CN110301079B

CN110301079B - 组合式管状金属氧化物变阻器和气体放电管

Info

Publication number: CN110301079B
Application number: CN201880001383.0A
Authority: CN
Inventors: 舒夏; 唐海浪; 萧演镜
Original assignee: Dongguan Littelfuse Electronic Co Ltd
Current assignee: Dongguan Littelfuse Electronic Co Ltd
Priority date: 2018-01-23
Filing date: 2018-01-23
Publication date: 2021-08-24
Anticipated expiration: 2038-01-23
Also published as: US11043317B2; WO2019144257A1; US20210035715A1; CN110301079A

Abstract

本文提供了保护设备，其具有串联或并联电耦接的管状陶瓷部件和管状金属氧化物变阻器(MOV)。在一些实施例中，管状陶瓷部件被连接在第一电极和第二电极之间，而管状MOV被连接在第二电极和第三电极之间。在一些实施例中，管状陶瓷部件和管状MOV具有相同或相似的形状和/或外周。该保护设备进一步包括围绕管状陶瓷部件和管状MOV的外壳，其中第一电极、第二电极和第三电极中的每一个具有延伸到外壳外部的引线。在一些实施例中，管状MOV包括与管状陶瓷部件的中心腔对齐的中心腔，其中管状MOV的中心腔和管状陶瓷部件的中心腔包含惰性气体。

Description

组合式管状金属氧化物变阻器和气体放电管

技术领域

本公开整体涉及使电气与电子电路和设备免受电力浪涌的保护，并且更具体地涉及组合式管状金属氧化物变阻器和气体放电管。

背景技术

市场上可以得到被设计用来保护那些在施加在电源端子之间的电压超过最大可接受阈值时易受电压浪涌破坏的设备的各种设备。例如，一些现有技术方法包括基于半导体以及其他类似物的金属氧化物变阻器(MOV)，以及气体放电管(GDT)设备。MOV设备通常快速作用，这一点在某些应用中是非常期望的，但是不便的是不能吸收无限多个浪涌。也就是说，MOV会在使用中退化并且最终失效。MOV设备能正确运行的次数取决于每次它运行时吸收的能量。此外，在出现故障的情况下MOV设备可能短路，这会带来不便，使得一些避免这一不便的其他类型的保护成为必要。

关于GDT设备，其通常为缓慢作用设备，通过当高于标称电压时在它们内部产生电弧来发挥作用，在使用期间它们端子之间的阻抗剧烈减小，有可能造成短路。此外，GDT设备具有相对小的电容。

一种现有技术方案分别使用在要保护的元件的端子之间串联连接的GDT设备和MOV设备。这种组合的优点是，合在一起，电容近似等于GDT设备的电容(几皮法)。通常，如果MOV设备和GDT设备在尺寸上相似，则保护能力取决于MOV设备，这是因为GDT设备的电容较高。当MOV设备与GDT设备在保护方面起作用，组合的电阻被显著减小。然而，这种技术方案具有显著的尺寸限制，这限制了在节约空间情况下的使用。

因此，现在存在对克服了现有技术的不足的组合式MOV和GDT的需求。

发明内容

在根据本公开的一个方法中，一种保护设备可包括具有耦接到第一电极的第一端和耦接到第二电极的第二端的管状陶瓷部件，以及具有耦接到第二电极的第一端和耦接到第三电极的第二端的管状金属氧化物变阻器(MOV)。管状MOV可包括与管状陶瓷部件的中心腔对齐的中心腔，管状MOV的中心腔和管状陶瓷部件的中心腔包含惰性气体。该保护设备可进一步包括围绕管状陶瓷部件和管状MOV的外壳。

在根据本公开的另一个方法中，一种保护模块可包括具有直接耦接到第一电极的第一端和直接耦接到第二电极的第二端的管状陶瓷部件，以及具有直接耦接到第二电极的第一端和直接耦接到第三电极的第二端的管状金属氧化物变阻器(MOV)，其中管状MOV包括与管状陶瓷部件的中心腔对齐的中心腔，并且其中管状MOV的中心腔和管状陶瓷部件的中心腔包含惰性气体。该保护模块可进一步包括将管状陶瓷部件和管状MOV围绕在同一个内部腔内的外壳。

