专利名称：包括热熔片弹簧、熔片挽带和箝压装置的冲击保护装置的制作方法
技术领域：
本发明的背景背景信息对于保护负载防止电压供应中的冲击，已经知道有各种装置和布置。一般地说，采用了两种方法串联保护和并联保护。在串联保护中，用一高阻抗与负载串联，以在冲击时中断或限制冲击电流。在并联保护中，用一低阻抗旁路分流冲击电流。本发明提供并联保护。
已经知道，用箝压装置和消弧(crowbar)装置提供并行的冲击保护。箝压装置箝制负载两端的电压，使之到一规定的水平。常用类型的箝压装置包括金属氧化物可变电阻(MOV)、齐纳二极管和硅雪崩二极管。如果单独用于提供并行的保护，则例如一MOV必须有一超过名义供应电压的箝压，以使最大的连续运行电压(MCOV)大于名义供应电压。已知的消弧装置包括气体放电管和可控硅。这些装置通常有一高的阻抗，并在供应电压中的冲击超过在气体放电管的情况下的气体击穿电压时，或是高到足以致动一触发电路以接通可控硅时，切换至低阻抗。
图1示出原有的冲击保护装置(SPD)电路，其中，采用了失效的MOV的热断开。SPD2包括一传统的过电流熔片4、三个MOV 6、8、10和两个热断开(TCO)装置12、14。SPD2用在一常用的AC动力电路16中，该电路包括一具有相连接20、中线连接22和地线连接24的动力输入部分18和一具有相连接28、中线连接30和地线连接32的动力输出部分26。通常在SPD2的上游采用一断路器或一熔片，以防SPD的致命失效。例如，在相输入连接20与相输出连接28之间串联地电连接一断路器或开关34。
现有方案有几个缺点。首先，反应时间比较长。TCO 12、14的金属外壳被由MOV 6、8、10产生的热加热，而从MOV至TCO的传热是由经过空气的辐射提供的。由于空气和MOV涂层是绝热体，对于TCO来说，在SPD 2的非正常条件下需要时间去断开与MOV的连接。第二，TCO 12、14的冲击电流额定值也是一个限制因素。一个TCO通常只适用一个MOV。第三，主要的缺点为费用，因为一个TCO比相应的被保护的MOV贵很多倍。为了改进费用比，已经知道，采用多个并联连接的MOV组合与单个的TCO组合。不过，在该情况下，TCO并没有相当于并联连接的MOV的冲击电流容量。
图2示出一包括多个MOV 38的SPD36，该MOV用并联电连接。每个MOV38用串联与相应的一个熔片40电连接以便提供单独的过电流保护。每个熔片40意图用于在相应的MOV 38失效并且流经熔片的电流超其电流额定值时打开电路。不过，在相应熔片40的冲击额定值超过MOV的冲击电流额定值的情况下该电流额定值可能不适于防止相应的MOV38上的着火。例如，在一个或更多的MOV38的灾难性失效的情况下，SPD36，也许还有受保护的负载(未示出)可能受到由于着火和/或爆炸的重大损伤。由于各种原因，可能产生MOV的(品质)破坏，它可能导致SPD的这种灾难性失效。虽然这很少发生，但是终端用户必须受到保护。
冲击额定值较高的SPD通常有多个并联的MOV，以便分担冲击电流。MOV的失效是极其少的，但是当它发生时，它就是灾难性的。这种失效的原因最经常的是由于非正常的超压(例如达到约200％的名义电压)或冲击。
对于在SPD中的MOV的熔断，有几个已知的建议。例如，在一印刷电路板(PCB)上采用一熔片挽带(FT)(fuse trace)铜导体，与单个的MOV串联，或每个相采用过电流保护(例如，标准的RK5熔片，熔片电阻，中断熔片，TCO，热熔片，冲击熔片)。不过，这种熔片挽带只能在冲击电流在一定水平以下时才起作用。例如，已知的熔片挽带不能处理比较大的冲击(例如大于约6.5kA)，并且在故障情况(例如小于约10A的故障电流)下仍然适于断开与一失效的MOV的连接。这对熔片挽带设计提出两个相反的要求。首先，为了处理比较大的冲击电流，熔片挽带必须有一尽可能大的截面积。其次，为了在一较短的时间内断开一失效的MOV，熔片挽带必须有尽可能小的截面积。只有过电流保护是不足以满足这两个要求的。
近来，MOV的冲击额定值不断增加至一较高的水平。例如，几年以前，20mm的MOV额定为6.5kA左右以下(8×20S标准波形)。现在20mm的MOV额定为约18kA以下的冲击电流。
美国专利NO.4862134公开了一种电熔片，它包括一焊在或粘在单独的触点表面上的可熔化的导体。
美国专利№6067216公开了一种电路布置，它用于保护一电气部分，使其不受非所希望的电势。该电路布置包括一保护元件，例如一二极管、可变电阻或可控硅，与电气部分并联。当响应一不允许的电压冲击而产生保护动作时，象平面式安装的二极管这样的保护元件受到击穿并变成短路，该短路使熔片在其后立即打开。还有，安装二极管的钎料由于二极管的加热而成为液体。一对分开的钎焊垫用于二极管的一个接头，它产生比用于二极管的其它接头的未分开的钎焊垫快的温升。
美国专利№5600295和5896080公开了用于电路基片和印刷电路板的热熔片。
SPD中的熔断可以是内部的或外部的(例如在SPD壳内，或SPD壳外的断路器或熔片)。
需要改进冲击保护装置中的熔断功能。
本发明的概况一冲击保护装置包括多个箝压装置如MOV，它伴有热熔片弹簧和熔片挽带(fuse trace)。这三个部分最好在MOV(故障前的)漏电电流、MOV故障电流和MOV冲击电流的额定值方面协调，以用于在一定的失效情况如超压或冲击下安全断开MOV。
作为本发明的一个方面，用于供以至少一个来自动力源的电压的负载的冲击保护装置包括至少两个用于接收电压的接线端；以及多个冲击保护电路，每个冲击保护电路包括一热熔片弹簧，至少一个用于箝压的装置，以及至少一个熔片挽带，至少一个熔片挽带中的每一个对应于至少一个用于箝压的装置的一个，连同热熔片弹簧，至少一个熔片挽带中的一个和至少一个用于箝压的装置的对应的一个在接线端之间彼此串联电连接，以便在接线端之间形成至少一个串联的电连接，而热熔片弹簧则用于在至少一个用于箝压的装置的第一故障情况下断开接线端之间的至少一个串联的电连接，该第一故障情况包括第一电流经过至少一个用于箝压的装置的一个第一持续时间，而热熔片弹簧和至少一个熔片挽带则用于在至少一个用于箝压的装置的第二故障情况下协同断开接线端之间的至少一个串联的电连接的相应的一个，该第二故障情况包括第二电流经过至少一个用于箝压的装置的一个一第二持续时间，而第二电流则大于第一电流，第一持续时间则长于第二持续时间。
至少一个用于箝压的装置可以是一金属氧化物可变电阻，它在超压条件下具有灾难性失效状态，而至少一个熔片挽带可能是一熔片挽带。每个热熔片弹簧和熔片挽带有一时间与电流的关系的特征，该特征与金属氧化物可变电阻的灾难性失效状态配合作用，以便在超压的情况下使金属氧化物可变电阻与电压断开。至少一个热熔片弹簧和熔片挽带将金属氧化物可变电阻和电压隔开以便能阻止过压时的灾难性失效状态。
冲击保护电路可以包括一印刷电路板。熔片挽带可包括一在印刷电路板上的第一导电的挽带、一在印刷电路板中的导电的通孔和一在印刷电路板上的第二导电的挽带，第一导电的挽带用电连至熔片挽带的输入端上并连至导电的通孔上，而第二导电的挽带则用电连至导电的通孔上并连至熔片挽带的输出端上。
