[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

CN1319079C - 电气装置和电组件及数字信号的电信电路 - Google Patents

电气装置和电组件及数字信号的电信电路 Download PDF

Info

Publication number
CN1319079C
CN1319079C CNB01803554XA CN01803554A CN1319079C CN 1319079 C CN1319079 C CN 1319079C CN B01803554X A CNB01803554X A CN B01803554XA CN 01803554 A CN01803554 A CN 01803554A CN 1319079 C CN1319079 C CN 1319079C
Authority
CN
China
Prior art keywords
electric
resistance
mostly
ptc element
insulating barrier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB01803554XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN1401123A (zh
Inventor
C·A·瓦尔斯
R·鲁比尔诺
A·R·马丁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TE Connectivity Corp
Original Assignee
Tyco Electronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tyco Electronics Corp filed Critical Tyco Electronics Corp
Publication of CN1401123A publication Critical patent/CN1401123A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1319079C publication Critical patent/CN1319079C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C1/00—Details
    • H01C1/01—Mounting; Supporting
    • H01C1/016—Mounting; Supporting with compensation for resistor expansion or contraction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C1/00—Details
    • H01C1/14—Terminals or tapping points or electrodes specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points or electrodes on resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C13/00—Resistors not provided for elsewhere
    • H01C13/02—Structural combinations of resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/02—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/02—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient
    • H01C7/027—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient consisting of conducting or semi-conducting material dispersed in a non-conductive organic material

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)

Abstract

提供了一种适用于数字电信应用的电气装置(1)，它包括由导电聚合物组合物组成的夹在两个金属箔电极(5，7)之间的薄片状PTC元件(3)。由电绝缘的柔性材料组成的第一绝缘层(9)覆盖在PTC元件的至少一部分周边上。该装置具有低电阻、低电容、较小的尺寸和稳定的电阻，并满足电力交叉测试的要求。另外，还提供了电气装置的组件(21，35)。

