CN105917541A - 电涌保护器件 - Google Patents

Abstract

一种电路保护器件包括限定腔室(19)的壳体(15)以及设置在所述腔室(19)内的金属氧化物变阻器(MOV)叠置体(310)。第一弹簧(330a)在第一端处通过焊料连接(30)电附接至MOV叠置体(310)的第一输入端子(311a)，在第二端处电连接至第一输入线(20a)。第一弹簧(330a)偏离第一输入端子(311a)。第二弹簧(330b)通过焊料连接(40)电附接至MOV叠置体(310)的第二输入端子(311b)，在第二端处电连接至第二输入线(20b)。第二导电弹簧(330b)偏离第二输入端子(311b)。在发生过压状态时，MOV叠置体(310)生成的热量使第一或第二焊料连接(30，40)的至少其中之一熔化，从而允许对应的弹簧从相应的MOV叠置体(310)输入端子(311a，311b)移开，由此建立开路。

Description

电涌保护器件

技术领域

本发明的实施例涉及电路保护器件领域。更具体而言，本发明涉及一种包括具有集成热断路器的金属氧化物变阻器叠置体(stack)的电涌保护器件，该集成热断路器被配置为在发生由异常过压状况导致的过热的情况下提供应急(expedient)热响应。

背景技术

过电压保护器件用于保护电子电路和部件免受由于过压故障状况所导致的损害。这些过电压保护器件可以包括连接于所要保护的电路和地线之间的金属氧化物变阻器(MOV)。MOV具有独特的电流－电压特性，使得允许采用MOV保护这些电路免受灾难性的电压浪涌。这些器件可以利用在过压状况下熔化而形成断路的热链接(thermal link)。具体而言，在向器件施加大于MOV的额定或阈值电压的电压时，电流流经MOV，MOV发热，而该热使热链接熔化。一旦链接熔化，就建立了开路，从而避免了过压状况对所要保护的电路造成损坏。但是，这些现有的电路保护器件没有提供从MOV向热链接的有效率的热传递，从而延迟了响应时间。此外，MOV器件具有相对较高的电感特性，其将在快速过压瞬变(fast overvoltagetransients)存在的情况下降低性能。此外，在某些应用中，例如，在LED保护中，现有的电路保护器件的组装和连接都很复杂，这增加了制造成本。因此，可以认识到期望在现今的采用金属氧化物变阻器的电路保护器件中取得改进。

发明内容

本发明的示范性实施例涉及一种电路保护器件。在示范性实施例中，所述电路保护器件包括限定腔室的壳体、金属氧化物变阻器叠置体以及第一和第二导电弹簧。将金属氧化物变阻器叠置体设置到所述壳体的所述腔室内。所述第一导电弹簧在第一端处通过第一焊料连接被电附接至金属氧化物变阻器叠置体的第一输入端子，且在第二端处被电附接至第一输入线。第一导电弹簧偏离金属氧化物变阻器叠置体的第一输入端子。所述第二导电弹簧在第一端处通过第二焊料连接被电附接至金属氧化物变阻器叠置体的第二输入端子，且在第二端处被电附接至第二输入线。第二导电弹簧偏离金属氧化物变阻器叠置体的第二输入端子，其中，在发生过压状况时，由金属氧化物变阻器叠置体生成的热使所述第一或第二焊料连接的至少其中之一熔化，从而允许对应的第一或第二导电弹簧从金属氧化物变阻器电路的第一或第二输入端子偏移，以限定开路。