在根据本公开的另一个方法中，一种保护设备包括具有直接耦接到第一电极的第一端和直接耦接到第二电极的第二端的管状陶瓷部件，以及具有直接耦接到第二电极的第一端和直接耦接到第三电极的第二端的管状金属氧化物变阻器(MOV)，其中管状陶瓷部件的中心腔与管状MOV的中心腔流体连接，并且其中惰性气体被放置于管状MOV的中心腔以及管状陶瓷部件的中心腔内。该保护设备可进一步包括围绕管状陶瓷部件和管状MOV的外壳。

附图说明

附图示出了目前被设计用于其中原理的实际应用的所公开的实施例的示例性方法，并且其中：

图1示出了根据本公开的实施例的GDT与管状MOV电连接的电路图；

图2示出了根据本公开的实施例的包括包括与管状MOV耦接的管状陶瓷部件的保护设备的保护设备的侧视图；

图3示出了根据本公开的实施例的图2的保护设备的侧视截面图；

图4示出了根据本公开的实施例的图2的保护设备的分解图；

图5示出了根据本公开的实施例的GDT与管状MOV电连接的电路图；

图6示出了根据本公开的实施例的包括包括与管状MOV耦接的管状电感器的保护设备的保护设备侧视截面图；

图7示出了根据本公开的实施例的图6的保护设备的一部分的分解图；以及

图8A-8B示出了根据本公开的实施例的图6的保护设备的电感器的透视图。

附图未必按比例绘制。附图仅仅是表示，而不意图描绘本公开的具体参数。附图意图示出本公开的典型实施例，并且因此不应被视为是对范围的限制。在附图中，相似的编号表示相似的元件。

此外，为了说明清楚，在一些图中某些元件可被省略，或不按比例示出。再者，为了清楚起见，在某些附图中一些附图标记可被省略。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更详细地描述根据本公开的实施例。设备/电路可通过多种不同形式来展现，并且不应被解释为受限于在此提出的实施例。相反地，提供这些实施例使得本公开将是彻底的且完整的，并且将向本领域的技术人员充分地传达所述系统与方法的范围。

为了方便与清楚起见，本文中将使用诸如“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“垂直”、“水平”、“横向”和“纵向”的术语来描述各种部件和它们的组成部分的相对布置和方向。上述术语将包括特殊指明的词语及其衍生词以及类似含义的词语。

如本文中所使用的，用单数形式表示的具有前缀词语“一”或“一个”的元件或操作，应被理解为不排除复数个元件或操作，除非明确叙述了排除该情况。此外，参照本公开的“一个实施例”并非意图被解释为排除也包含了所述特征的附加实施例的存在。

此外，在以下说明书和/或权利要求书中，术语“在……上”、“上覆的”、“放置在……上”和“在……上面”可被用在以下的说明书和权利要求书中。“在……上”、“上覆的”、“放置在……上”和“在……上面”可被用于表示两个或多个元件彼此直接物理接触。然而，“在……上”、“上覆的”、“放置在……上”和“在……上面”也可以表示两个或多个元件彼此不直接物理接触。例如，“在……上面”可表示一个元件在另一个的上方但彼此没有接触，并且可有另外一个或多个元件在这两个元件之间。此外，术语“和/或”可表示“和”，可表示“或”，可表示“异或”，可表示“一个”，可表示“一些，但不是全部”，可表示“两者都不”，和/或可表示“两者都”，虽然所要求保护的主题的范围在这方面并不受限制。

如本文中将要描述的，本公开的实施例通过提供与管状陶瓷部件串联的管状MOV解决了现有技术的GDT后继电流问题，因为当浪涌平息时电压被降低到正常水平，此时管状MOV将立刻恢复高电阻状态，从而可有利地切断后继电流。此外，本公开的实施例解决了现有技术的MOV退化问题，由于在正常状态下没有电压施加在管状MOV上，因此允许管状MOV的寿命明显更长。再者，本公开的实施例可替代地提供并联的管状MOV和GDT，在浪涌事件期间使多数电流经管状GDT流过，由此解决了现有技术的不足。在一些实施例中，因为管状MOV比管状GDT反应快，本实施例有利地提供电感器来使管状GDT和MOV的反应协调。