Description

电气装置和电组件及数字信号的电信电路
技术领域
本发明涉及一种电气装置尤其是用于数字电信应用的装置，还涉及电气装置的组件。
背景技术
电路保护装置已经众所周知。那些对于一些应用例如保护电信电路特别有用的电路保护装置具有正温度系数(PTC)的电阻特性，也就是说，电阻在特定温度即转换温度Ts下从低电阻、低温度的状态反常地增加到高电阻、高温度的状态。在正常的操作条件下，与电路中的负载串联设置的电路保护装置具有相对较低的电阻和较低的温度。然而，如果由于电路上的电流过载或由于会引起装置内产生过热的情况而发生了故障，该装置就会发生“跳闸”，即转换到高电阻、高温度的状态。结果，电路中的电流显著地降低，其它的部件得到保护。当故障状态和电力去除后，该装置重新复位，即回到其低电阻、低温度的状态。故障状态可能是由电路短路、在电路中引入附加电源、电力骤增或外部热源引起的装置过热以及其它一些原因的结果。在装置包括导电聚合物组合物时，在跳闸的过程中装置会由于聚合物熔化而膨胀。
用于保护电信电路和设备的装置具有特殊的要求。例如，当带有高压(例如250到600伏)的电力线即电缆接触到电话线时产生了故障状态，装置应跳闸，这一点很重要。这些故障状态通常称为“电力交叉(power cross)”。在“Underwriter’s实验室标准1950年第三版中介绍了能够提供这种保护的装置的普遍采用的测试。在这个测试中，装置承受包括了600伏交流电压(VAC)和40A电流(短路电路)状态的电循环，而且此装置与布线模拟器(wiring simulator)串联。在这种测试条件下，由于功率级很高，装置有可能在从一个电极到另外一个电极的边缘处产生电弧或跳火。同时，此装置急剧膨胀以便吸收与故障状态相关的能量。
对于某些应用例如用于电话网络电路的设备来说，用于这些设备中的部件必须符合额外的要求。例如，通常需要此装置满足在电磁兼容性和电气安全规范Bellcore GR-1089所提出的应用性测试。Bellcore GR-1089的一个方面是部件必须在暴露在瞬时高电压、高电流下，即暴露在模拟雷击下之后仍然有效。
由于对数字信号形式的大量数据的高速传输的需求的增加，电话系统急剧扩展。用于数字电信电路的装置面临着与那些模拟和话音系统的传统要求所不同的要求。目前，电阻超过20欧姆的PTC装置广泛用于各种电信系统中。例如，在电信应用中采用了RaychemPolySwitchTM TR600-150装置，其安装电阻高达22欧姆(参见1998年10月的Raychem电路保护数据手册)。然而对于数字电路来说，装置的电阻必须低于20欧姆，以便减小电路中的信号损失和信号失真。一种典型的应用涉及在电信电路的端头(tip)部分采用一个PTC装置，而在环路(ring)部分中采用第二PTC装置。这两个装置的相对电阻必须保持稳定，以达到最佳的信噪比。装置的电容必须低到允许传输数字信息流的高带宽信号而无失真。数字装置的小型化要求减小部件的尺寸，尤其是它们的“基底面积”(即它们在电路板上所占的空间)和相对板的高度(例如，从装置顶部到板的距离，包括任何存在的绝缘层)，这样，电路板就可以较高密度地安装在设备中。除了这些尺寸、电阻和电容的要求以外，装置还必须通过上述的适当测试，例如在UL1950中规定的电力交叉测试要求和在Bellcore 1089中提出的雷涌要求。
已经知道可以使用电绝缘涂层或外壳来包围电路保护装置和其它电路部件。例如可参见美国专利No.4223177(Nakamura)，No.4315237(Middleman等)，No.4481498(McTavish等)，No.4873507(Antonas)，和No.5210517(Abe)。这些涂层提供了电绝缘和机械保护，并且对于装置暴露在可能发生从一个电极到另外一个电极的电弧的高压状态下中的使用来说特别重要。然而，某些传统的涂层如环氧树脂会限制PTC元件的膨胀，导致装置发生故障。其它传统的柔性或顺应性的涂层会因跳闸过程中的膨胀而发生破裂或从装置上脱落，留下装置的边缘暴露出来并进一步承受电弧。另外，对于表面可安装的装置来说，涂层必须保持完好并保持其功能，以阻止在安装到板上后产生从一个电极到另外一个电极的电弧，安装通常涉及到回流焊操作，在操作中焊料被加热到其熔点温度以上。
现有的用于高电压数字应用的电路保护装置具有相对较大的基底面积。例如，由Tyco Electronics公司的一个分公司Raychem CircuitProtection销售的商标为PolySwitchTM TR600-160装置可满足上述UL1950的600VAC和40A的电力交叉测试的要求，它是宽约6mm的径向引线的装置。表面可安装的PolySwitchTR600-200的装置的宽度超过8mm。由于电信设备如线板卡(line card)通常包括有多条线路，且各线路通常由其自身的单独电路保护元件来保护，因此电路板通常具有8或16个这样的装置，它们尽可能近地安装在一起。因此，减小单个装置的基底面积可为电路板提供多种好处。基底面积的进一步地减小可以通过将多个装置封装在一个组件中来实现。
对于数字电信电路来说，尽可能地减小串联的电路保护元件的电阻值并使其仍能执行对多种电气故障的保护功能是很重要的。大多数语音能量已经确定在低于3500Hz的频率范围内。在电话网络中广泛使用的标准“4kHz”的话音信道被设计成穿过300-3400Hz范围内的频率。模拟装置如调制解调器必须采用各种技术如调制技术强制数据适合此信道宽度，从而克服电话信道的带宽限制。然而，数字服务可提供高得多的带宽。数字系统包括以速度高达1.5兆字节每秒(Mb/s)工作的高速数字用户线(HDSL)，以下载速度高达6Mb/s工作的异步数字用户线(ADSL)，以及以速度高达52Mb/s工作的极高速数字用户线(VDSL)。还存在用于某些应用的更高速率的系统。铜线具有一定量的电阻/长度比，而且信号随着距离而衰减。可利用放大器使信号达到一定程度的再生。然而，信号每次放大后会产生更大的噪音，这样在一定程度后，利用信号放大来传输质量信号受到了限制。可以从可传输信号的范围内和信号的质量中直接减去任何不必要的电阻。对于高速数字传输所需的增大的带宽来说，电路阻抗是尤其重要的。阻抗的不匹配会导致在电路中产生不希望有的反射，并产生其它的噪音来源。因此，在本领域内的系统制造和操作时，应仔细地设计和保持整个电路的阻抗平衡，这一点是很重要的。线路之间的串话干扰进一步限制了其性能。由于信噪比在确定各种数字体系的范围中成为一个限制因素，因此所有的这些因素在设计和优化数字系统中都是非常重要的。
减小PTC装置的电阻的一种方法是将装置做得更大。然而这种方法会产生两个有害的影响。第一是明显地违背了装置应尽可能小的要求。例如，在一件设备中板到板的间距可为12.7mm(0.5英寸)，因此任何超过这个距离的装置都无法使用。第二是装置具有不希望有的较大热质量，它使得很难进行焊接，还可能无法满足测试要求。除了高压、高电流的电力交叉故障之外，电路保护装置还必须在高压、低电流的故障状态下保护装置。如果装置的热质量过大，那么装置不会这种情况下跳闸，而此时故障电流可能低至0.5A，因此，设备由于长期的低电量故障状态而产生故障。
在电信应用中已采用陶瓷的PTC装置作为电路保护元件。然而，由于陶瓷材料具有相对较高的电阻率，因此低电阻的装置就会变得很大，这是不希望发生的。另外，无机陶瓷装置的电容较高，例如为1毫微法，这对于高速数字应用是不符合需要的。对于某些应用来说，用保险丝进行电流过载保护仍然可行；然而，保险丝是不可复位的，这就需要对通常位于多个或较远位置处的设备进行不希望的修理或更换，这对制造商不利。
发明内容
现在，已经发现可以制造出一种PTC电气装置，它能够满足对保护数字电信装备的电路保护装置的总体要求，其具有较小的尺寸、相对于基本类似的装置的稳定电阻，以及较低的电容。另外，该装置能够在回流焊接到基片如印制电路板上后保持其功能。因此，在本发明的第一方面，提供了一种适于在数字电信电路中使用的电气装置，此装置具有最多为150皮法(pF)的电容，所述装置包括
