CN100454447C - 单层三相用突波吸收器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明是提供一种单层三相用突波吸收器，其至少包括：单层氧化锌陶瓷体；第一电极层，该第一电极层包含彼此分离的第一电极及第二电极，且于该第一电极及该第二电极上分别具有第一端子及第二端子；第二电极层，该第二电极层包含彼此分离的第三电极及第四电极，且于该第四电极上具有第三端子；以及导电通路，耦接于该第一电极及该第三电极之间，使该第一电极及该第三电极形成导电通路。此外，本发明亦揭露一种单层三相用突波吸收器的制造方法。

Description

单层三相用突波吸收器及其制造方法

技术领域

本发明是关于一种单层三相用突波吸收器及其制造方法，尤指一种可于单层氧化锌陶瓷体上设计出可同时完成L-N-G三线间保护，并能真正利用单次崩溃进行保护，使得寿命及信赖度提高的单层三相用突波吸收器及其制造方法。

背景技术

请参照图1，其绘示一现有突波吸收器的上视图及侧视图。如图所示，现有突波吸收器包括：一氧化锌陶瓷片6，其上下两面各有一导电层7，并于电极面7上焊上铜线(一般为镀锡铜线)8，并于外层涂覆环氧树脂粉末，作为绝缘及防潮的作用，其工作原理为：利用氧化锌陶瓷片6的晶界现象，对两端发生的瞬间过电压进行保护，并将突波能量以热的方式来解除，所以其工作时，必须产生电流流经氧化锌陶瓷片6本体，方能将突波能量转成热的形式。

请参照图2，其绘示一现有使用突波吸收器来保护L-N-G三线电源的示意图。如图所示，传统上使用突波吸收器来保护L-N-G三线电源，对于发生在L-N-G间的瞬间过电压(突波能量)，通常是需要三个独立的突波吸收器9才能完整保护，其中，每一个突波吸收器9独立完成两线间的保护。

请分别参照图3(a)(b)及(c)，其绘示日本第59-5601号专利的三端子单层元件的示意图。其中，图3(a)为其上视图，图3(b)为其侧视图，而图3(c)则为其等效电路图。如图所示，日本59-5601号专利为了简化线路的目的而设计了三端子单层元件100。虽然从外观上看起来该三端子单层元件100具有三个端子d、e及f，但从等效电路图3(c)中即可看出此种方式只保护了d-f及e-f，而d-e间并无适当保护，因d到e间并无实质的体积(晶界)可供其穿越，所以即使d对e可在适当的电场下产生崩溃现象，却无法把突波能量利用热的方式解除，所以d对e在等效电路图3(c)中，并无等效突波吸收器存在，故就保护观点而言，其设计并不完备。

请分别参照图4(a)及(b)，其绘示台湾第313713号专利的三端子单层元件的示意图。其中，图4(a)为其上视图，而图4(b)为其侧视图。如图所示，台湾第313713号专利是针对图3中未保护到的部份加以改良而设计的三端子单层元件120。从外观上看起来该三端子单层元件120具有三个端子g、h及k，但由图4(a)及(b)中可知，当每次异常电压来临而启动时，必须由上面电极121的端子g(假设)对另一面电极123先作崩溃动作(亦即产生电流)，再由电极123对电极122的端子h或电极123的端子k作第二次崩溃动作(亦即产生电流)才算完成，所以每次进行保护时都需要通过陶瓷本体两次，亦即必须使用原设计的单次使用面积(121、122及123)的两次(两倍)(121加122或、122加123或121加123)才能完成其保护功能，不仅使其可靠度降低，而且在相同雷击能量侵入条件下，因其等效面积只有原设计的1/2，故其耐受能力必远小于三个独立(工作面积等同121或122或123)的突波吸收器。

因此，本发明是提供一种单层三相用突波吸收器及其制造方法，其可于单层氧化锌陶瓷体上设计出可同时完成L-N-G三线间保护，并能真正利用单次崩溃进行保护，使得寿命及信赖度提高的单层三相用突波吸收器及其制造方法。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种单层三相用突波吸收器及其制造方法，其可于单层氧化锌陶瓷体上设计出可同时完成L-N-G三线间保护，并能真正利用单次崩溃进行保护，使得寿命及信赖度提高的单层三相用突波吸收器及其制造方法。

