CN111725793B - 过电压保护装置 - Google Patents
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Abstract
过电压保护装置,具有印刷电路板、变阻器、气体放电管,变阻器和气体放电管串联连接在印刷电路板的第一电气连接端子与第二电气连接端子之间,变阻器通过印刷电路板的第一传导迹线连接至第一端子,气体放电管通过印刷电路板的第二传导迹线连接至变阻器,气体放电管通过印刷电路板的第三传导迹线连接至第二电气连接端子,第二迹线和第三迹线各自具有部分连接至气体放电管且位于气体放电管的两侧的弯曲部分,弯曲部分各自具有相对于气体放电管面向同一方向的凹形部及能够响应于过电流将相对应的迹线分成两个单独的部分的热熔区域,每个迹线的两个单独的部分之间的距离被配置为允许响应于能够激活气体放电管的过电压在两个单独的部分之间产生电弧。
Description
技术领域
本发明涉及用于电气设备的集成的过电压保护部件的领域。
背景技术
为了保护电气设备,通常在交流电源的两条线之间使用与气体放电管串联连接的金属氧化物变阻器(varistor,压敏电阻),特别是氧化锌变阻器。
在这种设备中,气体放电管实际上支持整个电源的交流电压。具体而言,放电管的杂散电容为几皮法拉,而变阻器的杂散电容为几纳法拉。当发生过电压时,它会触发气体放电管,只有在流过该气体放电管的称为后续电流(follow-up current)的电流随后变得足够小时,该气体放电管才能熄灭。变阻器的电阻确保限制后续电流,并使熄灭气体放电管成为可能。
有许多设备能够被这种装置保护。例如,电子设备、电话和计算机系统、光伏设备、LED照明设备和其他设备。
然而,结合了变阻器和放电管的保护装置可能是复杂且庞大的。
发明内容
本发明所基于的一个理念是提供一种简单、不显眼且可靠的保护装置。
为此,本发明提供了一种过电压保护装置,其具有:
-印刷电路板,
-具有由金属氧化物制成的变阻器本体的变阻器,所述变阻器具有面和沉积在所述面上的传导的金属层,
其中,所述变阻器通过所述印刷电路板的第一连接迹线和断开凸片(tab)连接至第一电气连接端子,所述断开凸片通过热熔连结件直接紧固至金属层,并在所述金属层上施加牵引力,使得所述断开凸片响应于所述热熔连结件的熔化而移动远离金属层并断开第一端子与变阻器之间的电气连接。
由于这些特征,保护装置易于制造。特别地,断开凸片与金属层之间的直接连接除了沉积的金属层或断开凸片之外不需要任何端子连结件。特别地,这种装置不需要连接金属层与断开凸片的铜电极。
此外,由于这些特征,该装置不显眼。特别地,该保护装置不需要用于连接金属层与断开凸片的电极的空间。
根据一些实施方式,这种过电压保护装置可以具有以下特征中的一个或更多个特征。
根据一个实施方式,变阻器具有由金属氧化物制成(例如由氧化锌制成)的变阻器本体。
根据一个实施方式,该装置还具有气体放电管。根据一个实施方式,变阻器和气体放电管在印刷电路板上串联连接。
根据一个实施方式,一个或更多个金属层由银制成。根据一个实施方式,一个或更多个金属层是银镀层(silver flash)。
根据一个实施方式,一个或更多个金属层的厚度在8μm至16μm之间,优选地在8μm至12μm之间,例如10μm。
根据一个实施方式,通过丝网印刷和固化方法来沉积金属层。
根据一个实施方式,变阻器的本体具有圆柱形形状,优选地为旋转的形状,但是还可以具有正方形、矩形或甚至任何横截面。根据一个实施方式,变阻器的本体的第一面和第二面平行并且形成变阻器的端部。根据一个实施方式,变阻器具有由树脂制成的外壳。
根据一个实施方式,热熔焊料由锡基合金制成,该锡基合金可包含各种其他金属,例如铋、银或铜,熔化温度通过改变合金的组成来选择。根据一个实施方式,用于制造热熔连结件的合金不包含铅或镉。根据一个实施方式,热熔焊料由一种“低温”锡合金组成,其熔化温度在130℃至142℃之间,优选地在138℃至142℃之间。可以使用以可能包含诸如助焊清洁剂之类的清洁剂的线材、凸片或预成型件的形式提供的合金来制造热熔连结件。
根据一个实施方式,所述金属层是第一传导的金属层,并且所述变阻器本体的面是所述变阻器本体的第一面,并且所述印刷电路板的迹线是印刷电路板的第一传导迹线,此外,所述变阻器本体具有沉积在所述变阻器本体的第二面上的第二金属层,所述第二面与所述第一面相反,并且所述变阻器通过所述第二传导的金属层与所述印刷电路板的第二迹线之间的直接连接而安装在印刷电路板上。
