CN108701570A - 热金属氧化物变阻器电路保护装置 - Google Patents

Abstract

一种电路保护装置，其包括：壳体(102)，所述壳体限定腔(130)；金属氧化物变阻器(110)，其设置在所述腔内；可移动电极(122)，其通过焊料连接部(140)而附接到金属氧化物变阻器的第一侧；电弧罩(114)，其设置在金属氧化物变阻器的第一侧上、在壳体内并且与可移动电极相毗邻；弹簧(120)，其附接到电弧罩，其中当弹簧处于压缩状态时，电弧罩沿着平行于所述第一侧的表面方向机械地偏压可移动电极。所述装置易于以较低的成本组装并且可以快速响应由故障状况引起的过热。

Description

热金属氧化物变阻器电路保护装置

技术领域

本实施例涉及电路保护装置的领域。更特别地，本实施例涉及一种具有热断开系统的电涌保护装置，所述热断开系统构造成针对过热提供快速响应。

背景技术

过电压保护装置用于保护电子电路和电子部件免受由于过电压故障状况导致的损坏。这些过电压保护装置可以包括连接在待保护电路和地线之间的金属氧化物变阻器(MOVs)。MOVs具有独特的电流﹣电压特性，所述电流﹣电压特性使得所述MOVs保护此类电路免受灾难性的电压浪涌的影响。通常，这些装置利用热熔断体，其中热熔断体可以在异常状况期间熔化以便形成开路。特别地，当大于标称电压或阈值电压的电压施加到所述装置时，电流流过MOV，从而导致热量的产生。该热量导致热熔断体熔化。一旦熔断体熔化，就会产生开路，从而防止过电压状况损坏待保护的电路。然而，这些现有的电路保护装置不能提供从MOV到热熔断体的有效的热传递，从而延迟响应时间。另外，在建立开路状况之后，在彼此非常接近的部件之间可能产生电弧。另外，现有的电路保护装置组装复杂，从而增加了制造成本。因此，对于采用金属氧化物变阻器的当前电路保护装置的改进是有用的。

发明内容

本公开的示例性实施例涉及一种电路保护装置。在示例性实施例中，电路保护装置可以包括壳体和金属氧化物变阻器，所述壳体限定腔，所述金属氧化物变阻器布置在所述腔内。电路保护装置还可以包括：可移动电极，所述可移动电极通过焊料连接部附接到所述金属氧化物变阻器的第一侧；电弧罩，所述电弧罩设置在所述壳体内、在金属氧化物变阻器的第一侧上并且与所述可移动电极相毗邻；以及弹簧，所述弹簧附接到电弧罩，其中当弹簧处于压缩状态时，电弧罩沿着平行于所述第一侧的表面方向机械地偏压可移动电极。

在另一示例性实施例中，电路保护装置包括壳体和金属氧化物变阻器，所述壳体限定腔，所述金属氧化物变阻器布置在所述腔内。电路保护装置还可包括：绝缘垫，所述绝缘垫布置在所述金属氧化物变阻器的第一侧上；以及可移动电极，所述可移动电极布置在所述绝缘垫上并且电连接到所述金属氧化物变阻器。此外，电路保护装置可以包括电弧罩，所述电弧罩包括电绝缘体并且布置在所述壳体内、在所述绝缘垫上并且与所述可移动电极相毗邻；和弹簧，所述弹簧附接到所述电弧罩上，其中当弹簧处于压缩状态时，电弧罩沿平行于第一侧的表面方向机械地偏压可移动电极。