熔片挽带的导电的通孔最好填以钎料，以便在过电流的情况下缩短熔片挽带的断开时间。钎料可具有175℃左右至250℃左右之间的熔点。
冲击保护电路也可以包括一印刷电路板，它具有第一与一个接线端电连接的第一导体和一与熔片挽带的输入端电连接的第二导体。热熔片弹簧的第一弹簧构件可以钎焊至印刷电路板的第一导体上，而热熔片弹簧的第二弹簧构件则可从第一弹簧构件展离并钎焊至印刷电路板的第二导体上。
热熔片弹簧的第一和第二弹簧构件最好各自用钎料钎焊至印刷电路板上，该钎料有一80℃左右至120℃左右的熔点。
作为本发明的另一方面，制造热熔片弹簧的方法包括切割一弹性导电材料，以形成一基体和多个指状物；弯曲基体与指状物，以形成多个热熔片弹簧元件，该元件具有共同的基体和多个独立的腿状元件；从共同的基体展离每个腿状元件；在一个印刷电路板上定位共同的基体和展开的腿状的元件；以及将共同的基体与展开的腿状元件钎焊至印刷电路板上。
作为本发明的又一方面，在将至少一个热熔片弹簧安装在一印刷电路板上时，采用一伸展装置。热熔片弹簧包括一具有一对腿的弹簧构件，每个腿有一钩状的脚形构件。伸展装置包括一基体，它包括第一和第二端、第一和第二侧和一在基体上的长形开口；一固定在基体的第一端上的第一对齐构件；一固定在基体的第二端上的第二对齐构件；一固定在基体的第一侧上的第一长弧形构件；以及一固定在基体的第二侧上的第二长弧形构件，而基体上的开口则用于接纳热熔片弹簧构件；第一和第二长弧形构件则用于夹持热熔片弹簧的钩状的脚形构件，弹簧构件的腿则在该处展开，以便与印刷电路板接合。
作为本发明的另一方面，用于供以来自动力源的电压的负载的冲击保护装置包括多个用于接收电压的接线端；一印刷电路板；以及多个冲击保护电路，每个冲击保护电路包括一在印刷电路板上的热熔片弹簧、用于箝压的装置、一用电与热熔片弹簧互相串联熔片挽带，以及在接线端之间的用于箝压的装置，以便在接线端之间形成串联的电连接，熔片挽带包括至少一个印刷电路板上的导电的挽带并且还包括一印刷电路板中的导电的通孔，该通孔与至少一个导电的挽带电连接，热熔片弹簧用于在用于箝压的装置的第一故障的情况下断开接线端之间的串联的电连接，而热熔片弹簧和熔片挽带则用于在用于箝压装置的第二故障的情况下协同断开接线端之间的串联的电连接。
附图的简单说明当联系附图阅读时，就可以从下面的优选的实施例的说明得到本发明的全面理解，图中图1为冲击保护装置(SPD)的示意形式的框图，该SPD以被热断开(TCO)装置热保护的金属氧化物可变电阻(MOV)为基础。
图2为SPD的示意形式的框图，该SPD是以金属氧化物可变电阻(MOV)为基础的，该MOV并联地电连接并且有单独的过电流保护。
图3示出一组同时失效的并联的MOV的电压和电流与时间的关系的曲线。
图4为一双对数曲线图，它示出按照本发明的一个实施例的一个MOV、一个热熔片弹簧(TFS)和一个带钎料孔的熔片挽带(FTWSH)的组合的时间与电流的关系。
图5A为一印刷电路板(PCB)的剖视图，它采用了按照本发明的一个实施例的一个MOV、一个热熔片弹簧(TFS)和一个带钎料孔的熔片挽带(FTWSH)的组合。
图5B为一包括TES和FTWSH元件的印刷电路板(PCB)SPD的等角图，它与图5A的PCB相似，只是每个TFS采用了两个平行的FTWSHT MOV组。
图6为切割金属薄板的平面图，该金属薄板用在按照本发明的热熔片弹簧(TFS)的制造中。
图7A-7C示出在按照本发明的制造工艺的各个步骤中，图6的热熔片弹簧(TFS)元件的侧视图。
图8A和8B为按照本发明的各自的未伸展和伸展的热熔片弹簧(TFS)的等角图。
图9为用于按照本发明的一个实施例的图8A的未伸展的热熔片弹簧(TFS)的伸展工具的等角图。
图10为图9的伸展工具与图8B的伸展的热熔片弹簧(TFS)的组合的等角图。
图11A和11B为按照本发明的另一实施例的各自的未伸展的和伸展的热熔片弹簧(TFS)的等角图。
图12为表示所测量的MOV漏电电流与超压的百分数之间的关系曲线。
图13为表示所测量的稳定状态的MOV的表面温度与MOV的漏电电流之间的关系的曲线。
图14为非正常MOV电压与时间的关系的曲线，其中，按照本发明，MOV过电流热熔解。
图15为对应于图14的超压情况的MOV电流与时间的关系的曲线。
图16为故障前的非正常MOV电压和对应的电流与时间的关系的曲线，其中，按照本发明平行的MOV过电流热熔断。
图17为对应于图16的超压情况的MOV电阻与时间的关系的曲线。
图18为一个MOV的故障情况的非正常MOV电压和对应的电流与时间的关系的曲线，其中，按照本发明，并联的MOV过电流热熔断。
图19为对应于图18的超压情况的MOV电阻与时间的关系的曲线。
优选的实施例的说明本发明涉及用于SPD的热熔片并提供一热断开与过电流保护的组合，其中，故障前的电流、故障电流和冲击电流通过所有三个SPD元件(例如MOV，热熔片弹簧(TFS)，熔片挽带(FT))相互协调。TFS与FT一起在有故障的情况下保护MOV。重要的是，FT提高了SPD装置的可用的中断电流(AIC)(即最大故障电流)的额定值。
图3示出了在SPD的有限电流试验时的非正常MOV超压和相应的MOV电流。在此例子中，三个MOV并联并在开始时有名义漏电电流39和名义系统电压41。以后，MOV受到两倍的名义系统电压作用。在故障前的情况42下，所有三个MOV箝制电压若干周期。示例性的正弦形波形的电压峰值约为100V，而电流峰值约为2A。以后，在0.0秒开始第一故障状况44，MOV中的一个失效，并在被熔片断开以前通过约10A的峰值电流。接着，在第二故障前的情况46F，剩下的MOV在约100Vpeak时箝制电压若干周期，电流峰值小于2A。在第二故障的情况48下，剩下的MOV中的一个变热并失效，在其被熔片断开以前具有若干周期的10Apeak左右的有限电流。最后，剩下的MOV开始在第三故障前的情况50下箝压，然后以同样的方式在第三故障情况52下失效。
SPD中着火的原因是熔片设计不当。用于单独的MOV保护的过电流熔片必须满足两个要求。首先，过电流熔片必须在受保护的MOV着火时打开。其次，熔片必须传导(允许通过)冲击电流，该冲击电流至少与对应的MOV的冲击电流额定值一样大。
改变内MOV结构可导致短路。这种破坏发生得非常慢，MOV电阻以几百万欧姆变成远小于一个欧姆(例如几个m∑)。这种非常大的改变提供了适当的时间去检测这一改变并在产生灾难性的SPD失效以前断开失效的MOV。关于这一点，关键的问题为，设计不当的断开装置将降低SPD的冲击保护能力，从而损害了SPD的主要目的，即保护下游的设备防止冲击。
试验证明，当MOV并联在电路中，在一定的超压水平时，只有一个MOV在某个时刻短路失效。这是因为，此时，其余的并联的MOV有较高的阻抗，因而不能传导相当大的电流水平。反而是，所有有用的电流都流经短路的MOV。因此，希望用单独的熔片断开装置保护每个MOV。