由于这些特征,该装置易于制造。特别地,沉积的第二金属层与第二传导迹线之间的直接连接不需要任何附加的部件以在变阻器与第二传导迹线之间建立连接。此外,变阻器与第二传导迹线之间的这种直接连接具有较小的体积,因此该装置也具有较小的体积。
根据一个实施方式,所述断开凸片是板簧,所述板簧由所述板簧的端部与传导的金属层之间的热熔连结件施加预应力。
由于这些特征,断开凸片与变阻器之间热熔连结件是简单的,而同时当热熔连结件熔化时,保证了断开凸片与变阻器之间的断开。具体地,在操作状态下,断开凸片与变阻器之间的连接是由热熔连结件建立的,并且当所述热熔连结件劣化时,板簧使得可以在无需任何附加的元件的情况下将断开凸片与变阻器间隔开,以便将所述断开凸片移动远离变阻器,在没有外部辅助的情况下,板簧不再由移动远离变阻器的热熔连结件施加预应力。
根据一个实施方式,施加到断开凸片并由热熔连结件保持的预应力在5N至10N之间,优选地在6N至7N之间,理想地为6.5N。这种预应力不足以损坏相对较薄的金属层,而同时可以在没有相反力的情况下(通常是在热熔连结件熔化时)使断开凸片与金属层移动分开。
根据一个实施方式,断开凸片由铜合金组成。
根据一个实施方式,断开凸片由铜、铍和镍合金组成。这种合金使得可以实现用于断开凸片的最佳传导性以及令人满意的弹性,从而不会在通过断开凸片施加在所述金属层上的预应力的作用下损坏金属层。
根据一个实施方式,所述断开凸片具有紧固到所述第一迹线的锚定部分、在所述锚定部分与所述变阻器本体的所述面之间延伸的柔性部分、以及通过所述热熔连结件紧固到所述金属层的紧固部分。
根据一个实施方式,所述断开凸片具有的弹性特征在于:对于沿着所述紧固部分的在与所述变阻器的面部垂直的方向上移位的移位方向施加至所述紧固部分的介于5N与10N之间、优选地介于6N与7N之间、并且理想为6.5N的力而言,所述移位为4mm。
根据一个实施方式,锚定部分的长度在4mm至6mm之间,优选地为4.45mm。根据一个实施方式,柔性部分的长度在16mm至18mm之间,优选地为17.2mm。根据一个实施方式,紧固部分的长度在1.5mm至4mm之间,优选地为2.68mm。所述长度沿断开凸片的纵向方向截取。根据一个实施方式,此外,断开凸片的厚度在0.3至0.6mm之间,优选地为0.4mm。根据一个实施方式,断开凸片的宽度在3至7mm之间,优选地为4mm。
根据一个实施方式,断开凸片的刚度在1250N/m至2500N/m之间,优选地在1500N/m至1750N/m之间,理想地为1625N/m。
根据一个实施方式,断开凸片的维氏硬度在250至310之间。
根据一个实施方式,断开凸片的IACS电导率大于或等于48%。
断开片与第一金属层之间的接触表面是根据过电压保护装置的预期雷电流来确定的。根据一个实施方式,断开凸片与第一金属层之间的接触表面在15.5mm2至17.5mm2之间,优选为16.5mm2。
根据一个实施方式,断开片是粗糙的。根据一个实施方式,断开片具有表面处理,例如镀银处理、镀锡处理或其他处理。
根据一个实施方式,所述保护装置的电阻大于或等于0.6mΩ。
根据一个实施方式,所述过电压保护装置还具有围绕所述变阻器布置的保护壳体。根据一个实施方式,所述壳体围绕所述气体放电管布置。
这种保护壳体使得可以保护所述保护装置的部件,特别是当操纵所述装置以将其安装在电路中时。
根据一个实施方式,保护壳体具有形成内部凹部的接纳件,变阻器容纳在所述内部凹部中,所述接纳件具有开口。根据一个实施方式,气体放电管容纳在所述凹部中。
根据一个实施方式,印刷电路板形成所述接纳件的盖,使得所述印刷电路板形成所述保护壳体的底部。
根据一个实施方式,第一金属层通过连接凸片连接至印刷电路板的第三连接迹线。根据一个实施方式,该第三连接迹线连接所述连接凸片和第三电气连接端子。
根据一个实施方式,印刷电路板具有连接气体放电管和第二电气连接端子的第四传导迹线。
根据一个实施方式,印刷电路板具有连接变阻器的第二金属层和第四电气连接端子的第五传导迹线。
根据一个实施方式,印刷电路板具有连接第二传导迹线和第五电气连接端子的第六传导迹线。
根据一个实施方式,本发明还提供一种用于制造过电压保护装置的方法,所述方法包括:
-设置具有多个电气连接端子和多个传导迹线的印刷电路板,
-设置具有由金属氧化物制成的变阻器本体的变阻器,所述变阻器具有面和沉积在所述面上的传导的金属层,
-将断开凸片紧固到所述印刷电路板的第一迹线,所述第一迹线连接所述断开凸片和第一电气连接端子,待焊接的凸片布置在所述断开凸片与所述第一迹线之间,
-将所述变阻器紧固到所述印刷电路板上,使得所述断开凸片的与所述第一迹线相反的端部面向所述变阻器的第一金属层并与所述变阻器的第一金属层间隔开,待焊接的凸片布置在所述变阻器与所述印刷电路板之间,
使所述断开凸片弹性变形,以使所述断开凸片的第二端部与金属层接触;以及
在所述断开凸片的所述端部与所述金属层之间执行热熔焊接。
根据一个实施方式,在执行热熔焊接之后,所述方法还包括在保护装置上沉积清漆(varnish)。
根据一个实施方式,所述方法还包括:
在炉中加热装置,以便一方面焊接所述印刷电路板和所述变阻器,而另一方面焊接所述断开凸片。
根据一个实施方式,通过喷涂、例如通过清漆喷涂或树脂喷涂,来沉积清漆。
根据一个实施方式,在大于或等于200℃(例如270℃)的温度下在炉中进行加热。
根据一个实施方式,使用热熔焊料来执行热熔焊接。
根据一个实施方式,对沉积在变阻器本体上的一个或更多个金属层进行固化包括干燥阶段和紧固阶段。根据一个实施方式,干燥阶段在130℃至170℃之间、例如150℃的温度下进行。根据一个实施方式,干燥阶段在150℃下进行3分钟至20分钟之间、例如3分钟至5分钟之间的持续时间。根据一个实施方式,紧固阶段在500℃至700℃之间、优选地在600℃的温度下进行。根据一个实施方式,紧固阶段进行5小时至24小时之间的持续时间。
根据本发明的第二主题,本发明提供了一种过电压保护装置,所述过电压保护装置具有:
-印刷电路板,
-变阻器,
-气体放电管,所述变阻器和所述气体放电管串联连接在所述印刷电路板的第一电气连接端子与第二电气连接端子之间,
其中:
-所述变阻器通过所述印刷电路板的第一传导迹线连接至第一端子,
-所述气体放电管通过所述印刷电路板的第二传导迹线连接至所述变阻器,
-所述气体放电管通过所述印刷电路板的第三传导迹线连接至所述第二电气连接端子,
并且其中第二迹线和第三迹线各自具有弯曲部分,所述弯曲部分连接至所述气体放电管并且位于所述气体放电管的两侧,所述弯曲部分各自具有相对于气体放电管面向同一方向的凹形部,所述弯曲部分各自具有热熔区域,所述热熔区域能够响应于过电流而将相对应的迹线分成两个单独的部分,每个迹线各自的所述两个单独的部分之间的距离被配置为:允许首先响应于能够激活气体放电管的过电压、其次响应于使所述气体放电管保持传导状态的电流和电压而在所述两个单独的部分之间产生电弧。
由于这些特征,第二迹线和第三迹线形成能够保护气体放电管的可熔区域,在过电压的情况下产生的电弧被分为三个串联电弧,电弧在气体放电管中和在热熔区域中的每个热熔区域中产生,因此可以更好地控制所述电弧。此外,布置在弯曲部分上的变细的部分使得能够对在所述变细的部分处产生的电弧进行定向,使得在所述变细的部分处产生的电弧沿相反的方向定向,从而限制了所述电弧之间的干扰的风险并使得与单个电弧相比更容易熄灭所述电弧。
根据一些实施方式,除了上面已经指出的特征之外,这种过电压保护装置可以具有以下特征中的一个或更多个特征。
根据一个实施方式,在所述第一电气端子与第二电气端子之间存在电流的情况下,第一传导迹线、第二传导迹线和第三传导迹线一起在第一电气端子与第二电气端子之间形成开放的磁场环路。这种磁场环路使得可以对在热熔区域处产生的电弧进行定向,使得所述电弧不会彼此干扰。
根据一个实施方式,与第二传导迹线的热熔区域相切的圆的半径和与第三传导迹线的热熔区域相切的圆的半径形成介于80°与100°之间的角度,优选地为90°。由于这些特征,降低了在热熔区域处产生的电弧之间的干扰的风险,并使得更容易熄灭弧。
根据一个实施方式,变阻器通过断开凸片连接至第三电气端子,所述断开凸片通过热熔连结件连接至变阻器,所述热熔连结件能够响应于所述变阻器的温度升高超过阈值而使第三电气端子与变阻器之间的连结断开,所述第一电气端子旨在连接至电源电路的相。
根据一个实施方式,第一电气端子旨在连接至电源电路的中性线,并且第二电气端子旨在连接至地,气体放电管通过第四传导迹线连接至第四电气端子,所述第四传导迹线连接至第二传导迹线,所述第四电气端子旨在连接至由电源电路供电的电路的中性线。