附图说明

图1A是根据本公开的实施例的电路保护装置的透视图；

图1B是根据本公开的实施例的图1A的电路保护装置的剖视透视图，其中壳体的一部分被移除；

图1C是图1A的电路保护装置的侧剖视图；

图1D是根据本公开的实施例的部分组装的电路保护装置的剖视透视图；

图2A是根据本公开的实施例的示例性绝缘垫的透视图；

图2B是根据本公开的实施例的电路保护装置的部件的透视图；

图2C是图2B的电路保护装置的部件的另一个透视图；

图2D是图2B的电路保护装置的部件的底部透视图；

图3A是在正常操作期间的图1B的电路保护装置的剖视透视图；

图3B是根据本发明的实施例的图1B的电路保护装置在故障状况致动之后的剖视透视图。

具体实施方式

现在将在下文参考附图更全面地描述本发明的实施例，在附图中示出了优选的实施例。然而，这些实施例可以以不同的形式加以实施，并且不应被解释为局限于本文所阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开深入和完整，并且向本领域技术人员充分传达实施例的范围。在附图中，相同的附图标记始终表示相同的元件。

在以下描述和/或权利要求中，可以在以下描述和权利要求中使用术语“在……上”，“叠置”，“布置在……上”和“在……上方”。“在……上”，“叠置”，“布置在……上”和“在……上方”可以用于指示两个或更多个元件彼此直接物理接触。然而，“在……上”，“叠置”，“布置在……上”和“在……上方”也可以表示两个或更多个元件彼此不直接接触。例如，“在……上方”可以表示一个元件在另一个元件上方但没有彼此接触，并且在所述两个元件之间可以具有另外的元件(多个元件)。此外，术语“和/或”可以表示“和”、可以表示“或”、可以表示“排他的或”、可以表示“一个”、可以表示“一些，但不是全部”、可以表示“两者都不”和/或可以表示“两者都”，尽管所要求保护的主题的范围不限于此。

图1A至图1D示出了根据本公开实施例的电路保护装置100的各种视图。特别地，图1A是组装后的电路保护装置100的透视图，所述附图未示出内部部件。所示的电路保护装置100包括第一端子，所述第一端子示出为第一接触引线104和第二接触引线106。第一接触引线104和第二接触引线106延伸到壳体102的外部，其中，壳体102可以是诸如已知的塑料材料或其他聚合材料的绝缘材料。如下面所讨论的那样，第一接触引线104和第二接触引线106可以在壳体102内延伸以便形成与金属氧化物变阻器(MOV)的电接触。电路保护装置100还可以包括一对导电的指示器引脚，所述一对导电的指示器引脚示出为指示器引脚108。在各种实施例中，指示器引脚可以电连接到电路保护装置100外部的电指示器(未示出)，例如灯或其他装置。

图1B是电路保护装置100的剖视透视图，其中移除了壳体102的一部分。电路保护装置100可以包括金属氧化物变阻器110，其中金属氧化物变阻器110可以是扁平的形状，例如矩形盘或圆形盘。该实施例不限于此背景。如图所示，电路保护装置100可以包括布置在金属氧化物变阻器110的第一侧(图1B中的平行于X﹣Y平面的上侧)上的绝缘垫112。在各种实施例中，绝缘垫112可以是印刷电路板(PCB)。在本实施例中，PCB可以包括用于形成印刷电路板的主体的已知材料。PCB可以是平面形状并且可以具有用于电路保护装置的任何适当的厚度。在各种实施例中，PCB还可以包括诸如开口或导电材料的特征，所述导电材料例如布置在PCB的表面上或者布置在延伸穿过PCB的开口中。

如图1B中进一步所示的那样，电路保护装置100可以包括布置在绝缘垫112上的可移动电极122，其中可移动电极122的操作在下面进行讨论。电路保护装置100还可以包括柔性导线118，所述柔性导线在第一端部上连接到可移动电极122并且在第二端部上连接到第一接触引线104。在各种实施例中，第一接触引线104、第二接触引线106和/或柔性导线118可以由诸如铜的金属构成。电路保护装置100还可以包括电弧罩114，所述电弧罩布置在金属氧化物变阻器110的第一侧上、在壳体102内并且与可移动电极122相毗邻。电弧罩114的操作也在下文中描述。另外，电路保护装置可以包括弹簧120或多个弹簧，如图1B所示。如图所示，弹簧(多个弹簧)120可以附接到电弧罩114，或者可以以其他方式接合电弧罩114。如图1B所示，当组装后，弹簧120可以处于压缩状态。如下面详细所述的那样，该压缩状态可以使得电弧罩114沿着平行于金属氧化物变阻器110的第一侧的表面方向(即，沿着所示的笛卡尔坐标系的Y轴)机械地偏压可移动电极122。

