TW201537591A - 具保險機制之突波洩放器 - Google Patents

Abstract

本發明係一種具保險機制之突波洩放器，包括一介電材料、二導電板及一絕緣包覆體；其中，該介電材料係由多晶半導體陶瓷材料製成之一板體，該介電材料之兩相對側面上分別貼覆有一電極；該等導電板上鄰近其一端之部位係以面接觸方式分別貼附至各該電極，各該導電板之另一端則係作為一接腳，以透過該接腳電氣連接至一電子設備之供電端，各該導電板上位於其兩端間之一中段部位之斷面積係小於其它部位之斷面積，以在該中段部位承受一大電流，且其所產生之高溫超過一預定之臨界值時，該中段部位能被熔斷，而產生相當於保險絲之機制；該絕緣包覆體係包覆在該介電材料及該等導電板上，且包覆各該導電板之中段部位，僅使該等接腳外露在該絕緣包覆體之外。如此，當一極大之瞬間電流繼續通過該突波洩放器，而產生極高之溫度時，各該導電板之中段部位會因該瞬間電流及其所產生之高溫而迅速斷開，形成斷路，以避免該突波洩放器因大電流繼續通過、持續累積高溫而起火燃燒，進而有效防止該電子設備或其上電子線路或元件發生毀損。

Description

具保險機制之突波洩放器

本發明係關於一種突波洩放器，尤指一種結構簡單，且能在完全無需增設額外保險元件之前提下，仍具備保險元件特性之突波洩放器，以有效防止該突波洩放器因大電流繼續通過、持續累積高溫而發生起火燃燒之危險。

查，大多數之電子設備在其運作過程中均可能遭遇突波之衝擊，而發生損壞，其中，所謂之「突波」亦可稱之為「高電壓(流)脈衝」，且依其產生來源尚可區分為「電路外部產生的突波」及「電路內部產生的突波」兩種，一般言，「電路外部產生的突波」多半係因電子設備之周圍環境發生雷擊，或其電路直接遭受雷擊所致，因此，又稱為雷突波(lightning surge)；「電路內部產生的突波」則多半係電子設備內電子開關切換作動所伴隨產生的突波，因此，又稱為切換突波(switching surge)。

按，現今大多數電子設備中均設置有繼電器(relay)、電子開關(switch)或螺管線圈(solenoid)等切換控制元件，在該電子設備的運作過程中，該等切換控制元件勢必會執行大量之切換動作，以斷開及導通線路，且因此產生大量突波，進而對該電子設備的運作造成負面影響，如：造成電子設備誤動作等。為解決前述問題，傳統上，相關電子設備的業者均會在該等電子設備之供電端上設置一突波洩放器，以便在產生突波時，能透過該突波洩放器形成一放電路徑，將該突波導引至一接地端，進而保護該電子設備不會因該突波而受到損害。

傳統上，金屬氧化物壓敏電阻(Metal Oxide Varistor，簡稱MOV)係一種用於製作傳統突波洩放器之介電材料，該介電材料一般係由氧化鋅顆粒與少量其他金屬氧化物或聚合物混合燒結而成的多晶半導體陶 瓷元件，在該介電材料內，由於包含有極大量且雜亂的氧化鋅顆粒，且氧化鋅顆粒與其他氧化物的交界處，會形成晶界層，而發生二極體效應，因此，整個介電材料相當於大量背向相連的二極體之集合體，在低電壓的狀態下，僅有少部份的微小逆向漏電電流會通過該介電材料，然而，在遇到高電壓時，則會發生擊穿效應(punch-through effect)，使得高電壓之大電流能通過該介電材料，該介電材料之所以會被廣泛地應用於製作突波洩放器，主要係因其具備低電壓時高電阻、高電壓時低電阻的非線性電流-電壓特性。