根据一个实施方式,变阻器通过第六传导迹线连接至第五电气端子,所述第五电气端子旨在连接至由电源电路供电的电路的相。
根据一个实施方式,本发明还提供一种用于制造过电压保护装置的方法,所述方法包括:
-设置具有多个电气连接端子和多个传导连接迹线的印刷电路板,
-设置变阻器,
-设置气体放电管,
-将所述变阻器沉积在所述印刷电路板上,使得所述变阻器通过第一传导迹线连接至第一电气连接端子,
-将所述气体放电管沉积在所述印刷电路板上,使得所述变阻器和所述气体放电管经由第二传导迹线和第三传导迹线而串联连接在所述印刷电路板的所述第一电气连接端子与所述第二电气连接端子之间,第二传导迹线将所述变阻器与所述气体放电管连接,第三传导迹线将所述气体放电管连接至所述第二电气连接端子。第二迹线和第三迹线各自具有弯曲部分,所述弯曲部分连接至所述气体放电管并且位于所述气体放电管的两侧,所述弯曲部分各自具有相对于气体放电管面向同一方向的凹形部,所述弯曲部分各自具有热熔区域,所述热熔区域能够响应于过电流而将相对应的迹线分成两个单独的部分,所述迹线各自的所述两个单独的部分之间的距离被配置为:允许首先响应于能够激活气体放电管的过电压、其次响应于使所述气体放电管保持传导状态的电流和电压而在所述两个单独的部分之间产生电弧。
根据一个实施方式,在这种制造方法中,所述变阻器具有由金属氧化物制成的变阻器本体,所述变阻器本体具有面和沉积在所述面上的传导的金属层。
根据一个实施方式,除了上述特征之外,这种制造方法还可包括:
-在所述印刷电路板的第四迹线上沉积断开凸片,所述第四迹线将所述断开凸片与第三电气连接端子连接,将所述变阻器沉积在所述印刷电路板上的步骤被执行成使得所述断开凸片的与第一迹线相反的端部面向所述变阻器的金属层并与所述变阻器的金属层间隔开,
-使所述断开凸片弹性变形,以使所述断开凸片的第二端部与金属层接触;以及
-在所述断开凸片的所述端部与所述金属层之间执行热熔焊接。
附图说明
在下面对本发明的多个特定实施方式的描述的过程中,将更好地理解本发明,并且其进一步的目的、细节、特征和优点将变得更加显而易见,所述实施方式参考附图仅通过说明而非限制性的方式给出。
图1是过电压保护装置的示意性透视图;
图2是图1的过电压保护装置的印刷电路板和安装在所述印刷电路板上的部件的示意性透视图;
图3是图2的在变阻器处的剖视图;
图4是图3的断开凸片的剖视图;
图5是图2的印刷电路板的平面图,其中省略了安装在所述印刷电路板上的部件,并且示出了由流过气体放电管的电流产生的磁力;
图6是图2的印刷电路板的平面图,其中省略了安装在所述印刷电路板上的部件,并且示出了在存在过电压的情况下产生弧的区域;
图7是图2的印刷电路板的平面图,其中省略了安装在所述印刷电路板上的部件,并且示出了在存在过电压的情况下产生的弧的方向。
具体实施方式
如图1至图7所示,过电压保护装置(以下称为装置1)旨在集成到电路中,以保护所述电路的一个或更多个电气设备免受过电压的影响。这种电气设备例如是LED照明装置或其他装置。因此,装置1具有旨在接纳电路的电缆的传导端子。在图1中,装置1具有旨在连接至相的第一传导端子2、旨在连接至中性线的第二传导端子3和旨在连接至地的第三传导端子4。该装置1还具有第四传导端子5和第五传导端子6,该第四传导端子和第五传导端子旨在将装置1连接至电路(未示出)。
该装置1具有壳体7,所述装置1的各种部件容纳在该壳体中。传导端子2至6从壳体7露出,以便允许它们连接至电源电路或待被供电的电路。该壳体7具有接纳件8,该接纳件形成内部凹部,装置1的各种部件容纳在该内部凹部中。
如图2所示,装置1具有印刷电路板9。有利地,该印刷电路板9形成壳体7的盖并与接纳件8相互作用,以便在容纳装置1的在内部凹部中的各种部件的同时封闭壳体7。
印刷电路板9具有多个传导迹线,这些传导迹线允许装置1的各种部件彼此进行电气连接以及与传导端子2至6进行电气连接。更特别地,例如,如图5所示,印刷电路板9具有将第一电气端子2电气连接至第一连接区域11的第一传导迹线10。印刷电路板9的第二传导迹线12将第二连接区域13连接至第四电气端子5。第三传导迹线14将第三连接区域15连接至第三电气端子3。该第三连接区域15还经由第四传导迹线16连接至第四连接区域17。第五传导迹线18将所述第四连接区域17连接至第五传导端子6。最后,第六传导迹线19将第五连接区域20连接至第三电气端子4。
