CN101034799B - 半导体器件过热保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体器件过热保护电路，具有防止电子元件过热的保护装置。它含有一个与电子元件热接触的且串接在电路中的散热片，即在温度超限时，能断开供电电路结构。该电子元件过热保护装置断开电路机构是由导电的熔断元件构成。该电子元件过热保护装置断开电路机构采用具有弹性的导电簧片，此簧片焊接在固定的散热片上。当元件的温度超限时，在热作用下，簧片从散热片上解脱从而断开供电电路。电子元件是一个封装好的氧化锌压敏电阻。

Description

半导体器件过热保护电路

技术领域

本发明涉及保护电子元件防止过热的装置。具体地说是涉及一种半导体器件过热保护电路。它由一个与电子元件电气连接的散热器组成。当散热器的温度超过一定界限时，电子元件自动脱开电源。这些元件通常是半导体元件(如ZnO压敏电阻)。

背景技术

如今，半导体元件广泛地使用在电子，电气，计算机与通讯设备中。但是这些元件都有一个共同的缺限：会产生过热。过热是从元件中的某点开始，然后到元件整体，直至设备损坏，甚至发生火灾。ZnO压敏电阻属于陶瓷半导体器件，由于其特有的非线性特征(如图1所示)，它被广泛地应用于电气电子设备，用来防止工业与大气过电压的侵袭。

正常情况下，ZnO压敏电阻有很高的阻抗，保护电路处于开路状态。当暂态过电压出现时，压敏电阻导通，把浪涌能量引导入地，同时，它也吸收一部分浪涌。

如果暂态过电压的能量不超过压敏电阻的吸收能力，它就回到原始特性，等待下次过电压的到来。可是，如果过电压的能量超过它的吸收极限，压敏电阻的电气参数将衰减。一旦1mA下的标称导通电压低于正常线路工作电压，压敏电阻将进入热崩溃状态。它发热，冒烟，短路(这是一种非完全短路，短路电阻在10-50Ω之间)。

这种热崩溃对于被保护设备是很危险的。采取过热保护措施来预防这一缺陷是非常重要的。目前在市场上，对应于封装的压敏电阻，人们能找到采用熔丝，空开或热温熔丝的保护装置。但这些装置都不能完全起到保护压敏电阻防止热崩溃效应。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种具有防止压敏电阻热崩溃脱离装置的半导体器件过热保护电路。当温度过热时，它具有切断电路的能力。

防止压敏电阻热崩溃的脱离装置必须满足以下2个条件：

1、压敏电阻是一个过压保护器件，它最基本的作用是把浪涌能量引导入地。因而对脱离装置的第一要求是：脱离装置必须能承受压敏电阻额定的放电电流(从几百安培到10kA)。

2、压敏电阻在正常情况下，只有很小的漏电流(以μA计)，一旦压敏电阻损坏，它从10mA开始发热。因而对脱离装置的第二要求是：当热崩溃发生时，脱离装置应能在很小电流时发生脱离(500mA或2A)

采用熔丝保护，能满足第一要求，只要熔丝的短路电流容量足够大。但是熔丝无法在额定工作电流以下的小电流时，把电路断开。采用空开保护方式，结果是类似的。采用热温熔丝保护：一个热温熔丝在环境温度超过其熔断温度时可以断开，因此该器件被广泛地使用在电子与电气设备中，用来防止过热现象。但是，通常的热温熔丝不是用来承受冲击电流的。经过冲击电流后，有些失去它们的初始参数，有些处于开路状况或者对温度变化反应很差。

为解决上述技术问题，本发明的可以满足上述两种要求的技术方案是一种半导体器件过热保护电路，适用于封装好的成品过电压保护元件的过热保护装置，并接在电子电气设备的供电电源上，其特征在于：该装置可以在元件温度过高时，把衰减的元件通过切断电路从电源完全脱开。

一种半导体器件过热保护电路，所述的衰减的元件为封装好的氧化锌压敏电阻。

一种半导体器件过热保护电路，所述的衰减的元件也可以用于一组封装好的保护元件或一组封装好的电子元件，所述保护元件包括压敏电阻、快速限压二极管和气体放电管的组合。

一种半导体器件过热保护电路，所述切断电路的方式由导电的熔断元件组成。

一种半导体器件过热保护电路，其特征在于：所述切断电路方式由一个导电的熔丝组成，此熔丝可以起到过流短路保护作用。

一种半导体器件过热保护电路，所述的切断电路的方式可以采用焊接在散热片上的具有弹性的金属簧片构成，当温度超过临界值时，簧片自动脱离散热片，从而断开电路。

一种半导体器件过热保护电路，所述散热片由一个导电与导热的金属片构成，它与电子元件热接触，同时与电子元件在电路里是相互串连。

一种半导体器件过热保护电路，所述散热金属片须专门粘贴来固定的。

一种半导体器件过热保护电路，热熔断元件可以根据整体小型化的要求，布置在与散热器平行的方向。

一种半导体器件过热保护电路，连接压敏电阻与散热金属片的焊接熔点总是高于热熔断元件的熔点。

一种半导体器件过热保护电路，由于保护电路中设有适合于封装好的压敏电阻的热脱离装置。其构成包括以下几个部分：一个粘贴(采用特殊粘贴方式)在封装好的压敏电阻一面的金属片，然后在金属片上焊接一个低温元件(合金或熔丝)，或用低温焊锡焊接一个具有弹性的金属簧片。簧片的放置位置可以根据周边环境的需求而变化(平行或垂直于压敏电阻的表面)。该过热保护电路具有以下特点：