附图说明

图1a是根据本公开的实施例的电路保护器件的透视图。

图1b是根据本公开的实施例的电路保护器件的示意图。

图2a是根据本公开的实施例的电路保护器件的透视图。

图2b是根据本公开的实施例的电路保护器件的示意图。

图3是根据本公开的实施例的被示为处于开路状态的电路保护器件的切开透视图。

图4是根据本公开的实施例的图3所示的MOV叠置体的一部分和弹簧组件的分解透视图。

图5a是图1a所示的电路保护器件的底部透视图，其中壳体的底部部分的腔未被填充。

图5b是图1a所示的电路保护器件的底部透视图，其中壳体的底部部分的腔填充了灌封材料(potting material)。

图6a是本公开的电路保护器件的第一替代实施例的侧面透视图。

图6b是图6a所示的电路保护器件的第一替代实施例的背面透视图。

图7a是本公开的电路保护器件的第二替代实施例的侧面透视图。

图7b是图7a所示的电路保护器件的第二替代实施例的背面透视图。

具体实施方式

现在将在下文中参考示出了本发明优选实施例的附图来更为完整地描述本发明。但是，可以将本发明体现为很多不同的形式，不应将本发明理解为局限于文中阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开透彻、全面，并且将本发明的范围完整地传达给本领域技术人员。在附图中，始终采用类似的附图标记表示类似的元件。

在下述说明书和/或权利要求中，词语“在……上”、“覆盖”、“设置在……上”以及“在……之上”可以被用于下述说明书和权利要求中。可以采用“在……上”、“覆盖”、“设置在……上”以及“在……之上”表示两个或更多元件彼此直接物理接触。但是，“在……上”、“覆盖”、“设置在……上”以及“在……之上”也可以表示两个或更多元件并非彼此直接物理接触。例如，“在……之上”可以表示一个元件处于另一个元件之上但是不相互接触，而且在两个元件之间可以具有其他一个或多个元件。此外，词语“和/或”可以表示“和”，可以表示“或”，可以表示“异或”，可以表示“一个”，可以表示“一些但非全部”，可以表示“两者都不”并且/或者可以表示“两者都”，但是所要求保护的主题的范围不受这方面的限制。

图1A和1B分别示出了根据本公开的电路保护器件10的透视图和示意图。保护器件10可以包括壳体15、输入线20a、20b、20c以及输出线25a和25b。输入线20a可以是线路导线，输入线20b可以是中性的，且输入线20c可以是接地的。类似地，输出线25b可以是对应的线路导线，且输出线25b可以是对应的中性的。根据本公开的实施例，采用输入和输出线20a-c、25a和25b将保护器件10连接于电源(未示出)和所要保护的器件或电路(未示出)之间。

保护器件10的壳体15可以由内部底部部分15a(参考图3)和罩(cover)15b来限定，其中，底部部分15a可以包括多个从之延伸出来的凸缘17，可以采用所述凸缘将器件10固定到工作位置(之所以将底部部分15a称为“内部”是因为其受到罩15b的覆盖，而且匹配地吻合到罩15b内，例如，通过搭扣配合或摩擦配合)。内部底部部分15a和罩15b限定了腔室19，在腔室19内设置与输入线20a、20b、20c和输出线25a、25b电连接的金属氧化物变阻器(MOV)35、45、48的叠置体，如下文进一步所述。或者，可以设想壳体15的底部部分15a可以是所要保护的器件的印刷电路板(PCB)的集成部件或部分，而且MOV 35、45、48以及保护器件10的其它内部部件(如下文进一步所述)能够被直接安装到所述PCB的该部件或部分上，且将壳体15的罩部分15b装配(fit)到其上。