为了实现以上优点，本文中提供的保护设备具有以串联或并联布置电耦接的管状陶瓷部件和管状MOV。在一些串联连接类型的实施例中，保护设备包括连接在第一电极和第二电极之间的陶瓷部件(例如，Al²O³)以及连接在第二电极和第三电极之间的陶瓷MOV(例如，ZnO)。该保护设备还包括围绕管状陶瓷部件和管状MOV的外壳，其中第一电极、第二电极和第三电极的引线延伸到外壳外部。在一些并联连接类型的实施例中，管状陶瓷部件包括被定位在并联电连接的管状陶瓷部件和管状MOV之间的管状电感器。在一些实施例中，该保护设备包括电感器，其中电感器电连接到第一电极和第二电极。

在本公开的一些实施例中，保护设备为包括管状MOV和管状陶瓷部件以及电阻器的浪涌保护器。管状陶瓷部件的惰性气体可在低于触发电压时是不导电的，而在高于触发电压时是导电的。管状MOV和管状陶瓷部件可与彼此并联连接，以及电阻器可与管状MOV和管状陶瓷部件串联连接。

本公开的保护设备可为任何电气部件提供保护，诸如电气装置、电机或电气设备。在一些实施例中，所要保护的部件为电机的马达驱动。在实施例中，电机是直流的(DC)或交流的(AC)分马力电机。电机可由电压信号(AC或DC)供电，并且产生低于一马力的功率。

现在转向图1-4，根据本公开的实施例的保护模块或设备100将被更详细地描述。如图所示，保护设备100可包括连接在第一电极106和第二电极108之间的圆柱形的或管状的陶瓷部件104，以及连接在第二电极108和第三电极114之间的圆柱形的或管状的金属氧化物变阻器(MOV)110。管状陶瓷部件104和管状MOV 110可以串联电连接。在一些实施例中，管状陶瓷部件104和管状MOV 110在第二电极108的相对侧被耦接在一起。更具体地说，管状陶瓷部件104可包括在第二端107的对面的第一端105，其中第一端105直接物理耦接和电耦接到第一电极106，并且第二端107直接物理耦接和电耦接到第二电极108。管状MOV 110也可包括在第二端113的对面的第一端111，其中第一端111直接物理耦接和电耦接到第二电极108，并且第二端113直接地和物理地耦接到第三电极114。

外壳118(诸如涂敷封装层和/或壳体)可被形成于管状陶瓷部件104和管状MOV110之上，其中第一电极106、第二电极108和第三电极114的引线延伸到外壳118的外部。在一些实施例中，例如图4所描述的，外壳118可包括第一半部和第二半部。如图所示，管状陶瓷部件104和管状MOV 110可具有相同的或基本上相同的形状和外周以允许组合元件被有效地保持在外壳118内。此外，第一电极106、第二电极108和第三电极114可全部具有相同的或基本上相同的外周，它们的外周也可与管状陶瓷部件104和管状MOV 110的外周相同或相似。

管状陶瓷部件104和管状MOV 110可被耦接在一起以形成延伸在管状陶瓷部件104和管状MOV 110之间的连续的腔体120。在一些实施例中，惰性气体122被放置在腔体120内。为了容纳惰性气体122在管状陶瓷部件104和管状MOV 110之间的流动，第二电极108可包括中心开口124。在一些实施例中，最好如图4所示，管状陶瓷部件104可包括突出或边缘125，其被配置为接合第二电极108的内部圆形表面127以将第二电极108与管状陶瓷部件104对齐。

进一步如图所示，第一电极106和第三电极114中的每个可包括朝着第二电极108向内延伸的中央突出130。例如，第一电极106的中央突出130可延伸到管状陶瓷部件104的中心腔132内，而第三电极114的中央突出130可延伸到管状MOV 110的中心腔134内。

在一些实施例中，可沿着腔体120的内表面提供绝缘层135(图3)。更具体地说，可沿着管状陶瓷部件104的内表面140以及沿着管状MOV 110的内表面142提供绝缘层135以使得电流从第一引线106流到第三引线114而后流到第二引线108。在示例性实例中，管状陶瓷部件104的中心腔132与管状MOV 110的中心腔134流体连接，因此允许惰性气体122将中心腔132和134都充满。

在使用期间，管状MOV 110被设计用于通过箝位电压来限制浪涌电压。例如，管状MOV 110可提供基于管状MOV 110两端的电压的可变电阻。管状MOV 110包括相应的电压阈值或击穿电压。管状MOV 110的示例性击穿电压(V_n)可在约200V和800V之间。当管状MOV110两端的电压低于其击穿电压时，管状MOV 110具有限制电流流动的高电阻。当管状MOV110两端的电压高于其击穿电压时，管状MOV 110具有限制电压的相对低电阻。