由于材料的已知的自然特性，不可能设计非常相同的过电流保护装置，该装置能经受非常大的冲击电流，但仍能在非常小的故障电流下打开。希望有一比较小的故障电流额定值，以阻止由于非正常的过压条件而导致的灾难性的MOV失效。因此，要求提供一个热熔断装置与一个过流断开装置的组合以在过电流保护器不能打开时随时保护MOV。
按照本发明，TFS与FT的组合在故障情况下实现MOV的断开。此外，与此同时，此组合设计成能传导正常电流而不产生相当大的热。在正常情况下，TFS与FT最好不超过热应力或机械应力，该应力将另外改变这些部分的正常功能。这是通过在设计这些部分时采用漏电电流协作来完成的。因此，当短路电流受到限制时(例如限制为几个安培)，则在比较低的故障电流的情况下(例如有比较低的电源阻抗)，TFS将首先反应(即快于FT)，并断开短路的MOV。不过，在有大约为两倍的非正常超压条件下，并且有比较大的故障电流时(例如有比较少电源阻抗)，则FT最好在TFS的前面打开并断开短路的MOV。通常当FT熔化时，相邻的FTS同样断开。
图4示出两条双对数曲线54和56，它们分别对按照本发明的一个实施例的包括一MOV、一热熔片弹簧(TFS)和一带钎料孔的熔片挽带(FTWSH)(这将下面联系图5A-5B讨论)的SPD提供协作的热熔断和过电流断开。曲线54对MOV和TES的组合示出logt(时间)与logI(电流)的关系。而曲线56则示出了用于FTWSH的log(t)和log(I)的曲线。朝曲线54、56的左下面示出导电区58，而朝这些曲线的右上面则示出断开区60。
最好是，TFS和熔片挽带(FT)都设计成能经得起相对很大的冲击(即在相对很短的时间内)。热熔片弹簧(TFS)被MOV加热，并能在较低的电流范围下(例如从图4的曲线54的点62附近至点65附近)测量的故障情况下断开MOV。FT能在按较大的电流范围(例如以图4的曲线56的点65附近至点68附近)测量的故障情况下断开MOV。单单FT是不足以防止MOV的灾难性失效。TFS通常断开失效的MOV。不过，在安装不正确的情况下，例如在可能在SPD的输入接线端上存在两倍的非正常超压时，则FT断开MOV。在相对高的故障电流的情况下，FT打开MOV比TFS打开MOV要快。这样，FT提高了SPD的AIC额定值。TFS和FT在超压(故障)的情况下共同提供MOV与动力源的协同断开。示例性的TFS、FTWSH和MOV的组合对宽范围的故障电流提供合适的断开。此外，它保持适当的冲击电流额定值，该额定值称为“冲击电流协作”。
参看图5A，一SPD70包括一示例性印刷电路板(PCB)72和按照本发明的一个MOV74、一个热熔片弹簧(TFS)76和一个带钎料孔的熔片挽带(FTWSH)78的组合。如同众所周知的那样，MOV74包括引线80、82，它们插入PCB72的各自的通孔84、86中。FTWSH78包括PCB铜挽带88、90和通孔92。通孔92位于MOV引线80和TFS的脚104之间。挽带88、90最好是未镀层的。
在PCB72的波焊中，通孔84、86、92都填以钎料，如通孔84中的钎料94和常用的通孔92中的钎料96(例如具有175℃左右至250℃左右之间的熔点)。这样，MOV引线80、82就电连接至PCB挽带上，例如通孔84的相对侧的铜挽带90、98上。还有，钎料96填满通孔92。钎料96被有利地用于在过电流情况下首先通过熔化，然后，通过加速FTWSH和PCB铜挽带88、90的一个或两个的断开(例如通过烧毁)而缩短FTWSH78的断开时间。例如，一250℃的钎料熔点促使有较长的断开时间，这是因为，要求有较大的MOV漏电电流去熔化钎料96并烧毁挽带88、90的一个或两个。175℃的钎料熔点则例如促使有较短的断开时间，这是因为，要求有较小的MOV漏电电流去熔化钎料96并烧毁挽带88、90的一个或两个。挽带88、90的烧毁最好包括两个部分(1)熔化铜挽带；以及(2)这些铜挽带产生电弧(打火)(arcing)。例如，起初冲击可能不能烧毁挽带，并且可能反被MOV箝压。接着，持续的电流能提供足够的能量，以同时熔化并产生铜挽带的产生电弧，从而导致MOV的断开。
在波焊工艺之前，TFS76在平面安装(回流)过程中被放置在PCB72上。最好在TFS76的脚部104、106采用可熔化的合金，诸如用100和102示出的合适的低温钎料，以便将TFS76保持在正常的伸展位置。这样，从PCB铜挽带108至钎料102、至TFS76的脚部106，并经过TFS至脚部104、至钎料100、至铜挽带88、至通孔92、至铜挽带90、至通孔84、至MOV引线80并从而至MOV74，建立一串联的电连接。
在SPD70正常运行时，经过TFS76、FTWSH78和MOV74的漏电电流按照几个A的数量级。在正常情况下，MOV74、FTWSH78和TFS76都没有显著的温升。不过，在非正常情况下，MOV74的温度升高。按照本发明，热断开的原理为使一个以100代表的可熔化的合金曝露于热源，也就是MOV74。用110代表的热经过MOV的腿80和铜挽带90、88传送(例如通过其熔化和产生电弧)，并经过FTWSH78的通孔92到达位于TFS76的脚部104的下面的低温钎料100。在示例性实施例中，一旦TFS脚部104的温度达到95℃左右(参看例如图12和13)，则钎料100充分软化或熔化，而TFS76的被朝相对的腿114偏压的腿112则如115所示向腿114移动。钎料100最好在80℃左右至120℃左右的温度充分软化或熔化。
为了处理比较高的冲击电流，FTWSH78必须有尽可能大的截面积，但是为了在适当短的时间内断开一失效的MOV，FTWSH78又必须有尽可能小的截面积，为了满足这些直接矛盾的要求，采用了TFS76和FTWSH78的组合。因此，对于此较小的故障电流和比较长的断电时间(例如图4的曲线54的以点62至点65的示例性范围)，TFS76断开。再有，这是SPD70的典型应用。另一种方案为，在非常罕见的情况下，在较大的故障电流时(例如图4的曲线56的从点65至点68的示例性范围)，TFS可能不够快，不足以及时而安全地断开MOV74，在此情况下，其形式为FTWSH78的示例性熔片挽带提供了附加的帮助。例如，如果传统的熔片挽带(例如如同由铜挽带88、90提供并简单地用串联电连接的那样，但是没有通孔92)有与示例性FTWSH78相同的冲击电流额定值，则FTWSH有一约为传统的熔片挽带的故障电流额定值的一半的故障电流额定值。在有相对很大的故障电流时(例如朝着图4的曲线56的右侧；由相对较小的动力源阻抗引起)，则只有FTWSH78断开MOV 74。
