离保护原理是利用MOV芯片失效后在工频负荷的作用下,其泄漏电流不断增大导致芯片发热将热脱离机构的低熔点合金焊接点熔化,利用弹簧的张力将回路从焊接点拉开脱离切断电路以达到保护目的。例如许多国外公司防雷模块及国内几乎所有厂家模块的内部结构等都是如此,其塑壳结构复杂,模具费用较高。 

  2.2 该结构由于存在弹簧张力,会出现两种不能正常工作情况: 

  a. 热脱离机构出现变形卡死、塑料壳受热变形、弹簧的塑料支撑柱断裂等导致保护机构失效,不能脱离,以致起火诱发火灾等;b. 芯片尚未失效,焊接点由于长期在弹簧张力的作用下产生蠕变而脱开,频频因误动作更换而造成损失,这若发生在高山无人值守基站时尤其难以容忍。 

3. 新型SPD的基本原理及结构: 

3.1 基本原理: 

  本专利的基本电气原理图及一个最简易的外接指示线路原理图见下图。外接指示线路可以作在模块内,也可以根据需要放在外面(模块尺寸可以更小)。 

  对外接指示线路原理的说明:由于发光二极管(LD)只需2~3mA的电流就能点亮,故可串联阻值较大的电阻,这样在遭受雷击的时候,浪涌过电压主要由电阻承担,不会将二极管击坏。 

3.2 工作原理为: 

  通过内部结构的改进,利用压敏芯片劣化失效后发热引起的芯片温度升高,将构成回路的金属熔断体(选用低熔点金属)熔断以实现开路保护的目的,熔断体紧贴于芯片表面,使热传导距离最短,热熔断所需的时间最短,因而可靠程度大大提高,由于没有机械张力,不会出现断不开或者误断开的情况。 

3.3 本专利设计中塑料壳结构简单,并可根据需要将体积做小,例如采用34×34芯片的标准模块尺寸为45×45×18(带故障指示),采用专利可将尺寸减为38×40×18(带故障指示线路)。 

总而言之,本专利有如下几个特点: 

  1. 利用材料固有特性的大通流、高可靠热熔断保护机构;(大面积直接传热方式)  

  2. 无弹簧等机械张力结构,塑壳结构简单; 

  3. 全电子化指示和信号输出。 

下面是一种实例产品,红色软线用于外接指示或信号输出。可用于以下几种场合:

  1. 可集成于重要成套设备、高可靠电源内部以提供最安全的防雷电浪涌保护;  

  2. 用于防雷箱内取代插拔式模块以降低成本; 

  3. 其他对外观要求较低的场合。

 

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