专利名称：：瞬态电压浪涌抑制的制作方法
技术领域：
：本发明涉及瞬态电压浪涌抑制。
背景技术：
：目前，在工业型应用中，通常会利用内部包括抑制模块的配电盘来提供这样的保护。该抑制模块典型地包括金属氧化物变阻器(MOV)，其提供浪涌抑制功能。然而，在某些条件下，MOV上的涂层可能会燃烧和/或MOV可能撕裂，从而引起碎片冲出。为了提高针对这种问题的安全措施，典型的抑制模块包含一些类型的热断路器部件和专门的熔断部件，以便在MOV破裂之前断开。各个部件容纳在封罩中能够抵抗某种级别的内部爆炸和火焰。还可以包括附加的电子器件以指示是否已经发生热断路操作或熔断操作。目前已知将离散的部件组装在印刷电路板上，或利用某些机械结合方法(例如单独地连接或连接到母线条上)组装，然后利用适宜的封罩将组件封闭，该封罩可在某些非正常条件下发生的灾难性故障中防止部件的碎片冲出。此外，封罩还必须在非正常条件下部件燃烧时容纳火。这些因素要求相对昂贵的封罩，其在某些情况下可能被充填火焰/燃弧缓冲材料，例如砂子。已知封罩成本占整个模块的总成本的很大一部分。由于主要部件例如MOV、熔断器和热断路器都市单独的部件，因此采取专门的措施来确保这些部件的组合能够按要求工作。本发明将解决这个问题。
发明内容根据本发明，提供了一种集成式熔断装置，包括位于封罩中的变阻器、热熔断器和电流熔断器，所述封罩带有装置端子，其中，变阻器通过第一端子连接着热熔断器、通过第二端子连接着装置端子。在一个实施方式中，所述第一端子的导热率高于所述第二端子。在一个实施方式中，第一端子由铜制成，第二端子由钢制成。在另一个实施方式中，第二端子包括至少两个板。在一个实施方式中，第二端子的横截面面积小于2mm2。在一个实施方式中，第一端子的总横截面面积为至少10mm2。在另一个实施方式中，热熔断器包括至少一个熔断体，其具有可被持续过电压熔化的熔点。在一个实施方式中，所述或每个熔断体的直径在2mm至4mm的范围内。在一个实施方式中，每个热熔断体由焊料成分制成。在一个实施方式中，热熔断器被构造成还在规定条件下被用作过电流熔断器。在一个实施方式中，热熔断器包括绝热涂层，用于将向周围环境流动的热流限制在装置封罩内。在进一步的实施方式中，热熔断器穿过本体，所述本体围绕热熔断器施加向内压力。在一个实施方式中，本体由可变形材料制成。在一个实施方式中，热熔断器包括至少一个延伸通过本体的热熔断体。在另一个实施方式中，热熔断器包括两级，其中第一级具有围绕熔断体的封闭体，第二级具有熔断体，所述熔断体穿过向热元件施加向内压力的可变形本体。在一个实施方式中，热熔断器包括形状记忆金属，沿所述形状记忆金属的长度具有至少一个弯曲部。在一个实施方式中，第一和第二变阻器端子与变阻器电极形成一体，以提供机械和电连接。在一个实施方式中，变阻器电极具有靠近变阻器元件边缘的凹槽。在一个实施方式中，第二变阻器端子包括孔，所述孔被布置成使得第二变阻器端子还被用作电流熔断器。在一个实施方式中，电流熔断器从热熔断器延伸至装置端子。在另一个实施方式中，电流熔断器包括至少一段具有孔眼的导体。在进一步的实施方式中，电流熔断器在其端部之间被弯曲，从而所述导体的长度大于热熔断器和装置端子之间的距离。通过下面参照附图描述仅以示例方式给出的一些实施方式，本发明将会被更清楚地理解。在附图中图1是本发明的保护装置的外部透视图2是装置的内部部件的透视图和两个示意剖视图3是装置的变阻器堆的解透视图4是装置的示意图5是一组三个X射线图像以显示装置的操作；图6是一堆三个装置的典型应用配置的照片透视图；图7是一组温度与时间关系的曲线图；图8和9是显示替代性装置的视图io是替代性变阻器堆的透视图。