雖然，長久以來，前述傳統突波洩放器確實能達成洩放突波 之目的，然而，經發明人之長期研究及觀察後發現，該等傳統突波洩放器在設計上仍存在諸多待改進之缺陷。

請參閱第1及2圖所示，乃市場上最常見之傳統突波洩放器 1，該傳統突波洩放器1包括一介電材料10、一第一導線(或導電板)120、一第二導線(或導電板)121及一絕緣包覆體13；其中，該介電材料10係由前述多晶半導體陶瓷材料製成之一板體，該介電材料10之兩相對側面上分別貼覆有一第一電極(electrode)110及一第二電極111；該第一導線120上鄰近其一端之部位係被焊接固定至該第一電極110，該第一導線120之另一端則係作為一第一接腳1201，以透過該第一接腳1201電氣連接至一電子設備之供電端(圖中未示)；該第二導線121上鄰近其一端之部位係被焊接固定至該第二電極111，該第二導線121之另一端則係作為一第二接腳1211，以透過該第二接腳1211電氣連接至該電子設備之供電端；該絕緣包覆體13係包覆在該介電材料10、該第一導線120及該第二導線121上，僅使該第一接腳1201及該第二接腳1211外露在該絕緣包覆體13之外。

在該傳統突波洩放器1中，該等導線120、121與該介電材 料10之間係呈「線接觸」的連接關係，因此，在有限的焊接面積下，該介電材料10與各該導線120、121間之相互固接處，必須承受極高的電壓與電流，極易發生崩裂；再者，由於該介電材料10之單位面積所需承受的電壓與電流亦極高，故，當較高的瞬間電壓通過該介電材料10時，極可能在該介電材料10之電阻體上產生穿孔，導致更大的瞬間電流通過，並因電弧 而產生高熱起火；此外，許多研究結果均顯示，該傳統突波洩放器1在遭受多次大電流衝擊後，即便沒有立即發生前述瞬間崩裂或起火燃燒之情事，過高的溫度也會加速該介電材料10老化，使得該介電材料10逐步發生低阻線性化之現象，而在該介電材料10上產生若干脆弱點，嗣，當更高之漏電流發生頻率增加，且漏電流集中流入至各該脆弱點時，將使各該脆弱點之材料融熔形成短路孔，此時，若後續之大電流灌入至各該短路孔，則必然會產生高熱，進而使該傳統突波洩放器1起火燃燒。

有鑒於此，請參閱第3圖所示，業者在將該傳統突波洩放器 1安裝至一電子設備2之一供電端Vi時，均會將其並聯在該供電端Vi與該電子設備2之電路間，且在其中之一供電接腳上串聯一保險元件3(fuse)，以期在該介電材料10與各該導線120、121間之相互固接處發生崩裂，或該介電材料10之電阻體上產生穿孔之情形下，令該保險元件3內之保險絲能被瞬間通過的大電流及其所產生之高溫熔斷，成為斷路狀態，以避免持續供電而發生前述起火燃燒之危險，進而確保該電子設備不致因此而受損。

惟，增設該保險元件3不僅會增加製造成本，亦會增加線路 設計之複雜度，並佔用了電路空間，此亦為相關電路無法被設計成更為輕薄短小之主要原因。針對此，請參閱第4圖所示，部份業者乃思及在第1及2圖所示之該傳統突波洩放器1內增設一溫感保險元件14(thermal fuse)，該溫感保險元件14之一端141係被焊接固定至該第一電極110上，且連同該介電材料10、該第一導線120及該第二導線121均被包覆在該絕緣包覆體13內，僅使該第一接腳1201、該第二接腳1211及該溫感保險元件14之另一端142外露在該絕緣包覆體13之外，以期在該溫感保險元件14感測到該第一電極110之溫度超過一預定之臨界值時，該溫感保險元件14能成為斷開狀態，進而驅使該供電端中止繼續供電，然而，此一設計及作法，除無法省略該溫感保險元件14之成本外，亦會增加該傳統突波洩放器1本身之體積及其在電路上所佔用之空間，且其整體電路尚因需被設計成能根據該溫感保險元件14之斷開，而適時中止供電，故使得整體電路變得更為複雜。

