[发明专利]一种限流电路

说明书

技术领域

本发明涉及限流电路，特别涉及直流电路中可恢复的限流电路。 

背景技术

限流电路或器件有很多种，美国发明家爱迪生(Thomas Alva Edison，1847年－1931年)在一百多年前发明的保险丝就是限流器件，保险丝(fuse)也被称为电流保险丝，IEC127标准将它定义为熔断体(fuse-link)。 

表一给出了现有技术中特快断保险丝的电气特性，该特性满足中国的CCC、美国UL认证标准。 

从表一可以看到现有技术保险丝的特性，在电流为额定电流200%时，熔断时间允许长达1秒，实测都在300mS以上，即0.3秒以上，且一旦熔断，即使后续的短路已排除，电路重新上电，也要更换保险丝才能正常工作。 

现有技术保险丝存在熔断时间长，熔断后不可自行恢复的缺点。 

后来出现的自恢复保险丝，是一种过流电子保护元器件，采用高分子有机聚合物在高压、高温，硫化反应的条件下，搀入导电粒子材料后，经过特殊的工艺加工而成。习惯上把 PPTC(Polyer Positive Temperature Coefficent)也叫自恢复保险丝。严格意义讲：PPTC不是自恢复保险丝，Resettable Fuse才是自恢复保险丝。 

自恢复保险丝是由经过特殊处理的聚合树脂(Polymer)及分布在里面的导电粒子(Carbon Black)组成。在正常操作下聚合树脂紧密地将导电粒子束缚在结晶状的结构外，构成链状导电通路，此时的自恢复保险丝为低阻状态，线路上流经自恢复保险丝的电流所产生的热能小，不会改变晶体结构。当线路发生短路或过载时，流经自恢复保险丝的大电流产生的热量使聚合树脂融化，体积迅速增长，形成高阻状态，工作电流迅速减小，从而对电路进行限制和保护。当故障排除后，自恢复保险丝重新冷却结晶，体积收缩，导电粒子重新形成导电通路，自恢复保险丝恢复为低阻状态，从而完成对电路的保护，无须人工更换。 

PPTC为高分子聚合物正系数温度元件，俗称正温度系数热敏电阻，防护效果较差。当线路发生短路或过载时，流经自恢复保险丝的大电流产生的热量使电阻值升高，从而使PPTC器件承担的电压也升高，器件会自动寻找到一个限流点，确保其发热维持其高阻状态。 

正因为如此，自恢复保险丝都是利用温度升高来工作的，温度的升高需要时间，这也决定了自恢复保险丝在过流时反应慢，起保护后，仍存在较大的维持电流，其所起的作用是确保不引起火灾而已。 

特别是用于低压(小于60V)直流电路中，很多供电端不可避免地存在大容量的滤波电容，自恢复保险丝很难取得较好的保护作用，自恢复保险丝经常被电子工程师误用而烧毁后续电路，电压适应性差，对于不同的工作电压，经常要重新计算发热量，可以忍受的最小保护电流，来重新选择自恢复保险丝，在使用中很不方便。 

中国公开号为CN1110836A的专利《一种电子熔断器》解决了这一问题，原文的摘要：“提出一种利用晶体管和继电器工作原理构成的电子熔断器，由取样线圈、晶体管开关、继电器、执行开关和整流电桥构成。保留整流电桥为交流电子熔断器，取消整流电桥为直流电子熔断器。本电子熔断器自身不耗电，带负载使用时开关压降极小，负载短路或过载时能快速切断电源，负载开路时能自动恢复供电，可无数次重复使用，免却通常更换熔断器之累。本发明适用于保护各种直流电源，取代热熔式金属丝或片状熔断器的使用，尤其适合断电要求高或更换熔断器困难的场所。” 

上述专利的技术方案由于存在取样线圈，体积大，且无法对直流电路进行限流保护。

应用于直流电路的限流电路，很多公司都进行了研究，中国公开号为CN1149936A的专利《限流电路》示出了西门子公司在1994年6月1日公开的解决方案，这里直接引用原文：限流电路，包括场效应晶体管(12)的源-漏极通道，和与之串连的一个电流传感器(8)，共同配置在电路的纵向分支上。通过在电流传感器(8)内的一个扼流圈(9)限制电流的上升速度，从而有效地保护了短暂的过流现象。作为续流二极管的二极管(11)与电流传感器(8)并联连接，本电路尤其适于用作通信设备的电源。