本发明的第二目的是提供一种单层三相用突波吸收器及其制造方法，其利用增加的内部线路，解决一般在单层陶瓷片上要设计出三个独立工作的突波吸收器时，必须使用两次崩溃路径，才能解决一次突波攻击的缺点，使得本发明的有效工作面积是现有使用两次崩溃路径设计的两倍，以达到节省成本的目的。

本发明的第三目的是提供一种单层三相用突波吸收器及其制造方法，其只需适当地调整面积即可达到两个、三个或多个突波吸收器并联的效果，而且同时解决不同突波吸收器(对应不同崩溃电压)并连在相同的两线之间，突波攻击时不会同时启动的事实；而且不同突波吸收器在先后启动时，因每个突波吸收器的残留阻抗不同，则低阻抗的突波吸收器将承受较大的电流(因相互并联)，长时间下来，对此突波吸收器而言，劣化状况会较严重，若最终导致单个突波吸收器失效，则将失去多个并联的目的。

本发明的第四目的是为解决传统上突波吸收器的失效问题，而需对个别突波吸收器进行外加过温保护元件的方法，可减少过温保护元件的数量，进而降低成本，但仍可维持合理的保护功能。

本发明的第五目的是为提供较佳的散热解决方案，由于突波吸收器解除外来能量的方式，就是利用产生焦耳热的形式，若是散热能力小于产热速度，则造成温升，会使突波吸收器功能异常，甚至造成烧毁，而在本发明中，虽然任两线间的突波工作面积与单个面积接近，但其全部体积是原有单个的三倍，所以若是对相同突波能量而言，本发明的单层三相用突波吸收器其温升必较小，而且由于整体表面积较大，其散热能力亦增加许多，因此，对连续且密集的突波攻击，将有更强的保护能力，以提高其寿命及可信赖性。

为达上述目的，本发明是提供一种单层三相用突波吸收器，其包括：单层氧化锌陶瓷体；第一电极层，置于该单层氧化锌陶瓷体的一表面上，该第一电极层包含彼此分离的第一电极及第二电极，且于该第一电极及该第二电极上分别具有第一端子及第二端子；第二电极层，置于该单层氧化锌陶瓷体的另一表面上，该第二电极层包含彼此分离的第三电极及第四电极，且于该第四电极上具有第三端子；以及导电通路，耦接于该第一电极及该第三电极之间，使该第一电极及该第三电极形成导电通路。

为达上述目的，本发明亦提供一种单层三相用突波吸收器的制造方法，其包括下列步骤：提供一单层氧化锌陶瓷体；将一第一电极层置于该单层氧化锌陶瓷体的一表面上，该第一电极层包含彼此分离的一第一电极及一第二电极，且于该第一电极及该第二电极上分别具有一第一端子及一第二端子；将一第二电极层置于该单层氧化锌陶瓷体的另一表面上，且该第二电极层上亦具有彼此分离的一第三电极及一第四电极，且于该第四电极上具有一第三端子；以及使用一导电通路连接于该第一电极及该第三电极之间，使该第一电极及该第三电极形成导电通路。