如图2所示,装置1还具有变阻器21、气体放电管22、连接凸片23和断开凸片24。
变阻器21具有由金属氧化物制成的本体,例如,由氧化锌制成的变阻器本体。变阻器的本体具有平坦且平行的第一面25和第二面26。变阻器21的本体具有旋转的圆柱形形状,第一面25和第二面26具有圆形形状。变阻器21的本体的侧面27优选地涂覆有环氧树脂。
第一面25涂覆有由传导材料制成的第一金属层28。该第一金属层28例如是通过丝网印刷沉积方法沉积在第一面25上的银镀层。这种第一金属层28例如通过经过炉而被干燥。这种经过炉的过程例如在130℃至170℃之间的温度下进行几分钟。例如,经过炉涉及将第一金属层28暴露于150℃的温度至少3至5分钟。然后在固化期间将第一金属层在500℃至700℃之间的温度、例如600℃下紧固5小时至24小时之间的持续时间。与变阻器21的厚度相比,这种第一沉积金属层28具有较低的厚度,例如大约在8μm至16μm,优选地在8μm至12μm之间,理想地为10μm。
以相同的方式,变阻器21的本体的第二面26也涂覆有例如由银制成的第二沉积金属层。通过丝网印刷沉积方法随后进行干燥步骤和紧固步骤来以与第一金属层28相同的方式制造第二金属层。
变阻器21直接安装在印刷电路板9上。更特别地,沉积在变阻器21的本体的第二面26上的第二金属层在第三连接区域15中直接安装在印刷电路板9上。换句话说,沉积在变阻器的本体的第二面26上的第二金属层在所述第三连接区域15中直接连接至第三传导迹线14和第四传导迹线16。因此,所述第三传导迹线15将变阻器21直接连接至第二电气端子3。
此外,变阻器21还连接至第一连接区域11和连接至第二连接区域13。更特别地,断开凸片24具有安装在第一连接区域11中并因此电气连接至第一传导迹线10的第一端部,以及安装在第一金属层28上的第二端部,如下面参考图3和图4更详细地说明。此外,连接凸片23具有安装在第二连接区域13中并因此连接至第二传导迹线12的第一端部29,以及安装在第一金属层28上的第二端部30。
气体放电管22的一部分在第四连接区域17和第五连接区域20中安装在印刷电路板9上。通常,所述气体放电管22的第一端子连接至第四连接器区域17,即连接至第四传导迹线16和第五传导迹线18,并且所述气体放电管22的第二端子连接至第五连接区域20,并因此连接至第六传导迹线19。因此,气体放电管22的第一端子首先经由第四传导迹线16电气连接至变阻器21,其次经由第五传导迹线18电连接至第五电气端子6。此外,气体放电管22的第二端子经由第六传导迹线19电气连接至第三电气端子4。
因此,印刷电路板9同时用作用于变阻器21、气体放电管22、连接凸片23和断开凸片24的支撑件,通过传导迹线10、12、14、16、18、19作为用作部件之间的连接,并作为壳体7的底部。
下面参考图3和图4描述印刷电路板9和变阻器21之间的连结。
连接凸片23的第一端部29是平坦的,以便能够在第二连接区域13中紧固到印刷电路板9,也就是说,与第二传导迹线12接触。同样,所述连接凸片23的第二端部30是平坦的,以便能够被紧固到第一金属层28。连接凸片具有弯曲的中央部分31,该中央部分连接第一端部29和第二端部30。该中央部分31是刚性的并且设计成不在印刷电路板9和/或第一金属层28上施加应力。
断开凸片24为板簧形式。该断开凸片24例如由铜合金制成。断开凸片24例如由铜、铍和镍合金制成,这种合金使得可以实现良好的传导性和良好的弹性。
,所述断开凸片24沿着断开凸片24的纵向方向连续地具有锚定部分32、柔性部分33、紧固部分34和返回部35。以与连接凸片23的端部29和30相同的方式,断开凸片24的锚定部分32是平坦的,以便能够在电气连接至第一传导迹线10的第一连接区域11中紧固到印刷电路板9。
紧固部分34直接紧固到第一金属层28,也就是说,第一金属层28执行变阻器21的连接电极的功能。紧固部分34是平坦的以便能够确保将所述紧固部分34稳定地紧固到第一金属层28。紧固部分与第一金属层之间的接触表面根据装置1的预期雷电流来确定。紧固部分34例如与第一金属层28的接触表面在5mm2至17.5mm2之间,例如9mm2或16.5mm2。紧固部分34与第一金属层28之间的这种连结是通过热熔连结件形成的,也就是说,连结能够响应于温度超过阈值而劣化,例如,阈值温度在130℃至142℃之间,优选在138℃至142℃之间。该热熔连结件通过任何适当的方式形成,例如低温焊接。该热熔焊料可通过添加诸如例如锡或其他材料的材料来制造。这种添加的材料例如是不含铅或镉的锡合金,其形式为与清洁剂(例如助焊剂)相关联的线材、凸片或预成型件。