管状陶瓷部件104也限制电压。管状陶瓷部件104可包括在盖有第一电极106和第二电极108的陶瓷壳体内的惰性气体。管状陶瓷部件104可具有触发电压，在触发电压之上则管状陶瓷部件104变为可导电的。例如，示例性触发电压可在3000V和3500V之间。在其他实施例中，触发电压可在200V和800V之间。当管状陶瓷部件104两端的电压低于触发电压时，管状陶瓷部件104是不导电的(即，没有电流流经)。当管状陶瓷部件104两端的电压高于触发电压时，管状陶瓷部件104是导电的并且有电流流经。一旦管状陶瓷部件104被触发，它就会变成高导电性的。这进一步限制了电压并降低了受电压浪涌破坏的可能性。管状陶瓷部件104可形成或包括火花间隙，并且电阻器可被放置为跨过火花间隙。

现在转向图5-8B，将更详细地描述根据本公开的实施例的保护模块或设备200。如图所示，保护设备200可包括管状陶瓷部件204，管状陶瓷部件204在本实施例中可以是管状电感器。管状电感器204可被连接在第一电极206和第二电极208之间，而管状MOV 210被连接在第二电极208和第三电极214之间。管状电感器204和管状MOV 210以并联形式电连接。如图所示，该保护设备200可包括与管状电感器204和管状MOV 210串联连接的电感器250。在一些实施例中，管状电感器204和管状MOV 210在第二电极208的相对侧被耦接在一起。更具体地说，管状电感器204可包括在第二端207的对面的第一端205，其中第一端205直接物理耦接和电耦接到第一电极206，而第二端207直接物理耦接和电耦接到第二电极208。管状MOV 210也可包括在第二端213的对面的第一端211，其中第一端211直接物理耦接和电耦接到第二电极208，而第二端213直接地和物理地耦接到第三电极214。

外壳218(图6)(诸如涂敷封装层和/或壳体)可被形成于管状电感器204和管状MOV210之上，其中第一电极206、第二电极208和第三电极214的引线延伸到外壳218的外部。如图所示，管状电感器204、管状MOV 210、第一电极206、第二电极208和第三电极214可全部具有相同的或基本上相同的外周以允许保护设备200的内部元件被外壳218有效地保持。

管状电感器204可以是圆柱形陶瓷部件，其中腔体220在管状电感器204和管状MOV210之间延伸。在一些实施例中，惰性气体222被置于腔体220内。为了容纳惰性气体222在管状电感器204和管状MOV 210之间的流动，第二电极208可包括中心开口224。进一步如图所示，第一电极206和第三电极214中的每个可包括朝着第二电极208向内延伸的中央突出230。例如，第一电极206的中央突出230可延伸到管状电感器204的中心腔232内，而第三电极214的中央突出230可延伸到管状MOV 210的中心腔234内。在一些实施例中，可沿着腔体220的内表面提供绝缘层235(图6)。更具体地说，可沿着管状电感器204的内表面240以及沿着管状MOV 210的内表面242提供绝缘层235。在示例性实施例中，管状电感器204的中心腔232与管状MOV 210的中心腔234流体连接。

在这个实施例中，保护设备200可包括放置于管状电感器204和管状MOV 210之间的电感器250。如图所示，电感器250可以是包括被陶瓷(例如，Al₂O₃)绝缘管254围绕的螺旋线圈252的管状电感器。螺旋线圈252具有电连接到第一电极206的第一端255和电连接到第二电极208的第二端258。如图所示，螺旋线圈252可以基本上被绝缘管254围绕，而为了与相邻层连接，第一端255和第二端258的外表面相应地保持暴露在第一端205和第二端207处。在一些实施例中，管状电感器250可以通过和用于多层变阻器的技术类似的流延成型和层压成型来制备。

虽然本公开参考某些方法来描述，但是，对所描述的方法进行众多修改、变更和改变而不背离本公开的如所附权利要求所限定的领域和范围是可能的。因此，希望本公开不限于所描述的方法，而是具有由下述权利要求的语言及其等同物所限定的整个范围。虽然本公开参考某些方法来描述，但是，对所描述的方法进行众多修改、变更和改变而不背离本公开的如所附权利要求所限定的领域和范围是可能的。因此，希望本公开不限于所描述的方法，而是具有由下述权利要求的语言及其等同物所限定的整个范围。