现在转向图1C，其示出了电路保护装置100的沿着(X-Z平面中的)方向A﹣A的侧剖视图。如图所示，金属氧化物变阻器110设置在壳体102内并且可以具有支撑绝缘垫112的第一侧150以及第二侧152。在该实施例中，金属氧化物变阻器110根据壳体102的形状在平面图(X-Y平面)中可以是矩形形状。可以理解的是，也可以采用金属氧化物变阻器110的替代形状，并且壳体102同样可以具有替代形状以便适应金属氧化物变阻器110的特定形状。绝缘垫112可以直接布置在金属氧化物变阻器110上，如图1D的剖视透视图进一步示出的那样。

例如PCB的绝缘垫112不仅可以起到使可移动电极与MOV绝缘的作用，而且还可以用作机械移动系统的保护罩，这是因为在高的短路电流的情况下，如果不设置罩，那么由MOV产生的火焰可能会损坏断开系统。

另外，如图所示，电弧罩114可以布置在绝缘垫112的一部分的上方。特别地，电弧罩沿着平行于Y轴的方向的长度L小于腔130沿着Y轴的尺寸。如下面详细描述的那样，电弧罩114的这种相对较小的尺寸允许电弧罩114在平行于Y轴的方向上沿着绝缘垫112的表面移位，从而有助于在熔断情况期间防止电弧。在一些实施例中，如图1C中进一步所示，电弧罩114可以包括突起部128。突起部128可以形成与绝缘垫112的表面接触的接触点，从而通过提供电弧罩114和绝缘垫112之间的较小的摩擦表面积来促进电弧罩114相对于绝缘垫112的移动。同样如图1D所示，绝缘垫112可以包括开口132，其中开口132可以容纳焊料连接部，如下所讨论那样。在图1D的构造中，朝腔130的一侧定位电弧罩114，所述侧与第一接触引线104和第二接触引线106进入腔130的侧(参见图1B)相对。在组装电路保护装置100以进行正常操作之后，绝缘垫112的开口132被安置成不被电弧罩114覆盖，如图1D所示。该开口132允许在可移动电极122和金属氧化物变阻器110之间形成焊料连接部。

图2A是根据本公开的实施例的绝缘垫112的透视图。在该实施例中，绝缘垫可以是具有已知组成和结构的PCB。绝缘垫112的形状可以根据壳体的形状来设计，例如矩形或其他形状。如图所示，绝缘垫112包括导电接触垫124以及开口132，所述导电接触垫的功能已经在上文描述。

图2B是根据本公开的实施例的没有壳体的电路保护装置的部件的透视图。图2A中所示的部件可以应用在例如电路保护装置100中。图2C是图2B的电路保护装置的部件的另一透视图。特别地，图2B示出了金属氧化物变阻器110、绝缘垫112、第一接触引线104和第二接触引线106的布置。绝缘垫112布置在金属氧化物变阻器110上，可移动电极122布置在绝缘垫112上。通过焊料连接部140将电极122机械地固定到金属氧化物变阻器110。特别地如图2C所示，第一接触引线104在绝缘垫112上方延伸，从而形成沿平行于Z轴的方向的间隙，并且所述第一接触引线不接触绝缘垫112。通过将可移动电极122经由柔性导线118连接到第一接触引线104有利于可移动电极122的移动。具体地，如下文参照图3A和图3B所讨论的那样，当发生故障状况并且可移动电极122远离侧134移位时，柔性导线118可以针对可移动电极122移动提供很小的机械阻力。