綜上所述可知，如何設計出一種結構簡單且不增加成本之突 波洩放器，令其除具備洩放突波之特性外，尚能在完全無需增設額外保險元件之前提下，仍具備保險元件之特性，以在該介電材料10與各該導線120、121間相互固接處發生崩裂，或該介電材料10之電阻體產生穿孔之情形下，使該突波洩放器成為斷路，進而有效避免發生前述起火燃燒之危險及確保該電子設備不致受損，即成為本發明在此亟欲探討之一重要課題。

有鑑於傳統突波洩放器具有之前述缺點，發明人根據長年服 務於相關產業之經驗，並經過多次設計與反覆實驗，終於開發出本發明之一種具保險機制之突波洩放器，期藉由本發明能大幅提高突波洩放器之安全性，進而有效確保電子設備在使用上的安全。

本發明之一目的，係提供一種具保險機制之突波洩放器，包 括一介電材料、一第一導電板、一第二導電板及一絕緣包覆體；其中，該介電材料係由多晶半導體陶瓷材料製成之一板體，該介電材料之兩相對側面上分別貼覆有一第一電極及一第二電極；該第一導電板上鄰近其一端之部位係以面接觸方式貼附至該第一電極，該第一導電板之另一端則係作為一第一接腳，以透過該第一接腳電氣連接至一電子設備之供電端，該第一導電板上位於其兩端間之一中段部位之斷面積係小於其它部位之斷面積，以在該中段部位承受一大電流，且其所產生之高溫超過一預定之臨界值時，該中段部位能被迅速熔斷，而產生相當於保險絲之機制；該第二導電板上鄰近其一端之部位係以面接觸方式貼附至該第二電極，該第二導電板之另一端則係作為一第二接腳，以透過該第二接腳電氣連接至該電子設備之供電端，該第二導電板上位於其兩端間之一中段部位之斷面積係小於其它部位之斷面積，以在該中段部位承受一大電流，且其所產生之高溫超過一預定之臨界值時，該中段部位能被迅速熔斷，而產生相當於保險絲之機制；該絕緣包覆體係包覆在該介電材料、該第一導電板及該第二導電板上，且包覆該第一導電板及該第二導電板之中段部位，僅使該第一接腳及該第二接腳外露在該絕緣包覆體之外。如此，當一衝擊電流流經該突波洩放器，且其高電壓造成該等導電板上鄰近其一端之部位分別自對應之該等電極上崩離，或其高電壓擊穿該介電材料，導致極大之瞬間電流繼續通過該突波 洩放器，而產生極高之溫度時，各該導電板之中段部位能因大電流及其所產生之高溫度，而被迅速熔斷，形成斷路狀態，以避免該突波洩放器因持續累積溫度而起火燃燒，進而有效防止該電子設備或其上電子線路或元件因此受損。

本發明之另一目的，該等導電板係由導電金屬製成，該導電 金屬可為鋁、銀、錫、鋅或其合金，其熔點係低於銅，其阻抗則高於銅，且能在大電流通過各該導電板之中段部位時，能因該中段部位之斷面積小於其它部位之斷面積，而在該中段部位產生高溫，且使該中段部位能因高溫而迅速被熔斷，形成斷路。

本發明之又一目的，各該導電板之中段部位開設有至少一槽 孔，該槽孔係貫穿該中段部位，以使該中段部位之斷面積小於其它部位之斷面積。

本發明之又另一目的，該槽孔係形成在該導電板之中段部位內，以使該中段部位之斷面積小於其它部位之斷面積。

本發明之又另一目的，該槽孔係形成在該導電板之中段部位之任一側，以使該中段部位之斷面積小於其它部位之斷面積。

為便 貴審查委員能對本發明目的、技術特徵及其功效，做更進一步之認識與瞭解，茲舉實施例配合圖式，詳細說明如下：

[習知]