如图5B所示，另一SPD70’包括一示例性印刷电路板(PCB)72’和8个MOV74A-74H、示例性热熔片弹簧(TFS)76和8个FTWSH(如用于各自的MOV74A和74B的FTWSH78A和78B所示)的组合。MOV74A包括引线80A和82A，而MOV74B则包括两根引线(只示出一根引线80B)。FTWSH78A包括PCB铜挽带88A、90A和通孔92A，而FTWSH78B则包括PCB铜挽带88B、90B和通孔92B。通孔92A和92B定位成靠近各自的MOV引线80A和80B。示例性脚部104电连接至两个挽带88A、88B上。这样，TFS76包括4个TFS构件，每个构件都与两个单独的FTWSH和MOV的串联组合电连接，这两个FTWSH-MOV的串联组合则并联地电连接。
图6示出用于按照本发明的热熔片弹簧(TFS)的元件116。这种TFS的制造以按图6所示的切割一较薄的弹性导电金属薄板材料开始，该薄板材料适当地传导冲击电流。元件116包括一基体118和多个指状物120。在示例性实施例中，在相邻的指状物120之间有一中心距122。该距离122最好选择成与按6个计算的示例性的相邻MOV(未示出)之间的中心距匹配。
图7A-7C示出图6的热熔片弹簧(TFS)元件116在按顺序的制造步骤时的侧视图。TFS的弯曲按几个步骤实行。首先，如图7A所示，弯曲基体118和每个指状物120(只示出一个指状物120)。将基体118弯曲，形成一钩状的第一脚124。将指状物120弯曲三次，以形成一第一腿126、一上部128、一第二腿130和一钩状的第二脚130。其次，如图7B所示，将上部128弯曲，形成一弹簧构件并使脚部124、132彼此接触或几乎接触。第三，如图7C所示，沿方向134伸展腿130，以使脚部124、132适当地位移，以使将脚部钎焊至PCB上，例如图5A的PCB72上。
图8A和8B示出了各自的未伸展的和伸展的热熔片弹簧(TFS)136、138，它们按上面联系图6和7A-7C所讨论的方式形成。未伸展的TFS136的位置是在伸展的TFS138的位置钎焊至PCB(未示出)上以前的制造TFS的最后阶段。虽然示例性TFS138有用于6个MOV(例如MOV196、197、198)的6个指状物120(每个都被弯曲而形成一个腿130)。但是本发明可用于任何数目的并联的MOV(例如，不受限制，1、2、3-5、6或更多)。图6的元件116最好有适当的弹性，以便在断开伸展的TFS138的位置时，迅速拉回至未伸展的TFS136的位置，以便防止产生电弧。
在装配TFS136和钎焊TS138时，每个步骤最好考虑系统(MOV)冲击电流的要求、TFS故障电流的要求、热传导率、弹簧特性以及被保护的MOV的电特性和尺寸来选择。
参看图9和10，将图8A的TFS136装配至PCB139上的过程采用一诸如示例性伸展装置140这样的工具，它用于将图8B的伸展的TFS138装至PCB139上，并在平面安装(回流)低温钎焊过程中保持TFS在应有的位置上。TFS138在PCB139上的位置由伸展装置140上的两个柱142、144确定。PCB139上的孔146、148的尺寸和形状恰当地与各自的柱142、144的尺寸和形状匹配。孔146、148的位置以适当的精度规定了TFS138及其脚部在PCB139上的位置。这是非常重要的，因为这种脚部的位置确定了这些脚部的底面和这些脚部的下方的PCB垫149之间的低温钎料接头的特征。
TFS138的基体118靠近进入的接线端(例如SPD的相连接器)(未示出)以和电源(未示出)相连。TFS138的指状物侧，如同用脚132所示，与MOV的腿相邻(未示出)。在低温钎焊过程结束以后，PCB139就包括各个元件(未示出)，其中包括TFS138。接着，就从PCB139的底侧推柱142、144，并从PCB向上取下伸展装置140，以便以后使用。TFS138的基体的脚部124和脚部132(图8B)通过低温钎料(例如图5A的100、102)被适当地保持在PCB139的正确位置上。
如图9和10所示，伸展装置140包括一基体150，它具有第一和第二端152、154，第一和第二侧156、158和一在基体150上的长形开口160。作为一个示例性柱142的第一对齐构件固定第一端152上，作为一个示例性柱144的第二对齐构件则固定在第二端154上。第一和第二长弧形构件162、164分别固定在第一和第二侧156、158上。开口160用于接纳TFS136的弹簧构件128，而第一和第二长弧形构件162、164则用于夹持各自的钩状脚形构件132、124，弹簧构件的腿126、130则在该处展开，以便与PCB139接合。
虽然示例性伸展装置140是为具有6个用于6个MOV(未示出)的指状物120的TFS136设计的，但是本发明也可用于任何数目的用于并联的MOV的指状物(例如，不受限制，1、2、3-5、6或更多)。
图11A和11B示出了各自的未伸展的和伸展的热熔片弹簧(TFS)166和168，它在图11B的TFS168的两侧提供MOV如170、172、174、176的保护。TFS168包括一中间的基体部分178，它有合适的接头如一用于导电的紧固件或接线端(未示出)的中间开口180，以用于与一相接线端P电连接。TFS168还包括多个第一腿182和多个第二腿184。第一腿182分别与相应的熔片挽带186、188和冲击保护电路如MOV174、176电连接，该冲击保护电路与共同的地线G电连接。第二腿184分别与相应的熔片挽带190、192和冲击保护电路如MOV170、172电连接，该冲击保护电路与共同的中线N电连接。于是，示例性的双侧TFS168就适于各个相接地(P-G)和多个相接中线(P-N)的连接，因而提供一实用而经济的组件。
在此例子中，第一腿182、熔片挽带186和MOV174在示例性相接线端P与示例性地接线端G之间用串联电连接。同样，第二腿184、熔片挽带190和MOV170在示例性相接线端P与示例性地接线端N之间用串联电连接。三个接线端P、N、G也与合适的动力源和一个负载连接。
有五个不同的示例性阶段或情况，其中，示例性MOV如图8B的MOV196、197、188如下运行(1)正常情况，其中没有或有不大的电压扰动；(2)比较小的超压情况，其中，MOV有稳态的温度；(3)故障前情况，其中MOV有不断升高的温度；(4)故障情况；和(5)冲击情况。在正常情况发生时，有名义的系统电压，没有或有不太的电压扰动。因此，经过MOV的漏电电流是可忽略不计的，并且通常是按照几个A的数量级。
当MOV电压开始升高，超过名义的系统电压时，经过MOV的漏电电流也增加。图12示出MOV的漏电电流与超压的百分数的关系的曲线。MOV漏电电流作为非线性函数相对于超压改变。如图所示，当MOV电压升高，超过名义系统电压的170％左右时，产生相当大的漏电电流加大。
当MOV电压接近名义系统电压的170％左右时，漏电电流可增加到每个MOV一个或更多mA。这种漏电电流水平使MOV发热。图13示出稳态的MOV表面温度与MOV的漏电电流的关系的曲线。通过加大MOV电压，就产生较高水平的MOV漏电电流。如果该漏电电流保持比较恒定一足够的时间的，则由于漏电电流产生的热(例如I2R)和发散的热(例如通过对流与传导)成为相等，从而提供一例如在点194的特殊的稳态温度。同样，较低或较高的水平的受控制的漏电电流分别提供了较低或较高水平的稳态温度。尽管如此，如果漏电电流适当地小，则不会对MOV有损伤。