简要地参考图5a，其示出了壳体15的底部透视图，其中，可以在壳体15的底部部分15a的侧壁内形成多个孔21，从而允许输入线20a-c以及输出线25a和25b从所述孔中穿过。因而，输入和输出线20a-c、25a和25b可以延伸到腔27内，该腔由下侧部分15a的底板和侧壁来限定。输入和输出线20a-c、25a和25b可以从腔27向上穿过底部部分15a的底板延伸到腔室19内(如上所述)，从而与上文所述的保护器件10的内部部件连接。参考图5b，可以借助于常规灌封工艺采用灌封环氧树脂29或者其他固体或凝胶状化合物(例如，热固塑料或硅酮橡胶凝胶)来填充底部部分15a的腔。因此可以将输入和输出线20a-c、25a和25b封入到灌封材料29内，其可以提供对抗冲击和振动的保护，并且可以避免湿气和腐蚀剂的进入，否则这些湿气或者腐蚀剂可能对线和保护器件10之间的电连接造成损害或劣化。本领域技术人员将认识到可以通过各种替代结构和配置来体现壳体15，只要该结构和配置有助于文中描述的电连接，并且能够为本公开的MOV叠置体(如下文所述)提供对抗外部环境的充分保护。

参照图1B，可以将第一热断路器(disconnect)30设置在输入线20a上，并通过输出线25a连接至第一MOV 35的一端，所述第一热断路器30可以由(例如)低温焊料烧块(solder fillet)形成，下文将对其进一步描述。可以将第二热断路器40设置在输入线20b上，并连接至MOV 35的第二端且通过输出线25b连接至MOV 45的第一端，所述第二热断路器40也可以由焊料烧块形成。MOV 48的第一端通过输出线25a连接至热断路器30。MOV 45的第二端和MOV 48的第二端连接至地线20c。因而，MOV 48在其第一端处连接至MOV 35的第一端，且在其第二端处连接地以及MOV 45的第二端。

在电路保护器件10的正常工作过程中(即，不存在过压状况的时候)，MOV 35、45和48的叠置体不会生成足以使热断路器30和40之一或两者熔化的热量。但是，由于MOV 35、45和48的每一个都是电压敏感器件，其将在跨MOV施加的电压超过MOV的额定电压时发热，因而过压状况的发生使得MOV 35、45和48的叠置体发热。在发生过压状况时MOV 35、45和48的叠置体所辐射的热量将足以使得热断路器30和40中的一者或两者熔化，由此建立开路，其将避免过压状况对连接至输出线25a和25b的器件或电路造成损坏。

作为背景信息，MOV 35、45和48的每一个可以主要由氧化锌颗粒构成，这些颗粒被烧结到一起，以形成圆的或者方形的盘，其中，作为固体的氧化锌颗粒是一种高度导电材料，而由其他氧化物形成的颗粒间边界则具有高电阻。只有在氧化锌颗粒相遇的那些点上，烧结才生成可与对称齐纳二极管相比较的“微变阻器”。金属氧化物变阻器的电行为取决于串联或者并联的微变阻器的数量。MOV的烧结体还解释了其高电负载容量，该高电负载容量容许对于高能量的吸收，因而具有格外高的浪涌电流处理能力。

图2A和2B分别示出了根据本公开的电路保护器件200的替代实施例的透视图和示意图。保护器件200可以包括壳体215以及输入连接线210a、210b和210c。例如，输入线210a可以是线路导线，输入线210b可以是中性的，且输入线210c可以是接地的。根据本公开的实施例，采用连接线210a-c将保护器件200连接于电源(未示出)和所要保护的器件或电路(未示出)之间。

与上文所述以及图1a和1b所示的电路保护器件10的壳体15类似，器件200的壳体215可以由内部底部部分215a和罩215b来限定，其中，底部部分215a可以包括多个从其延伸出去的凸缘217，可以采用所述凸缘将器件200固定到工作位置(将底部部分215称为“内部”是因为其被罩215b覆盖并且匹配地吻合到罩215b内，例如，通过搭扣配合或摩擦配合)。底部部分215a和罩215b限定了闭合的腔室219，在该闭合的腔室内设置与输入线210a-c电连接的金属氧化物变阻器(MOV)235、245和248的叠置体，如下文进一步所述。