连接锚定部分32和紧固部分34的柔性部分33是弯曲且有弹性的。当热熔连结件劣化时,柔性部分33使得可以使紧固部分34移动远离第一金属层28。为了确保当热熔连结件劣化时紧固部分34和第一金属层28的这种移动分开,断开凸片24被施加预应力。然而,由于第一金属层28相对较薄,大约为几μm,例如在8μm至16μm之间,优选在8μm至12μm之间,例如10μm,因此柔性部分33必须具有弹性特性,使得该预应力不会过大。具体地,过大的预应力会撕下沉积在变阻器21的本体上的第一金属层28,从而损坏变阻器21。然而,柔性部分33必须具有足够的弹性以当热熔连结件劣化时使紧固部分34令人满意地移动而与第一金属层28分开。
在一个示例性实施方式中,柔性部分33的长度例如在16mm至18mm之间,优选地为17.2mm,宽度在3至7mm之间,优选地为4mm,并且厚度在0.3至0.6mm之间,优选地为0.4mm。在该示例中,如图4所示,柔性部分33具有弹性,使得施加至柔性部分33与紧固部分34之间的接合部的力F在5N至10N之间,优选地为6.5N,并且沿着垂直于锚定部分32的平面的方向在所述接合部产生约4mm的位移。
为了获得柔性部分的弹性特性,可以对断开凸片24进行各种处理,例如旨在赋予其那些所需的机械特性的回火热处理。断开片24可以例如是粗糙的或经表面处理的,例如通过镀银或镀锡。断开片24的刚度在1250N/M至2500N/M之间,优选地在1500N/M至1750N/M之间,理想地为1650N/M。断开片优选地具有在250至310之间的维氏硬度。
参考图5,观察到第四传导迹线16具有第一弯曲部分36。同样,第六传导迹线19具有第二弯曲部分37。第一弯曲部分36和第二弯曲部分37的曲率中心位于所述传导迹线16和19的同一侧。换句话说,第一弯曲部分和第二弯曲部分具有面向彼此的相应的凹形部。因此,如图5所示,第二电气端子3与第三电气端子4之间的连结件基本上为在所述电气端子3与4之间的开环38的形状,该开环38在图5和图6中用虚线示意性地示出。该开环38经由气体放电管22(在图5和图6中未示出)经过第三传导迹线14、第四传导迹线16和第六传导迹线19。因此,在存在流过该开环38的电流的情况下,朝向该环的外部产生磁力,如图6中的箭头39所示。
第一弯曲部分36具有第一变细的迹线部分40。同样,第二弯曲部分37具有第二变细的迹线部分41。这些变细的部分40和41形成在过电流存在的情况下劣化的可熔区域。更特别地,如下所述,流过这些变细的迹线部分40和41的过电流使它们熔化,从而在所述变细的迹线部分处中断相对应的传导迹线,以实现可熔区域的功能。
优选地,在第一变细的部分40处的与第一弯曲部分36的切线(优选地在所述第一变细的部分40的中部截取)垂直于在第二变细的部分41处的与第二弯曲部分37的切线(优选地在所述第二变细的部分41的中部截取)。换句话说,如在附图中所示,与第一变细的部分40的中部相切的圆的半径和与第二变细的部分41的中部相切的圆的半径形成介于80°与100°之间的角度,优选地为90°。这种垂直半径例如在图6中被示出为第一弯曲部分36的附图标记42和第二弯曲部分37的附图标记43。
在电路的正常操作期间,电流经由第一传导迹线10、断开凸片24、第一金属层28、连接凸片23和第二传导迹线12在第一电气端子2与第四电气端子5之间流动。此外,在电路的正常操作期间,电流还经由第五传导迹线18、第四传导迹线16和第三传导迹线14在第五电气端子6与第二电气端子3之间流动。
变阻器21和气体放电管22可以在存在过压的情况下保护电路。
在存在过电压的情况下,在气体放电管22中产生图7所示的电弧46,从而将电路与第三电气端子3连接,通常是与要连接至地的电气端子连接。