为能进一步了解本发明的结构、特征及其目的，兹附以图式及较佳具体实施例的详细说明如后。

附图说明

图1是一示意图，其绘示一现有突波吸收器的上视图及侧视图；

图2是一示意图，其绘示一现有使用突波吸收器来保护L-N-G三线电源的示意图：

图3(a)是一示意图，其绘示日本第59-5601号专利的三端子单层元件的上视图；

图3(b)是一示意图，其绘示日本第59-5601号专利的三端子单层元件的侧视图；

图3(c)是一示意图，其绘示日本第59-5601号专利的三端子单层元件的等效电路图；

图4(a)是一示意图，其绘示台湾第313713号专利的三端子单层元件的上视图；

图4(b)是一示意图，其绘示台湾第313713号专利的三端子单层元件的侧视图；

图5(a)是一示意图，其绘示根据本发明的一较佳实施例的单层三相用突波吸收器的上视图；

图5(b)是一示意图，其绘示根据本发明的一较佳实施例的单层三相用突波吸收器的底视图；

图5(c)是一示意图，其绘示根据本发明的一较佳实施例的单层三相用突波吸收器的侧视图；以及

图5(d)是一示意图，其绘示根据本发明的一较佳实拖例的单层三相用突波吸收器的等效电路示意图。

图6是一示意图，其绘示根据本发明的另一较佳实施例的单层三相用突波吸收器的示意图；

图7(a)是一示意图，其绘示根据本发明的另一较佳实施例的单层三相用突波吸收器的示意图；

图7(b)是一示意图，其绘示根据本发明的又一较佳实施例的单层三相用突波吸收器的示意图。

具体实施方式

请参照图5(a)、(b)、(c)及(d)，其分别绘示根据本发明的一较佳实施例的单层三相用突波吸收器的上视、底视、侧视及等效电路示意图。如图5(a)、(b)及(c)所示，本发明的单层三相用突波吸收器包括：第一电极层1；第二电极层2；导电通路3；以及单层氧化锌陶瓷体4所组成。

其中，该单层氧化锌陶瓷体4，其功能如同现有突波吸收器中的氧化锌陶瓷体6，是用以提供该突波吸收器崩溃路径；第一电极层1，是置于该单层氧化锌陶瓷体4的一表面(图未示)上，该第一电极层1包含彼此分离的第一电极11及第二电极12，且于该第一电极11及该第二电极12上分别具有第一端子a及第二端子b；第二电极层2，是置于该单层氧化锌陶瓷体4的另一表面(图未示)上，该第二电极层2包含彼此分离的第三电极21及第四电极22，且于该第四电极22上具有第三端子c；以及导电通路3，耦接于该第一电极11及该第三电极21之间，使该第一电极11及该第三电极21形成导电通路。其中，该第一电极层1及该第二电极层2是由银胶所制成，而该导电通路3则较佳是为一金属或导电涂覆线路，以便将第一电极11及该第三电极21导通。

请参照图5(d)，其中，当该第一端子a对该第三端子c两端有异常电压发生时，则以该第一电极11为基准工作区域便启动，使电流贯穿于该第一电极层1与该第二电极层2之间，以发热解除突波能量；当该第一端子a对该第二端子b两端有异常电压发生时，则以该第三电极21为基准工作区域便启动，使电流贯穿于该第一电极层1与该第二电极层2之间，以发热解除突波能量；而当该第三端子c对该第二端子b两端有异常电压发生时，则以该第二电极12与该第四电极22上下垂直重叠部分面积的一区域22’为基准工作区域便启动，使电流贯穿于该区域22’的上下表面间，以发热解除突波能量。如上所述，本发明的单层三相用突波吸收器可同时保护三线间的异常状况，而且每次保护动作的完成，仅需一次崩溃动作，启动保护后所产生的热，可由整个体积(表面积)来完成散热，使突波电流流经的区域减半，以增加寿命及信赖度。

请参照图6，其绘示根据本发明的另一较佳实施例的单层三相用突波吸收器的示意图。如图5(b)所示，该单层三相用突波吸收器是于该第四电极22处外接一第三端子c以连接至三相电路。然实际应用上可如图6所示，可将该单层三相用突波吸收器的第四电极22分成两个彼此互相隔离的区域221及222，且于区域221及222分别外接端子c’及c”，然后再使用导线w连结区域221及222，如此，对c’及c”而言，是处于同电位，则其功能等同于图5(b)中的第四电极22与第三端子c的功能，因此，虽然图6的外观不同于本发明5(b)的外观(引线数目不同)，但实际上，其功能是一样的。

请参照图7(a)，其绘示根据本发明的另一较佳实施例的单层三相用突波吸收器的示意图。如图5(c)所示，该单层三相用突波吸收器是由该导电通路3耦接于该第一电极11及该第三电极21之间，使该第一电极11及该第三电极21形成导电通路而具有相同电位。然实际应用上可如图7所示，可于该单层三相用突波吸收器的第三电极21处外接一第二端子b，再于该第一电极11处外接一第四端子c’，因该导电通路3连通之故，使该第二端子b与第四端子c’处的电位相同，虽然图7(a)的外观不同于本发明5(c)的外观(引线数目不同)，但实际上，其功能是一样的。另请参照图7(b)，本发明的单层三相用突波吸收器其第一电极11及该第三电极21之间亦可不使用该导电通路3，而是如图7(b)所示使用一导线3’外接于第二端子b与第四端子c’间，使该第一电极11及该第三电极21的电位相同，可达到多个突波吸收器并联的功效。