(1)薄片状PTC元件，其(a)包括具有PTC特性的导电聚合物组合物，(b)具有第一和第二主表面，(c)具有最多为2.5mm的厚度tmm，以及(d)具有最多为50mm的周长pmm；
(2)第一金属箔电极，其与PTC元件的第一表面相连；
(3)第二金属箔电极，其与PTC元件的第二表面相连；和
(4)包括电绝缘材料的第一绝缘层，其覆盖PTC元件的至少一部分周长；
其特征在于，所述电气装置的第一绝缘层与第一和第二电极基完全不接触，并且所述电气装置
(a)在20℃下具有最多为6欧姆的初始电阻，
(b)满足UL1950的电力接触测试M-1的要求，和
(c)在进行15分钟的250VAC/3A的测试后，再经过至少1小时没有电力施加到此装置上的时间，在此之后，此装置的电阻与经过相同电测试的基本类似的装置的电阻最多相差1.5欧姆。
在第二方面，本发明提供了一种电组件，所述组件包括
(A)以并联连接的第一和第二电气装置，各电气装置包括
(1)薄片状PTC元件，其(a)包括具有PTC特性的导电聚合物组合物，(b)具有第一和第二主表面，(c)具有最多为2.5mm的厚度tmm，以及(d)具有最多为50mm的周长pmm；
(2)第一金属箔电极，其与PTC元件的第一表面相连；
(3)第二金属箔电极，其与PTC元件的第二表面相连；和
(4)包括电绝缘材料的第一绝缘层，其覆盖PTC元件的至少一部分周长并且与第一和第二电极完全不接触；
各所述电气装置
(a)在20℃下具有最多为6欧姆的初始电阻，
(b)具有最多为150pF的电容；和
(c)满足UL1950的电力接触测试M-1的要求，和
(B)围绕第一和第二装置的附加绝缘层，第一装置在进行15分钟的250VAC/3A的测试后，再经过至少1小时没有电力施加到此装置上的时间，在此之后，第一装置的电阻与经过相同电测试的第二装置的电阻最多相差1.5欧姆。
在第三方面，本发明提供了包括两个并联电连接的薄片状PTC装置的电组件，各装置
(1)包括薄片状PTC元件，其(a)包括具有PTC特性的导电聚合物组合物，(b)具有第一和第二主表面，(c)具有厚度tmm，以及(d)具有周长pmm；
(2)具有与第一表面相连的第一金属电极；
(3)具有与第二表面相连的第二金属电极；和
(4)具有包括电绝缘材料的第一绝缘层，其覆盖PTC元件的至少一部分并且与第一和第二电极完全不接触；
所述装置在进行15分钟的250VAC/3A的测试后，再经过至少1小时没有电力施加到此装置上的时间之后，各所述装置的电阻最多相差1.5欧姆；
所述组件
(a)具有最多为300pF的电容，
(b)在20℃下具有最多为6欧姆的初始电阻；和
(c)满足UL1950的电力接触测试M-1的要求。
在第四方面，本发明提供了一种用于数字信号的电信电路，所述的电路具有端头部分和环路部分，该电路包括
(1)电源；
(2)负载；
(3)与所述电源和负载串联的根据本发明第一方面所述的电气装置。
附图说明
下面将通过附图来介绍本发明，其中：
图1是本发明第一方面的装置的平面图；
图2是本发明第二方面的分解视图；
图3是本发明第三方面的分解视图；和
图4是本发明第四方面的电路。
具体实施方式
本发明的电气装置包括薄片状PTC元件，其由具有PTC性能的导电聚合物组合物组成。导电聚合物组合物包括聚合物组分，以及散布在其中的微粒导电填料。聚合物组分包括一种或多种聚合物，其中的一种最好是结晶聚合物，其结晶度至少为10％，这是在未填充状态下由差示扫描量热仪测得的。合适的结晶聚合物包括：一种或多种烯烃的聚合物，尤其是聚乙烯如高密度聚乙烯；至少一种烯烃和至少一种可与烯烃共聚的单体的共聚物，例如乙烯/丙烯酸共聚物、乙烯/丙烯酸乙酯共聚物、乙烯/醋酸乙烯酯共聚物和乙烯/丙烯酸丁酯共聚物；可熔成形的含氟聚合物，例如聚偏氟乙稀(PVDF)和乙烯/四氟乙烯共聚物(ETFE，包括三元聚合物)；和两种或多种这些聚合物的混合物。对某些应用来说，可将一种结晶聚合物与另一种聚合物如高弹体或非晶体热塑性聚合物混合，以便达到特定的物理性能或热性能，例如柔韧性和最大曝置温度。聚合物组分通常占整个聚合物体积的40到90％(体积)，更好为45到80％(体积)，尤其为50到75％(体积)。
散布在聚合物组分中的微粒导电填料可以是任何合适的材料，包括炭黑、石墨、金属、金属氧化物，导电的涂层玻璃或陶瓷珠、微粒导电聚合物，或者这些材料的组合物。填料可以是粉末、珠子、薄片、纤维的形式，或者是任何其它的合适形状。所需的导电填料的量根据组合物所需的电阻率和导电填料自身的电阻率来选择。对于大多数的组合物来说，导电填料应占整个组合物体积的10到60％(体积)，更好为20到55％(体积)，最好为25到50％(体积)。
导电的聚合物组合物可包括其它的组分，例如抗氧化剂，惰性填料，非导电的填料，辐射交联剂(通常指辐射助剂或交联增强剂，例如异氰脲酸三烯丙酯)、稳定剂、分散剂、偶联剂、除酸剂(例如CaCO3)，或其它组分。这些组分通常占整个组分的最多20％(体积)。
导电的聚合物组合物具有正温度系数(PTC)特性，即，在较小的温度的范围内其电阻率急剧升高。在此应用中，用语“PTC”指一种组合物，其具有至少为2.5的R14值和/或至少为10的R100值的成分，并且这种组合物最好应具有至少为6的R30值，其中R14是指在14℃范围内的终点和起点处的电阻率比值，R100是指在100℃范围内的终点和起点处的电阻率比值，而R30是指在30℃范围内的终点和起点处的电阻率比值。通常用于本发明装置的组合物的电阻率可以比它们的最小值增大很多。
在美国专利No.4237441(van Konynenburg等)、No.4545926(Fouts等)、No.4724417(Au等)、No.4774024(Deep等)、No.4935156(van Konynenburg等)、No.5049850(Evans等)、No.5250228(Baigrie等)、No.5378407(Chandler等)、No.5451919(Chu等)、No.5582770(Chu等)、No.5701285(Chandler等)、No.5747147(Wartenberg等)和No.6130597(Toth等)中公开了用于本发明装置的合适的导电聚合物组合物。
导电聚合物的形式是具有基本平行的第一和第二主表面的薄片状元件。该元件夹在第一和第二金属电极之间，第一电极连接在PTC元件的第一表面上，而第二电极连接在第二主表面上。虽然电极的形式可以采用导电墨水或通过电镀或其它方式涂镀的金属层，但是电极最好为金属箔的形式。特别合适的箔电极是微粗糙的金属箔电极，包括电镀镍箔电极和镀镍的电镀铜箔电极，尤其是如美国专利No.4689475(Matthiesen)、No.4800253(Kleiner等)和国际专利申请WO95/34081(Raychem公司)中所公开的。
PTC元件具有最多为2.5mm(0.100英寸)的厚度tmm，最好厚度最多为2.0mm(0.080英寸)，通常在1到2.5mm(0.040到0.100英寸)之间，这是在第一和第二电极之间测量的。这是特别适用于高压如250或600伏的应用的厚度范围。该元件还具有最多为50mm(1.97英寸)的周长pmm，通常在20到50mm(0.79到1.97英寸)之间。这个周长是围绕装置的最小圆周(1)和在第一与第二电极之间一半距离处测得的圆周(2)中的较小值。周长的测量最好包括任何会引起注意的凹陷、破裂或杂质。
在薄片状元件上连接了包括有电绝缘材料的第一绝缘层，其覆盖了PTC元件的至少一部分周长。最好，第一绝缘层覆盖在PTC元件周长上最少10％的厚度，更好是至少30％的厚度，尤其是至少50％的厚度，最好是至少70％的厚度。在一些实施例中，第一绝缘层最好覆盖在PTC元件周长上的基本上全部的厚度，其中“基本上全部”意味着至少90％的厚度被第一绝缘层所覆盖。在一些实施例中，第一绝缘层与第一和第二电极基本上不接触，最好是与第一和第二电极完全不接触，其中“基本上不接触”意味着第一和第二电极的整个表面区域的最多10％被第一绝缘层所覆盖。