图2D呈现了图2B的电路保护装置的部件的底部透视图。在该示例中，第二接触引线106可以终止于导电垫107中，所述导电垫电连接到金属氧化物变阻器110。

现在转向图3A和图3B，其示出了根据本公开的实施例的电路保护装置100的操作示例。在图3A中，示出了在正常操作期间的电路保护装置100的构造的剖视透视图。如图所示，朝腔130的侧134定位电弧罩114，并且所述电弧罩包括侧部136，其中侧部136接合位于电弧罩114的两侧上的弹簧120。当朝侧134定位时，电弧罩114经由侧部136将弹簧120置于压缩状态。如图3A中进一步所示，可移动电极122抵接电弧罩114。在一些实施例中，可移动电极122可以包括诸如突片138的突起部，所述突起部与电弧罩114接合并且防止电弧罩114朝侧142移动。在图3A的构造中，可移动电极122经由延伸穿过绝缘垫112的开口132(参见图1D)的焊料连接部140(如虚线特征所示)而连接到金属氧化物变阻器110。在各种实施例中，焊料连接部140可以由传统的低温焊料构成，例如包括SnIn、SnBi或其他合金的低熔化温度合金。

因为可移动电极122防止电弧罩114移动，所以当弹簧120处于压缩状态时，电弧罩114沿Y轴机械地偏压可移动电极122。换句话说，电弧罩114向可移动电极122施加机械力，从而趋向于使得可移动电极122朝侧142移动。

根据各种实施例，金属氧化物变阻器110可以是由任何适当的组成或工艺制成的常规金属氧化物变阻器(MOV)。MOV是一种电压敏感装置，其设计成当施加在装置两端的电压超过额定电压时升温。作为背景技术，MOVs可以由氧化锌颗粒或类似的材料组成，其中颗粒被烧结在一起以便形成圆盘。给定的氧化锌颗粒可以是高导电材料，而颗粒间的边界由其他氧化物形成并且具有高电阻。正好在氧化锌颗粒会聚的那些点处烧结产生了与对称齐纳二极管(Zener diode)相当的“微变阻器”。金属氧化物变阻器的电性能源自多个电串联或电并联连接的微变阻器。MOV的烧结体还解释了其高电负载能力，所述高电负载能力允许高能量吸收，并且因此具有极高的浪涌电流处理能力。

在常规操作下，金属氧化物变阻器110可以经受低于金属氧化物变阻器110的阈值电压的金属氧化物变阻器110两端的电压，其中阈值电压对应于使金属氧化物变阻器110变得导电的电压。因此，当电压低于阈值电压时，金属氧化物变阻器110保持为电绝缘体。相反，当金属氧化物变阻器110两端的电压超过阈值电压时，金属氧化物变阻器可以变得导电。例如，当发生电压浪涌情况时，其中电压超过阈值电压足够的持续时间，金属氧化物变阻器110从非导电状态变为导电状态，并且电流在第一接触引线104和第二接触引线106之间流动。随着电压浪涌继续，金属氧化物变阻器110内的氧化锌颗粒之间的间隙和边界不足够宽以阻挡电流，因此金属氧化物变阻器110变得具有高导电性。这种导电产生热量，从而导致焊料连接部140处的焊料熔化。焊料的熔化进而又使得可移动电极122从机械约束中释放，所述机械约束是先前由可移动电极接合到焊料连接部140中的固体焊料而提供的。

一旦通过焊料连接部140中的焊料熔化来释放机械约束，那么由电弧罩114提供的机械偏压就可以使得可移动电极122沿Y轴朝侧142移位。该位移在图3B中示出，其示出了在故障状况致动之后的电路保护装置100的构造的剖视透视图。如图所示，弹簧120现在处于伸展状态，从而释放了存储在图3A所示的压缩状态中的势能的至少一些。可移动电极122现在朝侧142布置，而电弧罩114布置在焊料连接部140的区域上方。可以由突片138来辅助可移动电极122从图3A的构造移动到图3B的构造，从而使得可移动电极122的一部分易于被电弧罩114接合。由于电弧罩在焊料连接部140的上方移位，因此抑制了在金属氧化物变阻器110和可移动电极122、柔性导线118或第一接触引线104之间由高电压状况产生的任何电弧。