1、散热装置与半导体元件热接触且串接在电路中；当温度过热时，它具有切断电路的能力。

2、切断电路的方式是采用一个导电熔丝元件。

3、由具有弹性的导电簧片构成热熔断元件；过热时，它会从散热片上自动机械脱开，从而切断电路。

4、散热片是一个导热又导电的金属片，它与半导体元件热接触，且在电路中串接。

5、散热片是经过特别粘贴来固定的。

6、热熔断元件可以放置在不同的方向，以便总的体积小型化。

7、电子元件是一个过压保护元件。

8、过压保护电路会偶尔产生过热。

9、电子元件是一个ZnO压敏电阻。

10、压敏电阻与散热片连接熔点总是高于熔断元件与散热片的连接熔点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明；

图1为ZnO压敏电阻的电气特性曲线图；

图2为采用本发明一种半导体器件过热保护电路的电路结构示意图；

图3为采用本发明制作的带热脱离保护装置的封装压敏电阻结构示意图

图4为采用本发明制作的带热脱离保护装置的三级保护避雷器电路结构示意图；

图5为采用本发明制作的带热脱离保护装置的具有对称结构三级保护避雷器电路结构示意图；

图6、图7、图8为三级保护避雷器结构示意图。

具体实施方式

如图2、图3所示，一种半导体器件过热保护电路，适用于封装好的成品过电压保护元件的过热保护装置，并接在电子电气设备1的供电电源6上，该装置可以在元件温度过高时，把衰减的元件通过切断电路从电源完全脱开。所述的衰减的元件为封装好的氧化锌压敏电阻4。正常情况下，穿过压敏电阻4的漏电流很小。当出现暂态过电压5时，放电电流流经热熔断元件2，散热片3，再经压敏电阻4流入地。热熔断元件2的直径须足够大，以便能承受大电流。金属片是特别粘贴在封装好的压敏电阻上，它起着散热器的作用，可以延长压敏电阻的寿命。当压敏电阻4严重衰减后，它进入热崩溃状态。一旦过热点出现(过热点的位置从一个压敏电阻到另外一个压敏电阻是完全偶然的)，压敏电阻4会越来越热。粘贴在封装好的压敏电阻上的金属片成为一个热接收器。由于金属片3的厚度很薄(＜0.1mm)，采用粘贴技术及优良的导热性，过热点的热量很快传给了热熔断元件2。在传热过程中，热损耗很小。当熔断元件2的温度达到它的熔点(180℃左右)，它将熔化断开，衰减的压敏电阻4将完全与电源6切断。

国际电工委员会有关避雷器的标准IEC61643-11要求过电压保护避雷器配备短路过流保护。本发明在热保护的基础上，热熔断元件2同时起着正常熔丝的过流保护角色。当避雷器遭受很大的放电电流造成内部短路故障时，电流值超过热熔元件的极限值，热熔断元件将断开电路，起到过流保护作用。

参见图4，图4为采用本发明制作的带热脱离保护装置的三级保护避雷器电路结构示意图；采用本专利技术制作的三级保护避雷器(依据IEC61643-11的定义)：该避雷器用于安装到电子电气设备内，以防止低压电网感应过电压。该避雷器具有非对称结构，它的构成有三个部分：一个连接在相ph与中性N之间的带有热脱离装置的压敏电阻4，与一个在PE与中性N之间的气体放电管D，及一个状态指示***。该类型避雷器适合于安装在相与中性线有明显区别的场合。

参见图5，图5为采用本发明制作的带热脱离保护装置的具有对称结构三级保护避雷器电路结构示意图；具有对称结构，它有两个各自带有热脱离器D的压敏电阻4，一个接在前两个压敏电阻的共同连接点与PE之间的压敏电阻4，及一个状态指示灯组成。该类型避雷器适用于安装在相ph与中线N难以区分的场合。

两种样品都采用熔丝作为热熔断器，熔丝是焊接在带有粘胶的铜箔带上的。粘贴在用树脂封装好的压敏电阻表面的铜箔带起着热收集器的作用。焊在铜箔带上的熔丝起着热熔断器的作用。当压敏电阻接受太多的浪涌能量时，它们进入热崩溃状态，焊接在铜箔带上的熔丝熔化，压敏电阻与电源脱离。由发光二级管，二级管及电阻(R)组成的状态显示指明正常工作状态。当压敏电阻出现故障时，发光二级管熄灭。

参见图6，7，8，三级避雷器的外壳由两个对称的塑料壳及一个活动塑料板组成。壳子的组合靠4只螺丝，外壳所用的塑料材料满足UL94-VO的要求。盒字的外部尺寸长45.5mm，宽36.5mm，高26.5mm。此尺寸允许使用20mm的压敏电阻，其最大放电电流可达15kA(8/20μs)，活动板允许实现线输出或针脚输出。整个保护电路板的位置是根据绝缘配合与热隔离最佳要求来设计的。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种半导体器件过热保护电路，适用于构成封装好的成品过电压保护元件的过热保护装置，其特征在于：所述的过热保护电路由一个粘贴在所述的过电压保护元件表面的散热金属片，与焊接在该散热金属片上的低温熔丝构成，该散热金属片与所述低温熔丝串接在电路中，所述的过热保护电路，在所述的过电压保护元件温度过高时，把衰减的所述过电压保护元件从电源完全脱开，所述的过电压保护元件是封装好氧化锌压敏电阻。

2.根据权利要求1所述半导体器件过热保护电路，其特征在于：所述的散热金属片是一块导电与导热的金属片。

3.根据权利要求1所述半导体器件过热保护电路，其特征在于：以包括压敏电阻，快速限压二极管，气体放电管的组合代替氧化锌压敏电阻，作为所述过电压保护元件。

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