第一绝缘层可包含任何顺应性的涂层材料，但是最好为聚合物。合适的材料包括聚乙烯、乙烯共聚物、含氟聚合物、硅酮、高弹体、橡胶、热熔粘合剂、胶粘剂和凝胶。此绝缘层应覆盖并粘接到PTC元件的导电聚合物组合物上，并能在操作中的导电聚合物的膨胀过程中保持其覆盖性和粘性，这一点很重要。因此，此材料最好具有与PTC元件相似的热膨胀特性。为了提高其在高压状态下的性能，绝缘层应该包括一种或多种填料，如消弧材料、耐压(stress-grading)材料、阻燃材料或抗电弧径迹性材料。
可用任何适当的技术来涂敷第一绝缘层材料，例如，可通过涂刷或喷射，或通过压制或热熔来涂敷，或通过浸渍来涂敷。一种特别优选的技术是采用环形件，在连接到PTC元件上之前环形件最好是自支撑的零件。该环形件可从热可逆制品中制备，例如热可逆管材或形成环形的热可逆带。热可逆制品是尺寸可通过热处理而发生变化的制品。它们最普通的形式中，这种制品包括热收缩的套筒或管材，它们由具有弹性或塑性记忆特性的聚合物材料制成的，例如美国专利No.2027962(Currie)、No.3086242(Cook等人)和No.3597372(Cook)中所介绍的。这种聚合物材料在制作过程中发生交联，以便提高所需的尺寸恢复能力。生产热可逆制品的一种方法包括将聚合物材料定形成所需的热稳定形状，然后对聚合物材料进行交联，将制品加热到结晶熔点之上的温度(或者对于非晶体材料来说，加热到聚合物的软化点)，使制品变形，并在变形状态下冷却制品，使得可以保持制品变形后的状态。在使用中，由于制品的变形后状态是热不稳定的，加热会导致制品呈现其初始的热稳定形状。这种热可逆制品在恢复与PTC元件接触时可以用作第一绝缘层。或者，热可逆制品的内表面可被涂敷热熔粘合剂或胶粘剂，在制品被加热并恢复时，它会熔化和/或流入到与PTC元件接触，在元件的周界提供保形涂镀并填充元件周边上的小孔或不规则表面。在这种结构中，此热可逆制品可包括载体件(通常为外层)和内部粘合件。此载体件可以在安装后保留或去除。粘合剂或胶粘剂也可本身就包含上述类型的填料，以便提高其高压性能。在使用热可逆制品时，可完全恢复的制品(未带有PTC元件)的内周长最好稍小于PTC元件的周长。即使在由于装置跳闸到高温状态而引起膨胀后，也可允许恢复后的制品保持和PTC元件的良好接触。热可逆制品的内周长最好为PTC元件周长的最多90％，更好是最多85％，最好是最多80％。环形件或热可逆制品的周长最好具有与PTC元件同样的形状。
本发明的装置设计成具有低的装置电阻和低电容，同时尺寸较小。由于数字电信系统的电阻限制，这些装置已经设计成在20℃时电阻最多为6.0欧姆，较好是最多为5.0欧姆，更好是最多为4.0欧姆，最好是最多为3.0欧姆。在室温下采用用于0.001MHz-100MHz的频率范围的惠普4191A和4192A LCR仪表在无偏压下所测得的装置电容最多为150pF，更好是最多为50pF，最好是最多为20pF。为了减小装置在板上所占的基底面积，该装置可由厚度最多为2.5mm(0.100英寸)的PTC元件制成。为了在设备中容纳高密度封装的电路板，装置可以设计成在安装到基片如电路板上时具有的最大高度为10.2mm(0.40英寸)。此最大高度是从装置顶部(包括任何存在的绝缘层)到安装装置的基片表面的距离。为了进一步降低电阻，本发明包括一种并联连接的PTC装置的组件，如图3所示。
本发明的电路保护装置特别适于通过Underwriter’s实验室标准1950年第三版中提出的实用型电力交叉测试。在其中所规定的测试M-1中，将电路保护装置与布线模拟器如1.6A的慢烧保险丝串联设置，并承受1.5秒的600VAC和40A(短路电路)的电力骤增。为了满足这项要求，装置必须能保护此布线模拟器(它必须不能被施加电力，例如，如果布线模拟器是保险丝的话，那么它不能熔断)，而且该装置不能烧焦装置周围的粗棉布指示器。
另外，本发明的电路保护装置也可以通过Bellcore规范GR-1089中提出的测试。特别是，本发明的装置尤其适合通过Level 1 Surge 3的雷击测试，在测试中装置承受具有如下波形的重复电脉冲。此电脉冲必须具有10微秒的最大上升时间，其为电压从电压峰值的10％上升到电压峰值的90％所花费的时间，同时电脉冲必须具有1毫秒的最小衰减时间，这里衰减时间定义为电压以指数方式地衰减到其峰值的50％所花费的时间，峰值电压必须最少为1kV，峰值电流必须最少为100A。经过上述电瞬态的交替极性的25个脉冲后，装置的阻抗变化不能超过1欧姆。在过去，为了通过这种Level 1 Surge 3的测试，建议使用与装置串联的附加电阻(参见Raychem电路保护数据手册，1998年10月，第48页)。本发明的装置可以设计成无需附加的串联电阻就可满足这种要求。
本发明的装置已经设计成相对于基本类似的装置具有稳定的电阻。基本类似的装置定义为具有相同形状和尺寸的装置，由相同的PTC材料组合物制成，具有相同材料和尺寸的电极和引线，在20℃下测量时电阻的差异最多为0.5欧姆。由于电信电路必须仔细地进行阻抗平衡以避免不希望有的噪音和信号耗损，而且经常在电路中使用两个PTC装置(如图4所示)，因此经常需要在电路中使用基本相似的装置。此外，希望装置在电气故障发生后仍尽可能地保持匹配。否则，使用可复位装置的优点就会在电气故障发生后降低，并产生较大的阻抗不匹配，导致信号和/或信号质量的耗损。因此，本发明的装置已经设计成在持续的电气故障后可相对于基本类似的装置具有稳定的电阻。对装置进行电测试，其中两个基本类似的装置均承受250VAC的电压和3A的电流15分钟，然后置于环境条件下，没有电力加载到两个装置上，并在20℃下测量它们的电阻。在测试后，这两个装置的电阻彼此相差最多1.5欧姆，最好是最多1.0欧姆。对于一些应用和一些板的布置来说，希望将基本类似的装置封装在一起成为一个组件，如图2所示。可通过将两个装置封装在一起来实现两个装置的较小基底面积，这是因为引线设计紧凑，而且可以减小尤其对于高压装置来说比较大的板布置所需的内部装置的间距。
本发明可通过附图来显示，其中图1是本发明第一方面的装置1的平面图。PTC电阻元件3夹在第一和第二金属箔电极5，7之间，电极上分别涂覆了第一和第二焊料层11，13。第一绝缘层9围绕PTC元件3的周边，并与PTC元件的形状一致。
图2是本发明第二方面的组件21的分解视图。第一电气装置23具有围绕PTC元件26的绝缘层27，第二电气装置25具有围绕PTC元件28的绝缘层29。在装置上还设有引线31和31’。在两个装置周围设有盒体形式的附加绝缘层33。
图3是本发明第三方面的组件35的分解视图。包括了PTC元件36的第一电气装置37具有绝缘层41，包括了PTC元件38的第二电气装置39具有绝缘层43。引线49电连接到两个装置的内电极上。夹子50从引线45延伸到引线47，并电连接到两个装置的外电极上。由引线49和夹子54形成的电连接使得这两个装置并联起来。或者，可以省去夹子50，装置通过引线经电路板上的组件的接触片的连接而并联在一起。
图4是本发明第四方面的电路。两个PTC电气装置53，55和要保护的设备65串联在一起。另外，电路还包括过电压保护元件57和59，以及线路电阻61和63。
本发明的上述详细介绍包括主要或专门关于本发明的特征部分或方面的段落。应该理解的是这是出于清楚和方便考虑的，特定特征可以不仅只与公开它的段落相关，这里所公开的包括不同段落中的信息的所有的适当组合。类似地，虽然这里的各个附图和介绍涉及到本发明的特定实施例，但是应该理解，特定特征公开于特定的附图中且可以一定程度地使用，此特定特征也可公开于其它附图中且和其它特征结合使用，或者，此特定特征公开于整个发明中。
应该理解，上述装置和方法的设置只是对原理或本发明的应用的示例性说明，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神实质和范围的前提下，可以制订许多其它的实施例和修改。