1‧‧‧傳統突波洩放器

10‧‧‧介電材料

110‧‧‧第一電極

111‧‧‧第二電極

120‧‧‧第一導線

1201‧‧‧第一接腳

121‧‧‧第二導線

1211‧‧‧第二接腳

13‧‧‧絕緣包覆體

14‧‧‧溫感保險元件

141‧‧‧溫感保險元件之一端

142‧‧‧溫感保險元件之另一端

2‧‧‧電子設備

3‧‧‧保險元件

Vi‧‧‧供電端

[本發明]

5‧‧‧突波洩放器

50‧‧‧介電材料

510‧‧‧第一電極

520‧‧‧第一導電板

5201‧‧‧第一接腳

5202‧‧‧中段部位

5211‧‧‧第二接腳

53‧‧‧絕緣包覆體

A、B‧‧‧槽孔

第1圖係傳統突波洩放器之分解示意圖；第2圖係傳統突波洩放器完成組裝之局部剖面示意圖；第3圖係傳統突波洩放器之安裝線路示意圖；第4圖係另一傳統突波洩放器完成組裝之局部剖面示意圖；第5圖係本發明第一較佳實施例完成組裝之局部剖面示意圖；及第6圖係本發明第二較佳實施例完成組裝之局部剖面示意圖。

本發明係提供一種具保險機制之突波洩放器，該突波洩放器 係應用至一電子設備之供電端，請參閱第5圖所示，在本發明之第一較佳實施例中，該突波洩放器5包括一介電材料50、一第一導電板520、一第二導電板(圖中未示)及一絕緣包覆體53；其中，該介電材料50係由多晶半導體陶瓷材料製成之一板體，該介電材料50之兩相對側面上分別貼覆有一第一電極510及一第二電極(圖中未示)；該第一導電板520上鄰近其一端之部位係以面接觸方式貼附至該第一電極510，該第一導電板520之另一端則係作為一第一接腳5201，以透過該第一接腳5201電氣連接至一電子設備之供電端(圖中未示)，該第一導電板520上位於其兩端間之一中段部位5202之斷面積係小於其它部位之斷面積，以在該中段部位5202承受一大電流，且其所產生之高溫超過一預定之臨界值時，該中段部位5202能被熔斷，而產生相當於保險絲之機制；該第二導電板上鄰近其一端之部位亦係以面接觸方式貼附至該第二電極，該第二導電板之另一端則係作為一第二接腳5211，以透過該第二接腳5211電氣連接至該電子設備之供電端，該第二導電板上位於其兩端間之一中段部位之斷面積係小於其它部位之斷面積，以在該中段部位承受一大電流，且其所產生之高溫超過一預定之臨界值時，該中段部位能被熔斷，而產生相當於保險絲之機制；該絕緣包覆體53係包覆在該介電材料50、該第一導電板520及該第二導電板上，且包覆各該導電板520之中段部位5202，僅使該第一接腳5201及該第二接腳5211外露在該絕緣包覆體53之外。

如此，當一衝擊電流流經該突波洩放器5，且其高電壓造成 該第一導電板520上鄰近其一端之部位自對應之該第一電極510上崩離，或其高電壓擊穿該介電材料50，導致極大之瞬間電流繼續通過該突波洩放器5，而產生極高之溫度時，該第一導電板520之中段部位5202能因該極大之瞬間電流或該極高之溫度而迅速斷開，形成斷路，以保護該電子設備，以避免該突波洩放器5因持續累積溫度而起火燃燒，進而有效防止該電子設備或其上電子線路或元件因此受損。

復請參閱第5圖所示，在該第一較佳實施例中，該第一導電 板520(及/或該第二導電板)之中段部位5202開設有至少一槽孔A，該槽孔A係貫穿該中段部位5202，以使該中段部位5202之斷面積小於其它部位之 斷面積，雖然，在該第一較佳實施例中，該槽孔A係形成在該第一導電板520(及/或該第二導電板)之中段部位5202內，但是，本發明並不侷限於此，在本發明之第二較佳實施例中，請參閱第6圖所示，槽孔B亦能被形成在該第一導電板520(及/或該第二導電板)之中段部位5202之任一側，以使該中段部位5202之斷面積小於其它部位之斷面積。

