[发明专利]电子保护系统和继电器组件

说明书

本发明涉及电路的过流保护。正温度系数(PTC)电路保护器件已广为人知。该器件与负载串联，在正常工作状态下，该器件处于低温、低阻抗状态。然而，如果流经PTC器件的电流上升过度，和/或PTC器件周围环境温度上升过度，和/或维持正常工作电流超过了正常的工作时间，那么PTC器件就将“跳断”，即转换到高温、高阻抗状态，使电流显著降低。通常，即使电流和/或温度已经返回到它们的正常值，PTC器件仍将保持在跳断状态，直到给PTC器件断电并将之冷却后为止。特别有用的PTC器件带有一个PTC元件，该元件由PTC导电聚合体构成，即一种组合物，它包括(1)有机聚合物和(2)扩散或分布于聚合物中的一种颗粒状的导电填充物，优选地为碳黑。例如，在美国专利4,237,441，4,238,812，4,315,237，4,317,027，4,426,633，4,545,926，4,689,475，4,724,417，4,774,024，4,780,598，4,800,253，4,845,838，4,857,880，4,859,836，4,907,340，4,924,074，4,935,156，4,967,176，5,049,850，5,089,801和5,378,407中描述了PTC导电聚合物和含有此聚合物的器件。

在利用相同的生产工艺制造的一批PTC器件中，生产过程中的一些不可控制的变化可能引起任何单个器件跳断条件的显著变化。这里将使该批器件中的任一器件都不跳断的最大稳态电流称为“通过电流”(I_PASS)或“保持电流”，并将使该批器件中的所有器件都跳断的最小稳态电流称为“跳断电流”(I_TRIP)。通常，I_PASS和I_TRIP之间的差随着环境温度的上升而减小。根据器件的具体类型，如在20℃时I_TRIP可为I_PASS1.5或2.5倍。对于任何单独的器件，通过电流和跳断电流是相同的。然而，在本说明中，所指的PTC器件有一I_PASS和一不同的I_TRIP，因为实际上电子开关制造商必须利用一批这种器件中的PTC器件。通常，周围环境的温度越高，通过电流和跳断电流就越小。这种现象被称作“热减载”，术语“减载曲线”用来表示温度对通过电流的曲线图。

已知的PTC保护器件的使用限制在于当PTC器件与负载串联且导通正常电流时，在出现过流，如数倍于正常电路电流的情况下，PTC器件可能要较长的时间才能转换到其跳断状态。

本发明提供了一种新型的过流保护系统，即使只有较小的过流，也能提供快速的响应。在这个新系统中，一个感应单元和一个电路中断单元与负载串联。感应单元通过一控制单元功能性地与电路中断单元相连，使得当电路中的电流超过预定值时，感应单元测得该过流并传送给控制单元。控制单元使电路中断单元从导通的正常状态转变为不太导通的故障状态(包括完全开路状态)。本发明还提供了一种新型的继电器组件，用于包括本发明的电路保护装置在内的电路保护装置。该新型的继电器组件包括动触头和静触头。当动触头与继电器的静触头接触时，就形成连接，当流经该连接的电流超过预定的电流值时动触头将使该连接开路。

在本发明的电路装置的一个优选实施方案的一个实例中，感应单元包括与负载串联的电阻器件，控制单元包括一与电阻器件热连接并与电路中断单元电导通的PTC器件。当过流经过这种系统时，电阻器件的温度上升，导致PTC器件受热跳断至其高阻抗状态。PTC器件与电路中断单元相连，PTC器件阻抗的升高使电路中断单元切换至故障状态。该PTC器件没有与负载串联，从而可以在远小于流经负载的正常电路电流的电流等级下工作。

将电阻器件与PTC器件热连接在技术上是已知的。待测量和/或控制的电流流经电阻器件。电阻器件的I²R发热使PTC器件受热升温，其阻抗也相应增加。这样的电阻器件可包括电阻、发热器、高阻抗电线(如镍铬丝)、PTC器件等。已知为了获得这些组合的期望电流/温度特性，必须对电阻器件的有关特性加以控制，特别是与PTC器件相邻的区域。一些要控制的特性包括材料的电阻率、形状和截面积。电阻器件的选择应当尽可能地降低系统的阻抗，同时在过流情况下获得足够的温升以使PTC器件受热升温并跳断到其高阻抗状态。