Claims (10)

1.一种电气装置，包括：
1)薄片状PTC元件，其(a)包括具有PTC特性的导电聚合物组合物，(b)具有第一和第二主表面，(c)具有最多为2.5mm的厚度tmm，以及(d)具有最多为50mm的周长pmm；
2)第一金属箔电极，其与所述PTC元件的第一表面相连；
3)第二金属箔电极，其与所述PTC元件的第二表面相连；和
4)包括电绝缘材料的第一绝缘层，其覆盖所述PTC元件的至少一部分周长；
其特征在于，所述电气装置的第一绝缘层与第一和第二电极基完全不接触，并且所述电气装置
a)适用于数字电信电路中使用；
b)具有最多为150皮法(pF)的电容；
c)在20℃下具有最多为6欧姆的初始电阻，
d)满足UL1950的电力接触测试M-1的要求，和
e)在进行15分钟的250伏交流电压/3安培的测试后，再经过至少1小时没有电力施加到所述装置上的时间，在此之后，所述装置的电阻与经过相同电测试的基本类似的装置的电阻最多相差1.5欧姆。
2.根据权利要求1所述的电气装置，其特征在于，所述装置在承受具有一定波形的电脉冲，再经过至少1小时没有电力施加到所述装置上的静止时间后，所述装置的电阻变化最大为2.0欧姆，所述电脉冲的特征在于，(a)最大上升时间为10微秒，(b)最小衰减时间为1毫秒，(c)最小峰值电压为1000伏，和(d)最小峰值电流为100A。
3.根据权利要求1或2所述的电气装置，其特征在于，所述装置在安装到基片上时的最大高度为10mm。
4.根据上述权利要求1或2中任一项所述的电气装置，其特征在于，所述装置的第一绝缘层包括填料，其为消弧材料、耐压材料、阻燃材料或抗电弧径迹性材料。
5.根据上述权利要求1或2中任一项所述的电气装置，其特征在于，所述装置的第一绝缘层为环形的形式。
6.根据上述权利要求1或2中任一项所述的电气装置，其特征在于，所述装置还包括围绕所述装置的第二绝缘层。
7.一种电组件，包括
(A)以并联连接的第一和第二电气装置，各所述电气装置包括
(1)薄片状PTC元件，其(a)包括具有PTC特性的导电聚合物组合物，(b)具有第一和第二主表面，(c)具有最多为2.5mm的厚度tmm，以及(d)具有最多为50mm的周长pmm；
(2)第一金属箔电极，其与所述PTC元件的第一表面相连；
(3)第二金属箔电极，其与所述PTC元件的第二表面相连；和
(4)包括电绝缘材料的第一绝缘层，其覆盖所述PTC元件的至少一部分周长并且与第一和第二电极完全不接触；
各所述电气装置
(a)在20℃下具有最多为6欧姆的初始电阻，
(b)具有最多为150pF的电容；和
(c)满足UL1950的电力接触测试M-1的要求，和
(B)围绕所述第一和第二装置的附加绝缘层，所述第一装置在进行15分钟的250VAC/3A的测试后，再经过至少1小时没有电力施加到此装置上的时间，在此之后，所述第一装置的电阻与经过相同电测试的所述第二装置的电阻最多相差1.5欧姆。
8.一种电组件，其包括两个并联电连接的薄片状PTC装置，各所述装置
(1)包括薄片状PTC元件，其(a)包括具有PTC特性的导电聚合物组合物，(b)具有第一和第二主表面，(c)具有厚度tmm，以及(d)具有周长pmm；
(2)具有与所述第一表面相连的第一金属电极；
(3)具有与所述第二表面相连的第二金属电极；和
(4)具有包括电绝缘材料的第一绝缘层，其覆盖所述PTC元件的至少一部分并且与第一和第二电极完全不接触；
所述装置在进行15分钟的250VAC/3A的测试后，再经过至少1小时没有电力施加到此装置上的时间之后，各所述装置的电阻最多相差1.5欧姆；
所述组件
(a)具有最多为300pF的电容，
(b)在20℃下具有最多为6欧姆的初始电阻；和
(c)满足UL1950的电力接触测试M-1的要求。
9.根据权利要求7或8所述的组件，其特征在于，所述组件还包括围绕所述装置的附加绝缘层。
10.一种用于数字信号的电信电路，所述电路具有端头部分和环路部分，所述电路包括
(1)电源；
(2)负载；和
(3)与所述电源和负载串联的根据权利要求1所述的电气装置。
CNB01803554XA 2000-01-11 2001-01-10 电气装置和电组件及数字信号的电信电路 Expired - Fee Related CN1319079C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17558200P 2000-01-11 2000-01-11
US60/175,582 2000-01-11