一个MOV在超过一定的温度时(例如超过85℃)改变电阻。因此，如果MOV的电压恒定，则MOV在其温度升高时传导越来越大的漏电电流。如果持续这种情况，则就导致MOV的“热击穿”。这个过程是不可逆的，并且对MOV的损伤是永久性的。如果一足够非正常的超电压维持一足够长的时间，则构成对MOV的永久性损伤，而MOV则进入故障前状况。另外，如果MOV的电压返回呈正常，则MOV可能仍然起作用，虽然特性有改变(例如较大的漏电电流)。易言之，MOV中的较大的漏电电流可以被描述成最大连续超压(MCOV)的减少值。这样，与一新的或未损伤的MOV相比，部分损伤的MOV在较低的超压的情况下开始传导相当数量的电流。例如，图12中所示的正常漏电电流在170％的超压时可能变成大好几倍。
图14示出非正常的MOV电压与时间的关系的曲线，其中，多个MOV如图8B的MOV196被TFS138的脚部132热烧毁，并被FTWSH200过电流烧毁。实质上是，当两倍超电压(即200％的名义系统电压)在0.0s时作用在MOV上时显示最坏的情况。作为概观，起初MOV超电压几个周期，并且尖峰电压略有降低。在此时段内，所有MOV都传导(几乎)相等的电流。图15示出经过所有MOV的全部电流。该初始时段称为“故障前”。下一阶段称为“故障”。几个MOV的一个是最弱的。在故障前的情况下，各MOV之间的小的初始区别越来越大。最弱的MOV的电阻是最小的，该特殊的MOV比其它MOV传导更多的电流。由于该MOV变得比较热，电阻进一步下降，流经MOV的电流水平越来越大。最弱的MOV本身又成为短路的，几乎全部电流都只流经该单一的MOV。
在此示出MOV的失效机理的例子中，一约为200％的名义电压的非正常超压作用在连至MOV196、197、198的相P连接和地G连接上，而这些MOV是并联的。在第一个9个周期202中，这些MOV在190％的名义电压(例如约300Vpeak)时被箝制。这是故障前的情况，它升高了MOV的温度。而三个示例性MOV中的最弱的MOV(例如MOV197)本身则短路，箝压下降至约200Vpeak。这是故障情况，它保持4个周期204。此后，失效的MOV197断开(例如通过TFWSH206和/或TFS腿208)，剩下的MOV(例如MOV196、198)只在190％的名义电压时箝制16个周期210，直至下一个最弱的MOV(例如MOV198)失效。当第二个MOV(例如MOV198)断开时(例如通过FTWSH214和/或TFS腿216)，第二故障情况持续2个周期212。下一个(在此例子中为最后一个)预故障情况为3个周期218，接在它后面的是第二个故障情况，作用第二个4个周期220。此时，第三个MOV(例如MOV196)断开(例如通过FTWSH200和/或TFS腿222)。因此，所有三个示例性MOV都断开，对于其余的周期224，电压回到约200％的名义电压(例如，在此例子中，约为240Vac×1.41＝约338Vpeak)。
图15示出对应于图14的超电压情况，MOV电流与时间的关系的曲线。流过短路的MOV的电流量主要取决于动力源的阻抗。例如，图15所示的最大故障电流约为几百安培。“故障”的持续时间取决几个情况，而最大故障电流则是最重要的。较大的故障电流迫使SPD电路以较快的速度破坏。作为概观，图15中的第一故障电流持续时间约为4个周期。图14的对应的4个周期示出电压降，在该“故障”期间，MOV短路。于是，在此4个周期以后，短路的MOV断开。在它后面接着的是下一个“故障前”周期，在此期间，剩下的MOV箝压几个周期。与第一个“故障前”周期相比，相应的电流较少，这是因为，剩下的MOV数目已经减少。于是，每次当另一MOV短路并断开时，“故障前”情况下的总电流越来越小，这是因为，更少的剩下的MOV并联地工作。“故障前”情况和“故障”条件可以互换(例如一个时序的故障前情况可以在后面跟以一个时序的故障情况，然后跟着第二时序的故障前情况，再跟着第二时序的故障情况，等等)，直至最后一个MOV断开。此时，非正常电压返回至全幅值，而电流则降至零(例如在图14和15中的0.6秒左右以后)。
如图15所示，该曲线包括9个周期226的故障前电流、4个周期228的故障电流、16个周期230的故障前电流、2个周期232的故障电流、3个周期234的故障前电流和4个周期236的故障电流。当所有三个示例性MOV196、197、198都被箝制时，故障前电流在开始的周期226中是最大的。后继的故障前电流周期230(两个MOV)和234(一个MOV)有逐步变小的故障前电流，这是因为，在电路中分别只有两个MOV和一个MOV。虽然故障前电流在任何剩下的未断开的MOV之间分担，但是任何故障电流(通常)只经过一个(短路的)MOV。
如上所述，MOV的失效过程的持续时间可能更短或实质上更长。这种失效取决于MOV超压/MCOV比，和并联的MOV数目。
图16示出故障前非正常MOV电压和相应的电流与时间的关系的曲线，其中，并联的MOV如图8B的MOV196被TFS138脚部132热熔化并被FTWSH200过电流熔化。这些电压和电流曲线来自图14的第一个9个故障前周期202(约0.0s至约0.04s)和图15的相应周期226的某处。电压用变形的正弦波示出。电压的峰值约为304V，而不是338V的非正常电压峰值(即120V×200％×1.41)。同时，峰尖电流比正常情况下的电流大几百万倍。
图17示出图16的超压情况下，相应的MOV电阻与时间的关系的曲线。在此例子中，绘出的电阻为几个MOV(例如MOV196、197、198)的并联电阻。因此，为了估计单个的MOV的电阻，绘出的电阻要乘以并联的MOV的数目。与传统的动力源阻抗相比，图17的“故障前”电阻是有重要意义的。因此，“故障前”电流受到MOV的并联的电阻的限制。
图18示出非正常MOV电压和相应的电流的故障情况与时间的关系的曲线，其中，MOV如图8B的MOV196被TFS138的脚部132热熔化并被FTWSH200过电流熔化。图18所示的持续时间对应于图14和15的0.14-0.20s左右。电压波形的峰值约为200V，而不是非正常电压的峰值，即338V左右。与此同时，经过MOV的峰尖电流约为400A。此外，如果动力源阻抗允许，此值可能要大几倍，在动力源中，较低的源阻抗引起较大的故障电流。因此，此时，MOV必须在其传导足够的能量以引起灾难性失效之前断开。如图18所示，电压的大小小于而电流的大小则远大于图14和15的故障前周期202和226的各自的电压和电流的大小。由于此电流只流经单个的(短路的)MOV，故由MOV产生的热量是相当大的。
图19源于图18的故障电压和故障电流，并示出单个的(短路的)MOV的电阻与时间的关系。MOV是一非线性元件，而MOV电阻在接近无限大与30∑左右之间变化。此电阻限制经过MOV的电流，使其小于5Arms。此电流加热MOV，所有并联的MOV的温度都升高，直至最弱的MOV短路。此时，MOV进入故障情况，短路的MOV则传导(几乎)所有得到的电流(图18)。如图19所示，短路的MOV的电阻仍然是非线性的，并在0.4∑左右至10∑左右的范围内变化。此电阻如图所示与电压有关，其大小可与公共的源阻抗相比(例如0.7∑)。如果源阻抗变小，则故障电流变大，而断开失效的MOV的时间必须变短。