第一变细的部分40在过电流的作用下熔化,因此第四传导迹线16在已经熔化的所述第一变细的部分40处中断。同样,第二变细的部分41在过电流的作用下熔化,因此第六传导迹线19在已经熔化的所述第二变细的部分41处中断。第一变细的部分40的长度被校准成使得:在所述第一变细的部分40熔化之后,在第四传导迹线16的被已经熔化的所述第一变细的部分40分开的各部分之间通过存在电流和电流流动而产生并保持电弧44。以相同的方式,第二变细的部分41的长度使得过电流导致第二变细的部分熔化,并且使得在第六传导迹线19的当第二变细的部分41熔化时被分开的各部分之间能够通过存在电流和电流流动来保持电弧45。
换句话说,在存在过电流的情况下,第一变细的部分40和第二变细的部分41使得可以将通常在气体放电管22中产生的电弧分为三个串联电弧,即位于第四传导迹线16上的第一电弧44、位于气体放电管22中的第二电弧46以及位于第六传导迹线19上的第三电弧45。这种划分为多个电弧44、45和46提供了更好的中断这些弧的能力。
此外,变细的部分40和41位于曲率半径处于同一侧的弯曲部分上的事实有利地使弧44和45的定向成为可能。如上所解释的,迹线36和37的曲率使得形成开环38成为可能。通常在变细的部分40和41处、在这种开环38的弯曲部分36和37上产生的弧44和45朝向该开环38的外部产生。结果,如图7所示,在变细的部分40和41处产生的弧44和45因此朝向开环38的外部定向,并且因此在相反的方向上,从而防止了这些弧44和45彼此干扰以及彼此接触。因此,由于弯曲部分36和37而使电弧44和45的这种定向确保了变细的部分40和41通过将由电流和电流流动保持的电弧分成三个电弧44、45和46而有效地保护了气体放电管,其中所述单独的弧中的两个弧位于所述气体放电管22的两侧。
此外,在存在过电流的情况下,断开凸片24与变阻器21的第一金属层28之间的热熔连结件熔化。从这时起,第一金属层28不再经由热熔连结件在紧固部分34上施加保持力,该保持力与由柔性部分33施加在所述紧固部分34上的力相反。在没有相反的力的情况下,柔性部分33使紧固部分34弹性地移动远离第一金属层28移动,从而使所述断开凸片24与变阻器21之间的连接断开。
下面描述用于制造过电压保护装置的方法。在第一步骤中,将待焊接的糊剂沉积在印刷电路板9上。在第二步骤中,将各部件,即变阻器21、气体放电管22、连接凸片23和断开凸片24沉积在印刷电路板9上。第三步骤中将由此形成的组件通过炉。例如在大于200℃、例如270℃的温度下进行这种通过炉,并且使得可以在单个步骤中进行所有焊接操作,除了在断开凸片24与变阻器21之间的热熔连结之外。在第四步骤中,使用例如在130℃至142℃之间的低温焊接,以在断开凸片24与变阻器21的第一金属层28之间形成热熔连结件。该低温焊接例如是通过添加锡-铋合金进行的,其形式为线材、凸片或预成型件。然后使用清漆喷涂或树脂喷涂将由此形成的组件热带化(tropicalized)。
尽管已经结合多个特定实施方式描述了本发明,但是显而易见的是,本发明不限于此,并且本发明包括所描述的装置的所有技术等效物以及它们的组合(如果它们落入由权利要求限定的本发明的范围内)。
动词“具有”、“包含”或“包括”及其结合形式的使用不排除权利要求中所述的元件或步骤之外的那些元件或步骤的存在。
在权利要求中,括号之间的任何附图标记不应被解释为对权利要求的限制。
Claims (8)
1.一种过电压保护装置,所述过电压保护装置具有:
-印刷电路板(9),
-变阻器(21),
-气体放电管(22),所述变阻器(21)和所述气体放电管(22)串联连接在所述印刷电路板的第一电气连接端子(3)与第二电气连接端子(4)之间,
其中:
-所述变阻器(21)通过所述印刷电路板(9)的第一传导迹线(14)连接至所述第一电气连接端子(3),
-所述气体放电管(22)通过所述印刷电路板(9)的第二传导迹线(16)连接至所述变阻器(21),
-所述气体放电管(22)通过所述印刷电路板(9)的第三传导迹线(19)连接至所述第二电气连接端子(4),
并且其中,所述第二传导迹线(16)和所述第三传导迹线(19)各自具有弯曲部分(36、37),所述弯曲部分连接至所述气体放电管并且位于所述气体放电管(22)的两侧,所述弯曲部分各自具有相对于所述气体放电管(22)面向同一方向的凹形部,所述弯曲部分(36、37)各自具有热熔区域(40、41),所述热熔区域能够响应于过电流而将相应的所述第二传导迹线(16)或所述第三传导迹线(19)分成两个单独的部分,所述第二传导迹线(16)和所述第三传导迹线(19)中的每一者的所述两个单独的部分之间的距离被配置为:允许首先响应于能够激活所述气体放电管(22)的过电压、其次响应于使所述气体放电管保持传导状态的电流和电压而在所述两个单独的部分之间产生电弧。