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1401123A CN1401123A (zh) 2003-03-05
CN1319079C true CN1319079C (zh) 2007-05-30

Family

ID=22640797

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB01803554XA Expired - Fee Related CN1319079C (zh) 2000-01-11 2001-01-10 电气装置和电组件及数字信号的电信电路

Country Status (6)

Country Link
US (2) US20020089408A1 (zh)
EP (1) EP1247282A1 (zh)
JP (1) JP2003520420A (zh)
CN (1) CN1319079C (zh)
TW (1) TW516047B (zh)
WO (1) WO2001052275A1 (zh)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4119159B2 (ja) * 2002-04-25 2008-07-16 タイコ エレクトロニクス レイケム株式会社 温度保護素子
DE10243113A1 (de) * 2002-09-17 2004-04-01 Epcos Ag Elektrische Baugruppe und deren Verwendung
JP4756172B2 (ja) * 2002-12-03 2011-08-24 三洋電機株式会社 固体電解コンデンサ
EP1620863B1 (en) 2003-05-02 2012-03-07 TYCO Electronics Corporation Circuit protection device
US6980411B2 (en) * 2003-06-04 2005-12-27 Bel Fuse Incorporated Telecom circuit protection apparatus
US20070236849A1 (en) * 2006-04-06 2007-10-11 Littelfuse, Inc. Leadless integrated circuit protection device
DE102006053081A1 (de) 2006-11-10 2008-05-15 Epcos Ag Elektrische Baugruppe mit PTC-Widerstandselementen
DE102006053085A1 (de) 2006-11-10 2008-05-15 Epcos Ag Elektrische Baugruppe mit PTC-Widerstandselementen
DE102007042358B3 (de) * 2007-09-06 2008-11-20 Epcos Ag Elektrische Schutzvorrichtung
US20100033295A1 (en) * 2008-08-05 2010-02-11 Therm-O-Disc, Incorporated High temperature thermal cutoff device
US8289122B2 (en) 2009-03-24 2012-10-16 Tyco Electronics Corporation Reflowable thermal fuse
US8581686B2 (en) * 2009-03-24 2013-11-12 Tyco Electronics Corporation Electrically activated surface mount thermal fuse
US8854784B2 (en) 2010-10-29 2014-10-07 Tyco Electronics Corporation Integrated FET and reflowable thermal fuse switch device
US8461956B2 (en) * 2011-07-20 2013-06-11 Polytronics Technology Corp. Over-current protection device
TWI562718B (en) 2012-06-05 2016-12-11 Ind Tech Res Inst Emi shielding device and manufacturing method thereof
CN103515041B (zh) 2012-06-15 2018-11-27 热敏碟公司 用于热截止装置的高热稳定性丸粒组合物及其制备方法和用途
DE102013006052B4 (de) * 2013-02-08 2016-08-04 DEHN + SÖHNE GmbH + Co. KG. Überspannungsschutzgerät
EP3051649A4 (en) * 2013-09-25 2017-06-21 Tyco Electronics Japan G.K. Protection device
KR101533996B1 (ko) * 2014-10-23 2015-07-06 주식회사 에스엠하이테크 온도 퓨즈 기능을 가진 smd형 마이크로 복합 퓨즈 및 그 제조방법
DE102018205280A1 (de) * 2018-04-09 2019-10-10 Mahle International Gmbh Kaltleitermodul