按照本发明的SPD最好包括下列改进的灾难性失效保护(1)每个MOV有一与专用的熔片挽带(FTWSH)组合的专用的热熔片弹簧(TFS)；(2)TFS和FTWSH经受冲击电流的情况并具有适于允许冲击经过被保护的MOV的冲击电流额定值(3)TFS、FTWSH和MOV的组合按串联电连接；(4)在正常情况下，经过串联的TFS、FTWSH和MOV的漏电电流在几个A左右的范围内；(5)如果经过MOV的漏电电流加大呈约几个mA，则该情况为一导致失效的非正常情况(例如故障前情况)；(6)用于热断开装置或TFS的热由过热的MOV提供；和(7)FTWSH采用填以钎料(例如，不受限制，传统的钎料)的通孔，以在故障时缩短断开时间。
虽然图5A的MOV74和图5B的MOV74A-74B是在各自的熔片挽带78和78A-78B的一侧电连接的，但是本发明可用于其中MOV(例如74或74A)是在TFS和FTWSH的一侧电连接或在TFS76和PCB铜挽带(例如88或88A)元件串联的冲击保护装置。本发明进一步可用于这样的冲击保护装置，其中，FTWSH与一个输入接线端(例如相输入、地输入或中线输入)电连接，而TFS则与这些装置的另一输入接线端(例如地输入或中线输入，相输入)电连接。
虽然详细描述了本发明的特殊组合，但是，对于熟悉本技术的人应当认识到，可以根据本公开内容的一般教义对这些细节开发各种改进和替代物。因此，所公开的特殊布置的意图只是说明性的，并不限制本发明的在所附权利要求书中给出的全部范围和其所有相当物。
参考数字表2 冲击保护装置(SPD)电路4 传统的过电流熔片6 金属氧化物可变电阻(MOV) 8 MOV10 MOV 12 热断开(TCO)装置14 热断开(TCO)装置 16 传统的AC动力电路18 动力输入 20 相连接22 中线连接 24 地连接26 动力输入 28 相连接30 中线连接 32 地连接34 断路器或开关 36 SPD38 多个MOV 39 名义漏电电流40 熔片 41 名义系统电压42 第一故障前情况44 第一故障情况46 第二故障前情况48 第二故障情况50 第三故障前情况52 第三故障情况54 双对数曲线56 双对数曲线58 导电区60 断开区62 点65 点68 点70 SPD72 印刷电路板74 MOV76 热熔片弹簧78 带钎料孔的熔片挽带(TFS) (FTWSH)80 MOV引线 82 MOV引线84 PCB通孔 86 PCB通孔88 PCB铜挽带 90 PCB铜挽带92 PCB通孔 94 传统的钎料96 传统的钎料98 铜挽带100 低温钎料 102 低温钎料104 脚部 106 脚部108 PCB铜挽带 110 热112 腿114 相对的腿115 方向116 元件 118 基体120 指状物122 中心距124 第一脚 126 第一腿128 上部 130 第二腿132 第二脚 134 伸展方向136 未伸展的TFS的位置138 伸展的TFS的位置139 PCB 140 伸展装置142 粒 144 粒146 孔 148 孔149 铜PCB垫 150 基体152 第一端 154 第二端156 第一侧 158 第二侧160 开口 162 第一长弧形构件164 第二长弧形构件 166 未伸展的热熔片弹簧(TFS)168 伸展的热熔片弹簧(TFS)170 MOV172 MOV 174 MOV176 MOV177 MOV 178 导电的中间基体部分180 中间开口 182 导电的第一腿184 导电的第二腿 186 熔片挽带188 熔片挽带 190 熔片挽带192 熔片挽带 194 点196 MOV 197 MOV198 MOV 200 FTWSH202 第一个9个周期204 四个周期206 FTWSH208 TFS腿210 16个周期 212 2个周期214 FTWSH216 TFS腿218 3个周期 220 4个周期222 TFS腿224 剩下的周期226 故障前电流的9个周期 232 故障电流的4个周期230 故障前电流的16个周期 232 故障电流的2个周期234 故障前电流的3个周期 236 故障电流的4个周期
权利要求
1.用于供以来自动力源的至少一个电压(41)的负载的冲击保护装置(70)，它包括至少两个用于接收上述电压的接线端(P、G、N)；和多个冲击保护电路，每个上述冲击保护电路包括一热熔片弹簧(76)；至少一个用于箝压的装置(74)；和至少一个熔片挽带(78)，上述至少一个熔片挽带中的每一个对应于上述至少一个用于箝压的装置的一个；连同上述热熔片弹簧，至少上述一个熔片挽带中的一个和上述至少一个用于箝压的装置中的对应的一个在上述接线端之间用串联彼此电连接，以便在上述接线端之间形成一个至少串联的电联接；上述热熔片弹簧用于在上述至少一个用于箝压的装置的第一故障情况下在上述接线端之间断开上述至少一个串联的电连接，上述第一故障情况包括经过上述至少一个用于箝压的装置的一个第一持续时间的第一电流(62)；上述热熔片弹簧和上述至少一个热熔片挽带用于在上述至少一个用于箝压的装置的第二故障情况下协同断开上述接线端之间的上述至少一个串联的电连接的相应的一个，上述第二故障情况包括经过上述至少一个用于箝压的装置的一个第二持续时间的第二电流(65)；上述第二电流大于上述第一电流；以及上述第一持续时间长于上述第二持续时间。
2.如权利要求1的冲击保护装置，其特征为，热熔片弹簧包括一与上述接线端的一个电连接的第一弹簧构件(114)和一第二弹簧构件(112)；以及上述至少一个熔片挽带为具有一与上述第二弹簧构件电连接的输入和一输出的熔片挽带；以及上述用于箝压的装置有一与上述熔片挽带的输出电连接的第一引线(80)和一与上述接线端的另一个电连接的第二引线(82)。
3.如权利要求2的冲击保护装置，其特征为，上述至少一个用于箝压的装置包括一金属氧化物可变电阻(74)。
4.如权利要求1的冲击保护装置，其特征为，上述热熔片弹簧包括一与上述接线端的一个电连接的第一弹簧构件(114)和一第二弹簧构件(112)；以及上述至少一个熔片挽带为一对熔片挽带(78A、78B)，上述熔片挽带的每一个有一具有一与上述第二弹簧构件电连接的输入端和一输出端；以及上述用于箝压的装置为一对金属氧化物可变电阻(74A、74B)，上述金属氧化物可变电阻的每一个有一与上述熔片挽带的对应的一个的输出端电连接的第一引线(80A、80B)和一与上述接线端的另一个电连接的第二引线(82A)。
5.如权利要求1的冲击保护装置，其特征为，上述热熔片弹簧包括一与上述接线端的一个电连接的第一弹簧构件(114)和一第二弹簧构件(112)；以及上述用于箝压的装置为一金属氧化物可变电阻(74)，它具有与第一弹簧构件电连接的第一引线，和一第二引线；以及上述至少一个熔片挽带(78)为一具有与上述第二引线电连接的输入端和与上述接线端的另一个电连接的输出端的熔片挽带。