壳体215的底部部分215a可以设有与图5a所示的壳体15的类似的孔221和腔(未处于视图内)，以容纳输入线210a-c。可以通过与上文所述并且如图5b所示的壳体15的底部部分15a的腔27类似的方式采用灌封材料填充底部部分215a的腔，其中，这样的灌封材料可以包括环氧树脂或者其他固态或凝胶化合物，例如，热固塑料或者硅酮橡胶凝胶。由此可以保护输入线210a-c免受冲击、振动和湿气影响。

参照图2B，可以将第一热断路器230设置在连接线210a上，并由此连接至MOV 235和248的第一端，所述第一热断路器230可以由(例如)低温焊料烧块形成，下文将对其进一步描述。可以将第二热断路器240设置到连接线210b上，并且由此连接至MOV 235的第二端和MOV 245的第一端，例如，所述第二热断路器240也可以由低温焊料烧块形成。可以将MOV 245的第二端和MOV 248的第二端连接至接地连接线210c。因而，将MOV 248在第一端处连接至MOV235的第一端，且在第二端处接地。

在器件200的正常操作过程中(即，不存在过压状况的时候)，MOV 235、245和248的叠置体没有生成足以使热断路器230和240中的一者或两者熔化的热量。但是，由于MOV 235、245和248的每一个是电压敏感器件，其将在跨MOV施加的电压超过MOV的额定电压时发热，因而过压状况的发生将使MOV 235、245和248的叠置体发热。在发生过压状况时MOV 235、245和248的叠置体辐射的热量将使得热断路器230和240中的一者或两者熔化，由此建立开路，其将避免过压状况对受到器件200保护的器件或电路造成损坏。

图3是图1所示的示范性电路保护器件10的切开透视图，其中罩15b被从壳体15移除。将MOV叠置体310设置到由底部部分15a限定的腔室19的一部分内。如上所述，MOV叠置体310可以由多个具有相关浪涌能力和工作温度额定值的MOV构成。例如，MOV叠置体310可以包括如上文所述的三个MOV 35、45和48，这些MOV具有各种引脚配置，以容纳(accommodate)与输入线20a-20c以及输出线25a和25b的连接。可以采用环氧树脂来涂覆MOV叠置体310，并将其设置到底部部分15a的腔室19内。

可以将输入线20a和20b连接至导电弹簧330a和330b，所述导电弹簧以悬臂构造安装至壳体15的底部部分15a。可以将第一导电弹簧330a的非悬臂端连接至输入线20a，可以将第二导电弹簧330b的非悬臂端连接至输入线20b。可以将导电弹簧330a和330b通过焊接或者其他导电连接装置连接至输入线20a和20b。导电弹簧330a和330b可以从它们与输入线20a和20b的附接点向上延伸，并且可以在从底部部分15a的顶表面向上延伸的相应突起305a和305b之上基本上以直角进一步延伸。突起305a和305b起着使各导电弹簧330a和330b的每一个的悬臂端向上偏移以离开第一MOV连接端子311a(未出现在图3的视图内，但在图4中示出)和第二MOV连接端子311b。可与MOV叠置体310集成的导电突起340a和340b可以从MOV叠置体310延伸出并可以连接至输入线20c，从而为MOV叠置体310提供对地连接。可以将输出线25a和25b连接至MOV叠置体310的第一和第二输出端子312a和312b。

如图3所示，保护器件10的导电弹簧330a和330b处于开路位置，其中，导电弹簧330a和330b的悬臂端未与MOV连接端子311a和311b接触，例如，这可以是发生了过压状况之后的情况。相反，在正常工作状态下，各导电弹簧330a和330b的每一个都可以处于闭合位置，其中，导电弹簧330a和330b的悬臂端通过如上文所述限定了保护器件10的热断路器30和40的低温焊料烧块来与它们的相应MOV连接端子电连接。