虽然可以将可移动电极直接焊接到金属氧化物变阻器上，例如，在金属氧化物变阻器涂覆有绝缘材料(例如环氧树脂等)的情况中，但是这种设计可能在过电压情况期间以及在使用上述实施例的绝缘垫112的设计中不能承受高的短路电流。因此，与其中可移动电极和电弧罩直接毗邻金属氧化物变阻器的构造相比，采用绝缘垫112的实施例可以提供更好的针对由高短路电流引起的火焰损坏的保护。

在各种实施例中，指示器引脚108可以构造成提供故障状况的指示。如图3A和图3B所示，指示器引脚可以具有在壳体102内延伸的内端部和在壳体102外延伸的外端部。在图3A的构造中，当如图所示可移动电极122连接到焊料连接部140时，指示器引脚可以在电弧罩114上方延伸。特别地，指示器引脚108的内端部108A(参见图3B)可以沿Z轴向下地朝电弧罩114机械地偏压。因为电弧罩114是电绝缘体，所以即便接触电弧罩114的表面，指示器引脚108也不会彼此电连接，因此不会完成电通路。在电弧罩114远离侧部134移位的故障状况期间，绝缘垫112的与侧134相毗邻的一部分暴露。在各种实施例中，绝缘垫112(例如PCB)可以在外表面上包括导电接触垫124，所述导电接触垫如图所示朝侧134定位。该定位允许指示器引脚108朝绝缘垫112机械地偏压，以便当可移动电极122与焊料连接部140断开并且电弧罩因此朝侧142移位时形成与导电接触垫124的电接触。因此，指示器引脚108完成电通路，所述电通路形成包括指示器灯(未示出)或其他装置在内的电路的一部分，并因此提供故障状况的指示。

总之，本实施例的电路保护装置提供了用于响应过电压状况的部件的新颖的构造。电路保护装置设计成提供热驱动断开系统，所述热驱动断开系在故障状况下利用MOV的加热。除了其他优点之外，本实施例提供了一种易于组装的装置，从而降低了成本。所述电路保护装置还提供针对由故障状况引起的过热的快速响应。在一些实施例中，可以在不使用额外保护的情况下通过高达200kA。电路保护装置还提供安全的断开装置，不会产生在紧凑封装中的电弧问题。此外，还提供了方便的故障指示或隔离指示。

虽然已经参考特定实施例公开了本发明的实施例，但是可以在不背离如在所附权利要求中限定的本实施例的范围的情况下对所描述的实施例进行许多修改、变体和改变。因此，本实施例不限于所描述的实施例，而是具有由下面的权利要求的语言及其等效物所限定的全部范围。

Claims (16)

1.一种电路保护装置，其包括：

壳体，所述壳体限定腔；

金属氧化物变阻器，所述金属氧化物变阻器布置在所述腔内；

可移动电极，所述可移动电极通过焊料连接部附接到所述金属氧化物变阻器的第一侧；

电弧罩，所述电弧罩布置在所述壳体内、在所述金属氧化物变阻器的所述第一侧上并且与所述可移动电极相毗邻；和

弹簧，所述弹簧附接到所述电弧罩，其中，当所述弹簧处于压缩状态时，所述电弧罩沿着平行于所述第一侧的表面方向机械地偏压所述可移动电极。

2.根据权利要求1所述的电路保护装置，其中，当所述可移动电极布置在所述焊料连接部上方时，所述弹簧处于压缩状态，并且当所述电弧罩布置在所述焊料连接部上方时所述弹簧处于伸展状态。

3.根据权利要求1所述的电路保护装置，其还包括：第一接触引线，所述第一接触引线电连接到所述可移动电极；和第二接触引线，所述第二接触引线电附接到所述金属氧化物变阻器的第二侧，所述第二侧与所述第一侧相对。