6.如权利要求1的冲击保护装置，其特征为，上述至少一个熔片挽带为一具有一与上述接线端的一个电连接的输入端和一输出端的熔片挽带(78)；以及上述用于箝压的装置为一金属氧化物可变电阻(74)，它具有与上述熔片挽带输出端电连接的第一引线，和一第二引线；以及上述热熔片弹簧包括一与上述第二引线电连接的第一弹簧构件和一与上述接线端的另一个电连接的第二弹簧构件。
7.如权利要求1的冲击保护装置，其特征为，上述热熔片弹簧、上述至少一个熔片挽带和上述至少一个用于箝压的装置的每一个都有一冲击电流额定值，每个上述冲击电流额定值大致是相同的。
8.如权利要求1的冲击保护装置，其特征为，上述至少一个熔片挽带是一熔片挽带(78)；以及上述至少一个串联的电连接是一串联的电连接；以及上述至少一个用于箝压的装置为一金属氧化物可变电阻(74)，它有一从其流过的漏电电流(39)；以及上述漏电电流在正常的运行情况下流经上述接线端之间的上述串联的电连接。
9.如权利要求1的冲击保护装置，其特征为，上述第一故障情况对应于上述至少一个用于箝压的装置的一个的第一失效；以及上述第二故障情况对应于上述至少一个用于箝压的装置的上述一个的第二失效；以及上述第一失效对应于上述动力源的第一阻抗，而上述第二失效对应于上述动力源的第二阻抗，上述第二阻抗小于第一阻抗。
10.如权利要求9的冲击保护装置，其特征为，上述冲击保护电路包括一印刷电路板(72)；以及上述至少一个熔片挽带为一在上述印刷电路板上的熔片挽带(78)；以及上述热熔片弹簧包括一第一弹簧构件(114)和一第二弹簧构件(112)，该第一弹簧构件与上述接线端的一个电连接，该第二弹簧构件钎焊至上述熔片挽带上并朝上述第一弹簧构件偏压；以及上述熔片挽带响应上述第二失效熔化和产生电弧，以便加热上述第二弹簧构件并从上述熔片挽带上松开上述第二弹簧构件。
11.如权利要求10的冲击保护装置，其特征为，上述热熔片弹簧的第一弹簧构件和第二弹簧构件各自用钎料(100、102)钎焊至上述印刷电路板上，该钎料有80℃左右至120℃左右的熔点。
12.如权利要求1的冲击保护装置，其特征为，上述至少一个用于箝压的装置从一个组中选取，该组包括金属氧化物可变电阻，齐纳二极管，和一硅雪崩二极管。
13.如权利要求1的冲击保护装置，其特征为，上述热熔片弹簧包括一与上述接线端的一个电连接的第一弹簧构件(114)和一第二弹簧构件(112)；以及上述至少一个熔片挽带包括一第一熔片挽带(78A)和一第二熔片挽带(78B)，该第一熔片挽带具有一第一输入端和一第一输出端，该第一输入端与上述热熔片弹簧的第二构件互相电连接，该第二熔片挽带具有一第二输入端和一第二输出端，该第二输入端与上述热熔片弹簧的第二构件互相电连接；以及上述至少一个用于箝压的装置包括一与第一输出端电连接的第一金属氧化物可变电阻(74A)和一与第二输出端电连接的第二金属氧化物可变电阻(74B)。
14.如权利要求1的冲击保护装置，其特征为，上述接线端包括一相输入端(P)和一地输入端(G)；以及上述冲击保护电路在上述相输入端和地输入端之间相互电连接。
15.如权利要求1的冲击保护装置，其特征为，上述至少一个用于箝压的装置为一金属氧化物可变电阻(74)，它在超压情况下具有灾难性的失效状态；以及上述至少一个熔片挽带为一熔片挽带(78)；以及上述热熔片弹簧和上述熔片挽带的每一个都有时间与电流之间的关系的特征，该特征与上述金属氧化物可变电阻的灾难性失效状态共同作用，以便在上述超压情况下使上述金属氧化物可变电阻与上述电压断开；以及上述热熔片弹簧和上述熔片挽带的至少一个在上述超压情况下使上述金属氧化物可变电阻与上述电压断开，以防止上述灾难性失效状态。
16.如权利要求15的冲击保护装置，其特征为，上述热熔片弹簧的时间与电流的关系的特征用于在流经上述金属氧化物可变电阻的第一故障电流(62)的情况下使上述金属氧化物可变电阻与上述电压断开；以及上述熔片挽带的时间与电流的关系的特征用于在流经上述金属氧化物可变电阻的第二故障电流(68)的情况下使上述金属氧化物可变电阻与上述电压断开，所述的第二故障电流大于所述的第一故障电流。
17.如权利要求1的冲击保护装置，其特征为，上述热熔片弹簧包含一个基体(118)和多个腿(126、130)，上述基体与上述接线端与上述腿中的一个电连接；以及上述至少一个熔片挽带包括多个熔片挽带(78A、78B)；以及至少一个用于箝压的装置包括多个用于箝压的装置(74A、74B)；和每个上述腿与对应的一对上述熔片挽带的一个和上述多个用于箝压的装置的一个电连接。
18.如权利要求2的冲击保护装置，其特征为，上述冲击保护电路包括一印刷电路板(72)；以及上述熔片挽带包括一在上述印刷电路板上的第一导电的挽带(88)、一在上述印刷电路板中的导电的通孔(92)和一在上述印刷电路板上的第二导电的挽带，上述第一导电的挽带(90)电连接至上述熔片挽带的输出端上并连至上述导电的通孔上，而上述第二导电的挽带则电连接至上述导电的通孔上并连至上述熔片挽带的输出端上；
19.如权利要求18的冲击保护装置，其特征为，上述熔片挽带的导电的通孔填以钎料(96)，以便在过电流的情况下缩短上述熔片挽带的断开时间。
20.如权利要求19的冲击保护装置，其特征为，上述钎料有一约175℃至约250℃之间的熔点。
21.如权利要求20的冲击保护装置，其特征为，上述至少一个用于箝压的装置有故障电流额定值；以及上述熔片挽带的故障电流额定值小于上述至少一个用于箝压的装置的故障电流额定值。
22.如权利要求1的冲击保护装置，其特征为，上述接线端包括一相输入端(P)、一中线输入端(N)和一地输入端(G)；以及上述至少一个用于箝压的装置包括多个在上述相输入端与上述中线输入端之间的第一金属氧化物可变电阻(170、172)，和多个在上述相输入端和上述地输入端之间的第二金属氧化物可变电阻(174、176)。
23.如权利要求22的冲击保护装置，其特征为，每个上述冲击保护电路为多个第一冲击保护电路和多个第二冲击保护电路，每个上述第一冲击保护电路并联地电连接，每个上述第二冲击保护电路并联地电连接；以及上述热熔片弹簧包括一基体(178)、多个第一腿(182)和多个第二腿(184)，上述基体与上述相输入端互相电连接，每个上述第一腿与相应的一对上述熔片挽带(186、188)相互电连接，每个上述第二腿与相应的一对上述熔片挽带(190、192)相互电连接。
24.如权利要求2的冲击保护装置，其特征为，上述冲击保护电路包括一印刷电路板(72)，它具有一与上述接线端的一个电连接的第一导体(108)和一与上述熔片挽带的输入端相互电连接的第二导体(88)；以及上述热熔片弹簧的第一弹簧构件(114)钎焊至上述印刷电路板的第一导体上，而上述热熔片弹簧的第二弹簧构件(112)则离开上述第一弹簧构件伸展，并钎焊至上述印刷电路板的第二导体上。