2.根据权利要求1所述的过电压保护装置,其中,在所述第一电气连接端子(3)与所述第二电气连接端子(4)之间存在电流的情况下,所述第一传导迹线(14)、所述第二传导迹线(16)和所述第三传导迹线(19)一起在所述第一电气连接端子(3)与所述第二电气连接端子(4)之间形成开放的磁场环路(38)。
3.根据权利要求1或2所述的过电压保护装置,其中,与所述第二传导迹线(16)的热熔区域相切的圆的半径(42)和与所述第三传导迹线(19)的热熔区域相切的圆的半径(43)形成介于80°与100°之间的角度。
4.根据权利要求1或2所述的过电压保护装置,其中,所述变阻器(21)通过断开凸片(24)连接至第三电气端子(2),所述断开凸片(24)通过热熔连结件连接至所述变阻器(21),所述热熔连结件能够响应于所述变阻器的温度升高超过阈值而使所述第三电气端子(2)与所述变阻器(21)之间的连结断开,所述第三电气端子(2)旨在连接至电源电路的相。
5.根据权利要求1或2所述的过电压保护装置,其中,所述第一电气连接端子(3)旨在连接至电源电路的中性线,并且所述第二电气连接端子(4)旨在连接至地,所述气体放电管(22)通过第四传导迹线(18)连接至第四电气端子(6),所述第四传导迹线(18)连接至所述第二传导迹线(16),所述第四电气端子(6)旨在连接至由所述电源电路供电的电路的中性线。
6.根据权利要求5所述的过电压保护装置,其中,所述变阻器(21)通过第六传导迹线(12)连接至第五电气端子(5),所述第五电气端子(5)旨在连接至由所述电源电路供电的所述电路的相。
7.一种用于制造过电压保护装置的方法,所述方法包括:
-设置具有多个电气连接端子和多个传导连接迹线的印刷电路板(9),
-设置变阻器(21),
-设置气体放电管(22),
-将所述变阻器(21)沉积在所述印刷电路板(9)上,使得所述变阻器(21)通过第一传导迹线(14)连接至第一电气连接端子(3),
-将所述气体放电管(22)沉积在所述印刷电路板(9)上,使得所述变阻器(21)和所述气体放电管(22)经由第二传导迹线(16)和第三传导迹线(19)而串联连接在所述印刷电路板(9)的所述第一电气连接端子(3)与第二电气连接端子(4)之间,所述第二传导迹线(16)将所述变阻器(21)与所述气体放电管(22)连接,所述第三传导迹线(19)将所述气体放电管(22)连接至所述第二电气连接端子(4),所述第二传导迹线(16)和所述第三传导迹线(19)各自具有弯曲部分(36、37),所述弯曲部分(36、37)连接至所述气体放电管(22)并且位于所述气体放电管(22)的两侧,所述弯曲部分(36、37)各自具有相对于所述气体放电管(22)面向同一方向的凹形部,所述弯曲部分(36、37)各自具有热熔区域(40、41),所述热熔区域能够响应于过电流而将相应的所述第二传导迹线(16)或所述第三传导迹线(19)分成两个单独的部分,所述第二传导迹线(16)和所述第三传导迹线(19)中的每一者的所述两个单独的部分之间的距离被配置为允许首先响应于能够激活所述气体放电管(22)的过电压、其次响应于使所述气体放电管(22)保持传导状态的电流和电压而在所述两个单独的部分之间产生电弧。
8.根据权利要求7所述的方法,其中,所述变阻器(21)具有由金属氧化物制成的变阻器本体,所述变阻器本体具有面(25)和沉积在所述面(25)上的传导的金属层(28),
所述方法还包括:
-在所述印刷电路板(9)的第四迹线(10)上沉积断开凸片(24),所述第四迹线(10)将所述断开凸片(24)与第三电气连接端子(2)连接,将所述变阻器(21)沉积在所述印刷电路板(9)上的步骤被执行成使得所述断开凸片(24)的与所述第四迹线(10)相反的第一端部面向所述变阻器(21)的所述金属层(28)并与所述变阻器的所述金属层间隔开,
-使所述断开凸片(24)弹性变形,以使所述断开凸片(24)的所述第一端部与所述金属层(28)接触;以及
-在所述断开凸片(24)的所述第一端部与所述金属层(28)之间执行热熔焊接。
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