此外，本发明亦提供一种单层三相用突波吸收器的制造方法，其包括下列步骤：提供一单层氧化锌陶瓷体4(步骤1)；将第一电极层1置于该单层氧化锌陶瓷体4的一表面上，该第一电极层1包含彼此分离的第一电极11及第二电极12，且于该第一电极11及该第二电极12上分别具有第一端子a

及第二端子b(步骤2)；将第二电极层2置于该单层氧化锌陶瓷体4的另一表面上，且该第二电极层2上亦具有彼此分离的第三电极21及第四电极22，且于该第四电极22上具有第三端子c(步骤3)；以及使用一导电通路3连接于该第一电极11及该第三电极22之间，使该第一电极11及该第三电极22形成导电通路(步骤4)。

其中，步骤2中的该第一电极层1及步骤3中的该第二电极层2是由银胶所制成，而步骤4中的该导电通路3则较佳是为一金属或导电涂覆线路，以便将第一电极11及该第三电极22导通。因此，根据本发明的单层三相用突波吸收器的制造方法所制成的单层三相用突波吸收器，当该第一端子a对该第三端子c两端有异常电压发生时，则以该第一电极11为基准工作区域便启动，使电流贯穿于该第一电极层1与该第二电极层2之间，以发热解除突波能量；当该第一端子a对该第二端子b两端有异常电压发生时，则以该第三电极21为基准工作区域便启动，使电流贯穿于该第一电极层1与该第二电极层2之间，以发热解除突波能量；而当该第三端子c对该第二端子b两端有异常电压发生时，则以该第二电极12与该第四电极22上下垂直重叠部分面积的一区域22’为基准工作区域便启动，使电流贯穿于该区域22’的上下表面间，以发热解除突波能量。如上所述，本发明的单层三相用突波吸收器可同时保护三线间的异常状况，而且每次保护动作的完成，仅需一次崩溃动作，启动保护后所产生的热，可由整个体积(表面积)来完成散热，使突波电流流经的区域减半，以增加寿命及信赖度。

综上所述，本发明的单层三相用突波吸收器较之现有突波吸收器具有下列优点：

1.利用内部线路设计，可以在单层突波吸收器元件上产生三个独立工作的等效突波吸收器，进行三线间的完整保护。

2.两线间，每次突波吸收器的启动至完成保护，只需一次崩溃动作，使突波电流流经的区域减半，以增加寿命及信赖度。

3.三线间仅需三个端点，减少传统需用三个突波吸收器，六个焊点的加工成本。

本发明所揭示的，乃较佳实施例，举凡局部的变更或修饰而源于本发明的技术思想而为熟习该项技艺的人所易于推知者，俱不脱本发明的专利权范畴。

Claims (18)

1.一种单层三相用突波吸收器，其特征在于，至少包括：

一单层氧化锌陶瓷体；

一第一电极层，置于该单层氧化锌陶瓷体的一表面上，该第一电极层包含彼此分离的一第一电极及一第二电极，且于该第一电极及该第二电极上分别具有一第一端子及一第二端子，且该第一电极和第三电极不具有上下垂直重叠的部分；

一第二电极层，置于该单层氧化锌陶瓷体的另一表面上，该第二电极层包含彼此分离的一第三电极及一第四电极，且于该第四电极上具有一第三端子，且该第二电极和第四电极具有上下垂直重叠的部分；以及

一导电通路，耦接于该第一电极及该第三电极之间，使该第一电极及该第三电极形成导电通路。

2.如权利要求1所述的单层三相用突波吸收器，其特征在于，当该第一端子对该第三端子两端有异常电压发生时，则以该第一电极为基准的工作区域便启动，使电流贯穿于该第一电极层与该第二电极层之间，以发热解除突波能量。

3.如权利要求1所述的单层三相用突波吸收器，其特征在于，当该第一端子对该第二端子两端有异常电压发生时，则以该第三电极为基准的工作区域便启动，使电流贯穿于该第一电极层与该第二电极层之间，以发热解除突波能量。