25.如权利要求24的冲击保护装置，其特征为，上述热熔片弹簧的第一和一第二弹簧构件(114、112)各自用钎料(102、100)钎焊至上述印刷电路板上，该钎料有一约80℃至约120℃的熔点。
26.如权利要求25的冲击保护装置，其特征为，上述印刷电路板包括一导电的通孔(92)，该通孔为上述熔片挽带(78)的一部分；以及上述导电的通孔填以具有约173℃至约250℃的熔点的钎料(86)，以便在过电流情况下缩短上述熔片挽带的断开时间。
27.如权利要求26的冲击保护装置，其特征为，上述热熔片弹簧和上述熔片挽带的每一个都有一时间与电流的关系的特征(54、56)，该特征与上述至少一个用于箝压的装置协作，以便在过电流情况下使上述至少一个用于箝压的装置与上述动力源的电压断开；以及上述热熔片弹簧的时间与电流的关系的特征(54)用于在流经上述用于箝压的装置的第一故障电流(62)的情况下使上述用于箝压的装置与上述电压断开；以及上述熔片挽带的时间与电流的关系的特征(56)用于在流经上述用于箝压的装置的第二故障电流(68)的情况下使上述用于箝压的装置与上述电压断开，上述第二故障电流大于上述第一故障电流。
28.一制造热熔片弹簧(136)的方法，它包括下列步骤切割弹性的导电材料(116)，以形成一基体(118)和多个指状物(120)；弯曲上述基体和上述指状物，以形成多个具有共同的基体(118)和多个独立的腿状元件(130)的热熔片弹簧(120)；伸展每个上述腿状元件，离开上述共同的基体；将上述共同的基体和上述伸展的腿状元件定位在上述印刷电路板(39)上；以及将上述共同的基体和上述伸展的腿状元件钎焊至上述印刷电路板上。
29.如权利要求28的方法，它进一步包括用低温钎料(100、102)将上述共同的基体和上述伸展的腿状元件钎焊至上述印刷电路板上。
30.如权利要求29的方法，它进一步包括采用具有约80℃至约120℃的熔点的上述低温钎料。
31.如权利要求30的方法，它进一步包括对每个上述伸展，定位和钎焊步骤采用一伸展装置(140)。
32.如权利要求31的方法，它进一步包括在上述定位步骤中，使上述印刷电路板与上述伸展装置接合。
33.如权利要求32的方法，它进一步包括在钎焊步骤以后，使上述伸展装置与上述印刷电路板脱开。
34.如权利要求31的方法，它进一步包括用上述伸展装置伸展上述热熔片弹簧元件；以及将上述热熔片弹簧元件和上述伸展装置放置在上述印刷电路板上。
35.如权利要求34的方法，它进一步包括采用一对在上述印刷电路板上的安装孔(146、148)；采用一对在上述伸展装置上的与上述安装孔对齐的柱(142、144)；以及将上述柱安装在上述安装孔中。
36.如权利要求35的方法，它进一步包括采用在上述印刷电路板上的导体(149)；以及采用上述柱与上述安装孔，以使上述热熔片弹簧元件的共同基体与伸展的腿状元件与上述印刷电路板上的导体对齐。
37.如权利要求34的方法，它进一步包括使上述热熔片弹簧元件的冲击电流要求和故障电流要求与上述金属氧化物可变电阻的冲击电流要求和故障电流要求发生联系。
38.一伸展装置(140)用于将至少一个热熔片(76、118)弹簧安装在一印刷电路板(139)上，上述热熔片弹簧包括一具有一对腿(112、114)的弹簧构件(128)，每个腿有一钩状的脚形构件(124、132)，上述伸展装置包括一基体(150)，它包括第一和第二端(152、154)、第一和第二侧(156、150)和一在上述基体上的长形开口(16)；一固定在上述基体的第一端上的第一对齐元件(142)；一固定在上述基体的第二端上的第二对齐元件(144)；一固定在上述基体的第一侧(156)上的第一长弧形构件(162)；和一固定在上述基体的第二侧(158)上的第二长弧形构件(164)，上述基体的开口用于接纳上述热熔片弹簧的弹簧构件(128)，上述第一和第二长弧形构件则用于夹持上述热熔片弹簧的钩状的脚形构件，弹簧构件的腿则从该处展开，以便与上述印刷电路板接合。
39.如权利要求38的伸展装置，其特征为，上述至少一个热熔片弹簧是多个热熔片弹簧；以及每个上述第一和第二长弧形构件用于夹持上述热熔片构件的多个钩状的脚形构件。
40.一冲击保护装置(70)，它用于供以来自动力源的电压的负载，上述冲击保护装置包括多个用于接收上述电压的接线端(P、G)；一印刷电路板(72)；和多个冲击保护电路，每个冲击保护电路包括一在上述印刷电路板上的热熔片弹簧(76)；用于箝压的装置(74)；一熔片挽带(78)，它在上述接线端之间与上述热熔片弹簧和上述用于箝压的装置按串联电连接，以便在上述接线端之间形成串联的电连接，上述熔片挽带包括至少一个在上述印刷电路板上的导电的挽带(88、90)，还包括一在上述印刷电路板中的导电的通孔(92)，并与上述至少一个导电的挽带电连接；以及上述热熔片弹簧用于在上述用于箝压的装置的第一故障情况下断开上述接线端之间的上述串联的电连接；以及上述热熔片弹簧和上述熔片挽带用于在上述用于箝压的装置的第二故障情况下断开上述接线端之间的上述串联的电连接。
41.如权利要求40的冲击保护装置，其特征为，上述导电的通孔填以具有约175℃至约250℃的熔点的钎料(96)，以便在过电流情况下缩短上述至少一个导电的熔片挽带的断开时间。
42.如权利要求41的冲击保护装置，其特征为，上述热熔片弹簧包括一与上述接线端的一个电连接的第一弹簧构件(114)和与上述熔片挽带的一个第二弹簧构件(112)，至少一个上述第一和第二弹簧构件用钎料(102、100)钎焊至上述印刷电路板上，该钎料有约80℃至约120℃的熔点。
43.如权利要求40的冲击保护装置，其特征为，上述熔片挽带的导电的通孔填以钎料(96)，以便在过电流条件下缩短上述至少一个导电的挽带的断开时间。
44.如权利要求40的冲击保护装置，其特征为，上述热熔片弹簧和上述熔片挽带在上述用于箝压的装置的预定的超电压情况下协同提供上述用于箝压的装置与上述动力源的上述电压的相配合的断开。
全文摘要
一冲击保护装置,它包括用于接收动力源电源(41)的接线端(P、G、N)和冲击保护电路,每个电路包括一热熔片弹簧(76)、一个或更多的金属氧化物可变电阻(MOV)(74、74A、74B)和一个和更多的与MOV对应的熔片挽带(78、78A、78B)。热熔片弹簧、一个熔片挽带和对应的一个MOV在接线端之间按串联电连接,以便在其间形成串联的电连接。热熔片弹簧用于在第一故障情况下断开接线端之间的串联的电连接,该故障情况包括第一电流(62)经过一个MOV第一持续时间。热熔片弹簧和每一个熔片挽带用于在第二故障情况下配合作用地断开接线端之间的串联的电连接,该故障情况包括以第二较短的持续时间经过一个MOV的第二较大的电流(65、68)。
文档编号H01C7/12GK1381935SQ0211686
公开日2002年11月27日 申请日期2002年4月16日 优先权日2001年4月16日
发明者D·克拉德尔, J·芬克, C·T·哈, M·班杜雷, M·加翰姆, A－C·蒙多萨 申请人:伊顿公司