在本發明之前述較佳實施例中，該第一導電板520(及/或該 第二導電板)係由導電金屬製成，該導電金屬可為鋁、銀、錫、鋅或其合金，其熔點係低於銅，其阻抗值則高於銅，以在極大之瞬間電流通過該第一導電板520之中段部位5202時，能因該中段部位5202之斷面積小於其它部位之斷面積，而在該中段部位5202產生高溫，使該中段部位5202能因該高溫而迅速被熔斷，形成斷路。

此外，在本發明之其它較佳實施例中，該第一導電板520(及 /或該第二導電板)上鄰近其一端且貼附至該第一電極510之部位的表面積，係大於該第一導電板520上其它部位之表面積，以增加該第一導電板520與對應之該第一電極510間之電氣導通面積。

如此，本發明即能在完全無需增設額外保險元件之前提下， 利用前述實施例中構造簡單及成本低廉之架構，量產製作出兼具保險功能之突波洩放器，以在各該電極510與各該導電板520間相互固接處發生崩裂，或該介電材料50之電阻體產生穿孔之情形下，使該第一導電板520之中段部位5202能因大電流所產生之高溫而被迅速熔斷，進而使該突波洩放器5迅速成為斷路狀態，以避免發生【先前技術】中所述及之起火燃燒的危險，並確保該電子設備不致因此受損。

按，以上所述，僅係本發明之若干較佳實施例，惟，本發明 所主張之權利範圍，並不侷限於此，按凡熟悉該項技藝之人士，依據本發明所揭露之技術內容，可輕易思及之等效變化，均應屬不脫離本發明之保護範疇。

5‧‧‧突波洩放器

50‧‧‧介電材料

510‧‧‧第一電極

520‧‧‧第一導電板

5201‧‧‧第一接腳

5202‧‧‧中段部位

5211‧‧‧第二接腳

53‧‧‧絕緣包覆體

A‧‧‧槽孔

Claims (6)

1. 一種具保險機制之突波洩放器，包括：一介電材料，係由多晶半導體陶瓷材料製成之一板體，該介電材料之兩相對側面上分別貼覆有一電極；二導電板，該等導電板上鄰近其一端之部位係以面接觸方式分別貼附至各該電極，各該導電板之另一端則係作為一接腳，以透過該接腳電氣連接至一電子設備之供電端，其中，至少一導電板上位於其兩端間之一中段部位之斷面積係小於其它部位之斷面積，以在該中段部位承受一大電流，且其所產生之高溫超過一預定之臨界值時，該中段部位能被熔斷，而產生相當於保險絲之機制；及一絕緣包覆體，係包覆在該介電材料及該等導電板上，且包覆各該導電板之中段部位，僅使該等接腳外露在該絕緣包覆體之外。
2. 如請求項1所述之突波洩放器，其中，該等導電板係由導電金屬製成，該導電金屬可為鋁、銀、錫、鋅或其合金，其熔點係低於銅，其阻抗值則高於銅，以能在大電流通過該中段部位時，能因該中段部位之斷面積小於其它部位之斷面積，而在該中段部位產生高溫，使該中段部位能因該高溫而迅速被熔斷。
3. 如請求項2所述之突波洩放器，其中，該中段部位上開設有至少一槽孔，該槽孔係貫穿該中段部位，以使該中段部位之斷面積小於其它部位之斷面積。
4. 如請求項3所述之突波洩放器，其中，該槽孔係形成在該中段部位內。
5. 如請求項3所述之突波洩放器，其中，該槽孔係形成在該中段部位之任一側。
6. 如請求項4或5所述之突波洩放器，其中，該導電板上鄰近其一端且貼附至該電極之部位的表面積，係大於該導電板上其它部位之表面積，以增加該導電板與對應之該電極間之電氣導通面積。