4.根据权利要求3所述的电路保护装置，其还包括连接在所述第一接触引线和所述可移动电极之间的柔性导线。

5.根据权利要求1所述的电路保护装置，其中，在出现电压超过所述金属氧化物变阻器的阈值电压的故障状况时，所述金属氧化物变阻器构造成传输足以加热所述焊料连接部的电流以便释放所述可移动电极，所述弹簧使得所述电弧罩在所述焊料连接部上方移位并且使得所述可移动电极沿所述表面方向移位远离所述焊料连接部。

6.根据权利要求1所述的电路保护装置，其还包括布置在所述金属氧化物变阻器的所述第一侧上的绝缘垫。

7.根据权利要求6所述的电路保护装置，其中，所述绝缘垫包括印刷电路板(PCB)，并且所述电弧罩和所述可移动电极布置在所述印刷电路板上。

8.根据权利要求7所述的电路保护装置，其还包括第一接触引线，所述第一接触引线电连接到所述可移动电极，其中所述第一接触引线在所述印刷电路板上方延伸穿过所述壳体并且不接触所述印刷电路板。

9.根据权利要求8所述的电路保护装置，其还包括柔性导线，所述柔性导线在第一端部处连接到所述可移动电极并且在第二端部处连接到所述第一接触引线。

10.根据权利要求1所述的电路保护装置，其还包括：

印刷电路板(PCB)，所述印刷电路板布置在所述金属氧化物变阻器的所述第一侧上，所述印刷电路板包括：

电绝缘本体；

导电接触垫，所述导电接触垫布置在所述印刷电路板的第一区域上；和

开口，所述开口在所述金属氧化物变阻器和所述可移动电极之间延伸。

11.根据权利要求10所述的电路保护装置，其中，所述电弧罩包括电绝缘体，所述电路保护装置还包括：

一对导电指示器引脚；

所述一对导电指示器引脚包括内端部和外端部，所述内端部在所述壳体内延伸，所述外端部在所述壳体外延伸，

当所述可移动电极连接到所述焊料连接部时，所述一对导电指示器引脚的所述内端部在所述电弧罩上方延伸，当所述可移动电极与所述焊料连接部断开时，所述内端部与所述导电接触垫电接触。

12.一种电路保护装置，其包括：

壳体，所述壳体限定腔；

金属氧化物变阻器，所述金属氧化物变阻器布置在所述腔内；

绝缘垫，所述绝缘垫布置在所述金属氧化物变阻器的第一侧上；

可移动电极，所述可移动电极布置在所述绝缘垫上并且电连接到所述金属氧化物变阻器；

电弧罩，所述电弧罩包括电绝缘体并且布置在所述壳体内、在所述绝缘垫上并且与所述可移动电极相毗邻；和

弹簧，所述弹簧附接到所述电弧罩，其中当所述弹簧处于压缩状态时，所述电弧罩沿着平行于所述第一侧的表面方向机械地偏压所述可移动电极。

13.根据权利要求12所述的电路保护装置，其还包括焊料连接部，所述焊料连接部经由所述绝缘垫中的开口而在所述金属氧化物变阻器和所述可移动电极之间延伸。

14.根据权利要求12所述的电路保护装置，其还包括：

第一接触引线，所述第一接触引线电连接到所述可移动电极；

第二接触引线，所述第二接触引线电附接到所述金属氧化物变阻器的第二侧，所述第二侧与所述第一侧相对；和

柔性导线，所述柔性导线连接在所述第一接触引线和所述可移动电极之间。

15.根据权利要求12所述的电路保护装置，所述绝缘垫包括：

电绝缘本体；

导电接触垫，所述导电接触垫布置在所述绝缘垫的第一区域上；和

开口，所述开口在所述金属氧化物变阻器和所述可移动电极之间延伸。

16.根据权利要求15所述的电路保护装置，其还包括：

一对导电指示器引脚，

其中，所述一对导电指示器引脚包括内端部和外端部，所述内端部在所述壳体内延伸，所述外端部在所述壳体外延伸，

当所述可移动电极连接到所述焊料连接部时，所述一对导电指示器引脚的所述内端部在所述电弧罩上方延伸，当所述可移动电极与所述焊料连接部断开时，所述内端部与所述导电接触垫电接触。