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4904850A (en) * 1989-03-17 1990-02-27 Raychem Corporation Laminar electrical heaters
US5852397A (en) * 1992-07-09 1998-12-22 Raychem Corporation Electrical devices

Family Cites Families (60)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2027962A (en) 1933-03-03 1936-01-14 Nat Carbon Co Inc Production of articles from plastic compositions
US2870307A (en) 1957-09-04 1959-01-20 Electrical Utilities Co Weatherproof resistor
NL130678C (zh) 1960-07-15 1900-01-01
NL270833A (zh) 1960-10-31
US3138686A (en) 1961-02-01 1964-06-23 Gen Electric Thermal switch device
US3214719A (en) 1964-03-20 1965-10-26 Westinghouse Electric Corp Thermistor device
US3310766A (en) 1965-07-14 1967-03-21 Bourns Inc Electrical resistance device
US4267635A (en) * 1976-05-03 1981-05-19 Texas Instruments Incorporated Method of making a solid state electrical switch
JPS587672Y2 (ja) 1977-08-11 1983-02-10 株式会社村田製作所 圧電振動子の密閉構造
DE2845965C2 (de) 1978-10-21 1983-01-20 Fritz Eichenauer GmbH & Co KG, 6744 Kandel Elektrisches Widerstandsheizelement
US4237441A (en) 1978-12-01 1980-12-02 Raychem Corporation Low resistivity PTC compositions
US4315237A (en) 1978-12-01 1982-02-09 Raychem Corporation PTC Devices comprising oxygen barrier layers
US4223209A (en) 1979-04-19 1980-09-16 Raychem Corporation Article having heating elements comprising conductive polymers capable of dimensional change
US4371860A (en) 1979-06-18 1983-02-01 General Electric Company Solderable varistor
US5049850A (en) 1980-04-21 1991-09-17 Raychem Corporation Electrically conductive device having improved properties under electrical stress
US4545926A (en) 1980-04-21 1985-10-08 Raychem Corporation Conductive polymer compositions and devices
US4845838A (en) 1981-04-02 1989-07-11 Raychem Corporation Method of making a PTC conductive polymer electrical device
DE3272528D1 (en) 1981-04-21 1986-09-18 Sumitomo Electric Industries Heat-shrinkable tubes
US4935156A (en) 1981-09-09 1990-06-19 Raychem Corporation Conductive polymer compositions
US4481498A (en) 1982-02-17 1984-11-06 Raychem Corporation PTC Circuit protection device
US4517449A (en) 1983-05-11 1985-05-14 Raychem Corporation Laminar electrical heaters
US4859836A (en) 1983-10-07 1989-08-22 Raychem Corporation Melt-shapeable fluoropolymer compositions
JPS61159702A (ja) 1984-12-29 1986-07-19 株式会社村田製作所 有機正特性サ−ミスタ
US4774024A (en) 1985-03-14 1988-09-27 Raychem Corporation Conductive polymer compositions
US4724417A (en) 1985-03-14 1988-02-09 Raychem Corporation Electrical devices comprising cross-linked conductive polymers
US4689475A (en) 1985-10-15 1987-08-25 Raychem Corporation Electrical devices containing conductive polymers
DE3632598A1 (de) * 1986-09-25 1988-04-07 Siemens Ag Bauelement aus mindestens einem heissleiter und mindestens einem kaltleiter
JPH0746629B2 (ja) * 1986-12-09 1995-05-17 松下電器産業株式会社 正抵抗温度係数発熱体
US4873507A (en) 1987-10-15 1989-10-10 Therm-O-Disc, Incorporated Encapsulated thermal protector
US4804805A (en) * 1987-12-21 1989-02-14 Therm-O-Disc, Incorporated Protected solder connection and method
US5122775A (en) 1990-02-14 1992-06-16 Raychem Corporation Connection device for resistive elements
US5210516A (en) 1990-02-22 1993-05-11 Murata Manufacturing Co., Ltd. Ptc thermistor and ptc thermistor producing method, and resistor with a ptc thermistor
JP2529252Y2 (ja) 1990-04-05 1997-03-19 日本油脂株式会社 正特性サーミスタ装置
JPH0448701A (ja) 1990-06-15 1992-02-18 Daito Tsushinki Kk 自己復帰形過電流保護素子
US5382938A (en) * 1990-10-30 1995-01-17 Asea Brown Boveri Ab PTC element
JPH0521208A (ja) 1991-05-07 1993-01-29 Daito Tsushinki Kk Ｐｔｃ素子
US5189387A (en) 1991-07-11 1993-02-23 Electromer Corporation Surface mount device with foldback switching overvoltage protection feature
GB9120576D0 (en) * 1991-09-27 1991-11-06 Bowthorpe Components Ltd Thermistor
US5250228A (en) 1991-11-06 1993-10-05 Raychem Corporation Conductive polymer composition
US5303115A (en) * 1992-01-27 1994-04-12 Raychem Corporation PTC circuit protection device comprising mechanical stress riser
US5378407A (en) 1992-06-05 1995-01-03 Raychem Corporation Conductive polymer composition
US5451919A (en) 1993-06-29 1995-09-19 Raychem Corporation Electrical device comprising a conductive polymer composition
US5582770A (en) 1994-06-08 1996-12-10 Raychem Corporation Conductive polymer composition
TW263589B (en) * 1994-06-08 1995-11-21 Raychem Ltd Electrical devices containing conductive polymers
JPH08203703A (ja) 1995-01-26 1996-08-09 Murata Mfg Co Ltd サーミスタ素子
JP3930904B2 (ja) 1995-03-22 2007-06-13 レイケム・コーポレイション 電気デバイス
JP3930905B2 (ja) 1995-03-22 2007-06-13 レイケム・コーポレイション 導電性ポリマー組成物およびデバイス
US5945903A (en) * 1995-06-07 1999-08-31 Littelfuse, Inc. Resettable automotive circuit protection device with female terminals and PTC element
US5900800A (en) 1996-01-22 1999-05-04 Littelfuse, Inc. Surface mountable electrical device comprising a PTC element
US5884391A (en) 1996-01-22 1999-03-23 Littelfuse, Inc. Process for manufacturing an electrical device comprising a PTC element
US5939968A (en) * 1996-06-19 1999-08-17 Littelfuse, Inc. Electrical apparatus for overcurrent protection of electrical circuits
JPH1098829A (ja) * 1996-09-24 1998-04-14 Tdk Corp Ｐｔｃ素子を用いた保護回路及び保護回路用の保護素子
JPH10321413A (ja) * 1997-05-16 1998-12-04 Mitsubishi Electric Corp 限流器
US6020808A (en) * 1997-09-03 2000-02-01 Bourns Multifuse (Hong Kong) Ltd. Multilayer conductive polymer positive temperature coefficent device
US6373372B1 (en) * 1997-11-24 2002-04-16 General Electric Company Current limiting device with conductive composite material and method of manufacturing the conductive composite material and the current limiting device
US6236302B1 (en) * 1998-03-05 2001-05-22 Bourns, Inc. Multilayer conductive polymer device and method of manufacturing same
US6606023B2 (en) * 1998-04-14 2003-08-12 Tyco Electronics Corporation Electrical devices
US6157528A (en) * 1999-01-28 2000-12-05 X2Y Attenuators, L.L.C. Polymer fuse and filter apparatus
CA2373531A1 (en) * 1999-06-02 2000-12-07 Martin G. Pineda Electrical device
US6531950B1 (en) * 2000-06-28 2003-03-11 Tyco Electronics Corporation Electrical devices containing conductive polymers