图4示出了图3所示的MOV叠置体310的一部分和弹簧组件的分解透视图。如上文参考图3所述，MOV叠置体310可以包括第一和第二输入端子311a和311b。如上所述，在电路保护器件10处于正常工作状态时输入端子311a和311b通过低温焊料烧块(即热断路器30和40)电连接至第一和第二导电弹簧330a和330b的悬臂端。可以将输入线20a电连接至第一弹簧330a的非悬臂端。可以将输入线20b电连接至第二弹簧330b的非悬臂端。可以将输入线20c电连接至MOV叠置体310的突起340a和340b。可以将输出线25a和25b分别电连接至MOV叠置体310的输出端子312a和312b。

尽管将导电弹簧330a和330b的两者图示为具有特定的形状和构造，但是可以设想很多替代的形状和构造，且在不背离本公开的情况下可以取代如图所示和如上所述的那些形状和构造来实施替代的形状和构造。例如，设想电路保护器件10的一种替代实施例，其中，导电弹簧330a和330b设置在腔室19内，并且分别在输入线20a-c和输出线25a和25b之间形成连接。

在所设想的电路保护器件10的另一实施例中，如图6a和6b所示，可以使导电弹簧330a和330b通过刚性的、电绝缘的构件600来相互连接。绝缘构件600基本避免了导电弹簧330a和330b的相对移动。因而，当将导电弹簧330a和330b的悬臂端连接至输入端子311a和311b的低温焊料烧块(即图1b所示的热断路器30和40)熔化时(例如发生过压状况)，向上偏移的悬臂端同时脱离与输入端子311a和311b的接触，由此同时断开导电弹簧330a和330b与输入端子311a和311b之间的电连接。

在所设想的电路保护器件10的又一实施例中，如图7a和7b所示，可以将具有导电金属化末端部分700a和700b的高导热性、电绝缘构件700插入到导电弹簧330a和330b的悬臂端和输入端子311a和311b之间。所述绝缘构件700可以由任何高导热性、电绝缘材料形成，其包括但不限于氮化铝(AlN)、氧化铍(BeO)、碳化硅(SiC)、各种金属－陶瓷合成物或者具有一个或多个绝缘表面层的金属。

绝缘构件700的金属化末端部分700a可以通过高温接合(例如，焊接)附接至导电弹簧330a，并且可以通过低温接合(即图1b所示的热断路器30)(例如，低温焊料烧块)附接至输入端子311a。文中将“高温接合”一词定义为是指与低温接合的熔化温度相比具有相对更高的熔化温度的接合。类似地，绝缘构件700的金属化末端部分700b可以通过高温接合(例如，焊接)附接至导电弹簧330b，并且可以通过低温接合(即图1b所示的热断路器40)(例如，低温焊料烧块)附接至输入端子311b。由此在导电弹簧330a和330b的每一个和相应的输入端子311a和311b之间提供电连接。在发生过压状况时，电绝缘构件700的导热性允许在将导电弹簧330a和330b连接至输入端子311a和311b的低温接合之间传递热量，导致所述接合的同时熔化，以及随后绝缘构件300从输入端子311a和311b上的移开。由此同时断开了导电弹簧330a和330b与相应的输入端子311a和311b之间的电连接。

考虑上文应当认识到，根据本公开的电路保护器件将在发生由异常过压状况导致的过热的情况下提供应急热响应，由此有效地保护连接至所述电路保护器件的器件或电路，使其免受否则将因这样的过压状况而遭受的损害。此外，应当认识到，相对于采用MOV的常规电路保护器件而言，根据本公开的电路保护器件可以快速地、容易地、且以相对较低的成本来实现。

尽管已经参考某些实施例公开了本发明，但是在不背离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下有可能对所描述的实施例做出很多修改、更替和变化。相应地，旨在是本发明不限于所描述的实施例，而是具有由随附权利要求及其等同物的语言所限定的全部范围。

Claims (19)