Claims

1.一种保护设备，包括：

管状陶瓷部件，具有耦接到第一电极的第一端和耦接到第二电极的第二端；

管状金属氧化物变阻器，具有耦接到所述第二电极的第一端和耦接到第三电极的第二端，其中所述管状金属氧化物变阻器包括与所述管状陶瓷部件的中心腔对齐的中心腔，所述管状金属氧化物变阻器的所述中心腔和所述管状陶瓷部件的所述中心腔包含惰性气体；以及

外壳，围绕所述管状陶瓷部件和所述管状金属氧化物变阻器。

2.根据权利要求1所述的保护设备，其中所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极中的每一个包括延伸到所述外壳外部的引线。

3.根据权利要求1所述的保护设备，其中所述管状陶瓷部件和所述管状金属氧化物变阻器通过所述惰性气体并联电连接或串联电连接。

4.根据权利要求3所述的保护设备，其中所述管状陶瓷部件包括管状电感器。

5.根据权利要求4所述的保护设备，其中所述管状电感器被定位在并联连接的所述陶瓷部件和所述管状金属氧化物变阻器之间。

6.根据权利要求4所述的保护设备，其中所述管状电感器包括连接到所述第一电极和所述第二电极的螺旋线圈。

7.根据权利要求1所述的保护设备，其中所述管状金属氧化物变阻器的所述中心腔与所述管状陶瓷部件的所述中心腔流体连接。

8.根据权利要求7所述的保护设备，其中绝缘层沿着所述管状金属氧化物变阻器的所述中心腔和所述管状陶瓷部件的所述中心腔的内表面放置。

9.根据权利要求8所述的保护设备，其中所述惰性气体在低于触发电压时为不导电的，而在高于触发电压时为导电的。

10.根据权利要求1所述的保护设备，其中所述第二电极包括中心开口，并且其中所述第一电极和所述第二电极中的每一个包括朝着所述第二电极延伸的中央突出。

11.一种保护模块，包括：

管状陶瓷部件，具有直接耦接到第一电极的第一端和直接耦接到第二电极的第二端；

管状金属氧化物变阻器，具有直接耦接到所述第二电极的第一端和直接耦接到第三电极的第二端，其中所述管状金属氧化物变阻器包括与所述管状陶瓷部件的中心腔对齐的中心腔，并且其中所述管状金属氧化物变阻器的所述中心腔和所述管状陶瓷部件的所述中心腔包含惰性气体；以及

外壳，将所述管状陶瓷部件和所述管状金属氧化物变阻器围绕在同一个内部腔内。

12.根据权利要求11所述的保护模块，其中所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极中的每一个包括延伸到所述外壳外部的引线。

13.根据权利要求11所述的保护模块，其中所述管状陶瓷部件和所述管状金属氧化物变阻器通过所述惰性气体并联电连接或者通过所述惰性气体串联电连接。

14.根据权利要求13所述的保护模块，其中所述管状陶瓷部件包括电感器。

15.根据权利要求14所述的保护模块，其中所述电感器包括电连接到所述第一电极和所述第二电极的螺旋线圈。

16.根据权利要求11所述的保护模块，还包括沿着所述管状金属氧化物变阻器的所述中心腔的内表面以及沿着所述管状陶瓷部件的所述中心腔的内表面放置的绝缘层。

17.根据权利要求11所述的保护模块，其中所述第二电极包括中心开口，并且其中所述第一电极和所述第二电极中的每一个包括朝着所述第二电极延伸的中央突出。

18.一种保护设备，包括：

管状金属氧化物变阻器，具有直接耦接到所述第二电极的第一端和直接耦接到第三电极的第二端，其中所述管状陶瓷部件的中心腔与所述管状金属氧化物变阻器的中心腔流体连接，并且其中惰性气体被放置在所述管状金属氧化物变阻器的所述中心腔和所述管状陶瓷部件的所述中心腔内；以及

19.根据权利要求18所述的保护设备，其中所述管状陶瓷部件的外周与所述管状金属氧化物变阻器的外周基本上相同。

20.根据权利要求18所述的保护设备，还包括电连接到所述第一电极和所述第二电极的螺旋线圈电感器。