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4904850A (en) * 1989-03-17 1990-02-27 Raychem Corporation Laminar electrical heaters
US5852397A (en) * 1992-07-09 1998-12-22 Raychem Corporation Electrical devices

Also Published As

Publication number Publication date
TW516047B (en) 2003-01-01
WO2001052275A1 (en) 2001-07-19
US6922131B2 (en) 2005-07-26
US20020089408A1 (en) 2002-07-11
US20040136136A1 (en) 2004-07-15
CN1401123A (zh) 2003-03-05
EP1247282A1 (en) 2002-10-09
JP2003520420A (ja) 2003-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1319079C (zh) 电气装置和电组件及数字信号的电信电路
US6628498B2 (en) Integrated electrostatic discharge and overcurrent device
JP4902944B2 (ja) 直接塗布するための電圧可変物質、及び電圧可変物質を使用するデバイス
US7034652B2 (en) Electrostatic discharge multifunction resistor
US5189387A (en) Surface mount device with foldback switching overvoltage protection feature
US7180719B2 (en) Integrated overvoltage and overcurrent device
CA1137544A (en) Line protector for a communications circuit
KR20080034487A (ko) 열적 커플링된 금속 산화물 바리스터 과전압 요소 및중합체성 정온도 계수 과전류 요소를 갖는 회로 보호 소자
JP4664905B2 (ja) 回路保護デバイス
CA2125453C (en) Hybrid surge protector
US7035072B2 (en) Electrostatic discharge apparatus for network devices
US5204799A (en) Protective arrangement for telecommunications line interface circuit
US6166894A (en) PCB based protector cartridge
EP0449262A1 (en) Integrated services digital network terminating resistor with line fault protector
US20050099755A1 (en) Broadband surge protector with non-resetting current limiter
US6935879B2 (en) Connectors having circuit protection
CA2051564C (en) Junction box with protection function to protect from overvoltage and overcurrent
WO2004109766A2 (en) Telecom circuit protection apparatus
EP0395231A2 (en) Protective arrangement for telecommunications line interface circuit
CA2373531A1 (en) Electrical device
WO2001020743A1 (en) Protector module for protecting electronic equipment from energy surges
GB2260230A (en) Electrical surge protector
JPH06121351A (ja) 過電圧保護回路
SI21770A (sl) Hibridni debeloplastni modul za zaščito telekomunikacijske linije v izvedbi za površinsko montažo

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20070530

Termination date: 20130110