4.如权利要求1所述的单层三相用突波吸收器，其特征在于，当该第三端子对该第二端子两端有异常电压发生时，则以该第二电极与该第四电极上下垂直重叠部分面积的一区域为基准的工作区域便启动，使电流贯穿于该区域的上下表面间，以发热解除突波能量。

5.如权利要求1所述的单层三相用突波吸收器，其特征在于，该第一电极层及该第二电极层是由银胶所制成，而该导电通路为一金属，且为一导电涂覆线路。

6.如权利要求1所述的单层三相用突波吸收器，其特征在于，该第一电极、第二电极、第三电极或该第四电极的面积为可调整的，以达成多个突波吸收器并联的功效。

7.如权利要求6所述的单层三相用突波吸收器，其特征在于，该第四电极进一步可分成两个彼此互相隔离的第一区域及第二区域，且于该第一区域及第二区域处分别外接一第三端子及一第四端子，然后再使用一线路连结该第一区域及第二区域，则对该第三端子及该第四端子而言，是处于同电位，亦可达到多个突波吸收器并联的功效。

8.如权利要求1所述的单层三相用突波吸收器，其特征在于，其中进一步在第三极处外接一第四端子，且由该导电通路使该第一端子与该第四端子处的电位相同，以达到多颗突波吸收器并联的功效。

9.如权利要求8所述的单层三相用突波吸收器，其特征在于，该导电通路是外接于该第一电极及该第三电极间的一导线。

10.一种单层三相用突波吸收器的制造方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

提供一单层氧化锌陶瓷体；

将一第一电极层置于该单层氧化锌陶瓷体的一表面上，该第一电极层包含彼此分离的一第一电极及一第二电极，且于该第一电极及该第二电极上分别具有一第一端子及一第二端子，且该第一电极和第三电极不具有上下垂直重叠的部分；

将一第二电极层置于该单层氧化锌陶瓷体的另一表面上，该第二电极层包含彼此分离的一第三电极及一第四电极，且于该第四电极上具有一第三端子，且该第二电极和第四电极具有上下垂直重叠的部分；以及

使用一导电通路连接于该第一电极及该第三电极之间，使该第一电极及该第三电极形成导电通路。

11.如权利要求10所述的单层三相用突波吸收器的制造方法，其特征在于，当该第一端子对该第三端子两端有异常电压发生时，则以该第一电极为基准的工作区域便启动，使电流贯穿于该第一电极层与该第二电极层之间，以发热解除突波能量。

12.如权利要求10所述的单层三相用突波吸收器的制造方法，其特征在于，当该第一端子对该第二端子两端有异常电压发生时，则以该第三电极为基准的工作区域便启动，使电流贯穿于该第一电极层与该第二电极层之间，以

发热解除突波能量。

13.如权利要求10所述的单层三相用突波吸收器的制造方法，其特征在于，当该第三端子对该第二端子两端有异常电压发生时，则以该第二电极与该第四电极上下垂直重叠部分面积的一区域为基准的工作区域便启动，使电流贯穿于该区域的上下表面间，以发热解除突波能量。

14.如权利要求10所述的单层三相用突波吸收器的制造方法，其特征在于，该第一电极层及该第二电极层是由银胶所制成，而该导电通路为一金属，且为一导电涂覆线路。

15.如权利要求10所述的单层三相用突波吸收器的制造方法，其特征在于，该第一电极、第二电极、第三电极或该第四电极的面积为可调整的，以达成多个突波吸收器并联的功效。

16.如权利要求15所述的单层三相用突波吸收器的制造方法，其特征在于，该第四电极进一步可分成两个彼此互相隔离的第一区域及第二区域，且于该第一区域及第二区域处分别外接一第三端子及一第四端子，然后再使用一线路连结该第一区域及第二区域，则对该第三端子及该第四端子而言，是处于同电位，亦可达到多个突波吸收器并联的功效。

17.如权利要求10所述的单层三相用突波吸收器的制造方法，其特征在于，其中进一步在第三极处外接一第四端子，且由该导电通路使该第一端子与该第四端子处的电位相同，以达到多颗突波吸收器并联的功效。

18.如权利要求17所述的单层三相用突波吸收器的制造方法，其特征在于，该导电通路是外接于该第一电极及该第三电极间的一导线。

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