1.一种电路保护器件，包括：

限定腔室的壳体；

设置在所述腔室内的金属氧化物变阻器叠置体；

第一导电弹簧，其在第一端处通过第一热断路器电连接至所述金属氧化物变阻器叠置体的第一输入端子，且在第二端处电连接至第一输入线，其中所述第一导电弹簧偏离所述金属氧化物变阻器叠置体的所述第一输入端子；以及

第二导电弹簧，其在第一端处通过第二热断路器电连接至所述金属氧化物变阻器叠置体的第二输入端子，且在第二端处电连接至第二输入线，其中所述第二导电弹簧偏离所述金属氧化物变阻器叠置体的第二输入端子，其中在发生过压状况时，由所述金属氧化物变阻器叠置体生成的热使所述第一热断路器或所述第二热断路器中的至少一个熔化，从而允许对应的第一导电弹簧或第二导电弹簧从所述金属氧化物变阻器叠置体的所述第一输入端子或所述第二输入端子移开，以限定开路。

2.根据权利要求1所述的电路保护器件，其中所述金属氧化物变阻器叠置体包括多个电并联的金属氧化物变阻器。

3.根据权利要求1所述的电路保护器件，其中所述金属氧化物变阻器叠置体包括多个电串联的金属氧化物变阻器。

4.根据权利要求1所述的电路保护器件，其中所述第一热断路器和所述第二热断路器中的至少一个包括低温焊料烧块。

5.根据权利要求1所述的电路保护器件，其中所述壳体包括从所述壳体的底部部分延伸的第一突起，所述第一突起被配置为使所述第一导电弹簧偏离所述金属氧化物变阻器叠置体的所述第一输入端子。

6.根据权利要求5所述的电路保护器件，其中所述壳体包括从所述壳体的底部部分延伸的第二突起，所述第二突起被配置为使所述第二导电弹簧偏离所述金属氧化物变阻器叠置体的所述第二输入端子。

7.根据权利要求1所述的电路保护器件，其中所述壳体包括底部部分和罩。

8.根据权利要求7所述的电路保护器件，其中所述底部部分受到所述罩的覆盖并且匹配地吻合到所述罩内。

9.根据权利要求7所述的电路保护器件，其中所述壳体的所述底部部分在其下面一侧限定了用于容纳所述输入线的腔。

10.根据权利要求9所述的电路保护器件，其中所述输入线从所述腔穿过所述壳体的所述底部部分的底板延伸到所述腔室内。

11.根据权利要求10所述的电路保护器件，其中采用灌封材料填充所述壳体的所述底部部分的所述腔。

12.根据权利要求11所述的电路保护器件，其中所述灌封材料包括环氧树脂。

13.根据权利要求11所述的电路保护器件，其中所述灌封材料包括热固塑料。

14.根据权利要求11所述的电路保护器件，其中所述灌封材料包括硅酮橡胶凝胶。

15.根据权利要求1所述的电路保护器件，还包括电连接至所述金属氧化物变阻器叠置体的第一输出端子的第一输出线以及电连接至所述金属氧化物电阻器叠置体的第二输出端子的第二输出线。

16.根据权利要求1所述的电路保护器件，还包括从所述金属氧化物变阻器叠置体延伸并电连接至地的至少一个导电突起。

17.根据权利要求1所述的电路保护器件，其中采用环氧树脂涂覆所述金属氧化物变阻器叠置体。

18.根据权利要求1所述的电路保护器件，还包括将所述第一导电弹簧连接至所述第二导电弹簧并且限制其间的相对移动的刚性的、电绝缘构件。

19.根据权利要求1所述的电路保护器件，还包括插入到所述第一导电弹簧和所述第二导电弹簧与所述第一输入端子和所述第二输入端子之间的导热电绝缘构件，所述绝缘构件具有通过高温接合电连接至所述第一导电弹簧并且通过低温接合电连接至所述第一输入端子的第一金属化末端，以及通过高温接合电连接至所述第二导电弹簧并且通过低温接合电连接至所述第二输入端子的第二金属化末端。