[实用新型]电气防火限流式保护器

说明书

本实用新型公开了一种电气防火限流式保护器，包括固态电子开关、线路板和一个散热器，固态电子开关由至少一对反串联的功率半导体可控开关对组成，散热器由导电材料构成，固态电子开关中所有功率半导体可控开关的Tab管脚被紧贴固定于散热器上，功率半导体可控开关对中的两个功率半导体可控开关通过各自的Tab管脚以及所述散热器实现反串联的电连接，固态电子开关中所有功率半导体可控开关的其余管脚均背向散热器弯折且弯折后的管脚伸出功率半导体可控开关的背面，线路板与固态电子开关中所有功率半导体可控开关的其余管脚电连接。本实用新型可有效提高固态电子开关的散热，从而可用较少的器件实现更大的通断电流，利于小型化设计和降低成本。

技术领域

本实用新型涉及一种电气防火限流式保护器。

背景技术

2019年我国共接报火灾23.3万起，亡1335人，伤837人，直接财产损失36.12亿元。值得关注的是，电气火灾在住宅火灾中的占比居高不下，已查明原因的火灾中有 52％系电气原因引起，尤以各类家用电器、电动车、电气线路等引发的火灾越来越突出。

传统机械式断路器采用机械触点来分断主回路故障电流，当发生短路故障时，其保护动作完成时间在十毫秒左右，短路电流在短路持续期间内骤增至数千安，甚至数十千安，产生大量的电弧火花，这些都是电气火灾防护的不利因素。

新型的电气防火限流式保护器是一种采用固态电子开关作为分断主回路故障电流的装置，当发生短路故障时，其能以微秒级速度快速限制短路电流并实现无弧分断，从而能显著减少电气火灾事故，保障使用场所人员和财产的安全。

电气防火限流式保护器的核心部件是固态电子开关，其通常选用IGBT、MOSFET 等功率半导体可控开关，器件特性直接制约限流式保护器的载流量大小和导通损耗大小。IGBT的导通损耗功率为导通压降乘以载流量，其导通压降不小于0.7V，多个IGBT 并联虽提升载流能力，但导通压降不变，导致导通损耗功率亦增大。MOSFET的导通损耗功率为导通阻抗乘以载流量的平方，多个MOSFET并联可提升载流能力，同时降低总导通阻抗，这样导通损耗功率可进行调整。现有限流式保护器基于导通损耗功率低的性能要求，以选用MOSFET为主，但单个MOSFET不具备关断交流电流的能力，必须反串联成组使用，形式有漏极-源极-源极-漏极(D-S-S-D)和源极-漏极-漏极-源极 (S-D-D-S)，其拓扑结构分别如图2、图3所示。限流式保护器产品的载流量小于或等于63A，通常选用插件封装的MOSFET,以TO-220封装为例，分析其散热路径，如图1 所示：1、热量以热传导形式依次从硅片传递至铜基板，再传递至散热器，最后散热器以热对流形式传递至空气；2、热量以热传导形式从硅片传递至外壳，外壳再以热对流形式传递至空气；3、热量以热传导形式从硅片传递至管脚，再传递至线路板，最后线路板以热对流形式传递至空气。上述3条路径，以路径1的散热能力最高，MOSFET的Tab管脚亦即铜基板，因此MOSFET应用时需将Tab管脚紧贴在散热器上散热效果最佳。

如图2所示，固态电子开关使用漏极-源极-源极-漏极(D-S-S-D)的MOSFET反串联拓扑时，在关断状态下，首端漏极D1的电位等于L,尾端漏极D2的电位经负载等于 N。在MOSFET内部Tab管脚与漏极D相连,考虑散热效果需将Tab管脚紧贴在散热器，散热器电位也就等于漏极D电位，散热设计时就必须考虑L/N绝缘问题。现有方案1：首尾两端MOSFET各使用一组散热器，两组散热器必须设计绝缘间隙或使用绝缘材料分隔、单独设计安装固定结构，难以进行小型化设计。现有方案2：首尾两端MOSFET 使用一个散热装置，Tab管脚与散热装置之间必须填充绝缘材料，这样Tab管脚与散热器之间增加了绝缘材料的热阻，不利于MOSFET的散热，不能充分发挥MOSFET的载流量；若绝缘材料失效会使固态电子开关出现损坏。现有方案1和2的MOSFET安装方式如图1所示：MOSFET垂直焊接于线路板，散热器左面紧贴线路板，其在线路板上所占投影区域就不能放置其它器件。

实用新型内容