具体实施例方式参看图1至4，一种保护装置1包括玻璃纤维管2和压接的铜端盖3。装置1被用于TVSS(瞬态电压浪涌抑制)领域。TVSS模块典型地见于诸如工厂和办公区等设施内的配电盘中。TVSS模块的目的是抑制由于闪电等时间导致的电源线中的电压瞬变，并且因此而保护与电源线相连的电子设备不受损坏。变阻器端子10连接着端盖3。端子10由0.4mm厚的钢制成，宽4mm，长20mm。端子10从三个变阻器并联形成的堆11延伸，所述堆将在后面参照图3详细描述。热熔断器包括由焊料材料制成的熔断体12，将熔断体12固定在铜变阻器端子20上的焊料17，和设在粘合剂17上的热熔性粘合剂18。热熔断体12为大约12mm长，并且具有3mm直径的圆形横截面。铜端子20的暴露长度为5mm，由0.8mm厚铜板制成，宽20mm。熔断体12通过覆盖连接部的(低熔点)焊料膏17而向铜端子20回流，焊料膏n被热熔性粘合剂is的涂层覆盖。熔断体12或者可以被直接焊接到铜端子20。连接着铜端子20的热熔断体12被覆盖在材料18中，以相对于周围填料提供一定级别的绝热能力。涂层18的目的是使得向填料泄露的热损失最小化。该填料是以这样的方式沉积的，即至少覆盖熔断体12和铜端子20上的焊料17。在这种实施方式中，涂层材料18是具有聚酰胺成分的热熔性粘合剂，填料为砂子。热熔断体12穿过弹性体塞子15。塞子由硅酮橡胶材料制成。塞子15中通孔16的松弛状态直径小于熔断体12的直径。它们因此施加压力于熔断体12上，特别是在熔断体软化时。在一个实施方式中，孔16被设置成具有0.8mm的直径。如图所示，有益的是塞子中的孔并不完全延伸穿过塞子。这样，可以在热熔断体12强制穿过塞子15剩余部分的位置处增大施加在热熔断体12上的压力。在一个实施方式中，塞子材料的剩余部分的厚度为0.4mm。塞子15的总体尺寸为16.3mm乘14mm(长度乘宽度)，且4.4mm厚。角部的半径为4mm。指示引线21从铜端子20穿过一个端盖3延伸出来。如果两个熔断器元件，即电流熔断器元件13和热熔断器12，均完整无损，则供电电压将提供到指示引线上。在任一熔断器元件被断开后，则指示引线上的电压被解除。这种通/断特征可以被用于警报指示的目的。电流熔断器13包括一对穿孔的铜段。所用金属或者可以是银。穿孔具有2mm直径。铜段的长度和穿孔尺寸被选择以适合于装置规格。管2中被回填砂子，砂子围绕着图2中所示的所有部件。特别参看图3，变阻器堆ll包括三个MOV元件25，每个具有电极26和一圈钝化部27。每个电极26延伸于钝化部27下面，但没有到达MOV元件25的边缘。铜端子20彼此相同。末端的端子10包括叠夹在MOV元件25之间的薄(0.4mm)钢板。从本图中可以看出热传导路径之间的非常大的差异，即端子10薄，而铜端子20具有大得多的横截面面积。另外，钢的导热率为大约16W/(M-K)，铜的导热率为大约400W/(M-K)。物理横截面面积(10:1)和导热率(25:1)的差距相组合，导致通向热熔断器12的热传导路径远大于通向端盖3的热传导路径。金属氧化物变阻器堆11抑制微秒级的瞬态(非常短时间的)过电压。在这种时间框架内，变阻器堆11吸收并耗散大部分的电能。然而，变阻器不被设计成抑制持续过电压，即在长时间内电压，例如120V交流，升高到240V交流的状况。对于MOV而言，所谓的长时间可以是几秒的级别。取决于持续过电压的程度和时间以及可用的短路电流，MOV11可能过热和引起火灾。持续过电压状况可以在安装任何电气设备的过程中出现，即连接到非正常的供电电压时。然而，即使是正确安装的设备，也可能出现持续过电压。在工业设施中，供电电压典型地以1、2或3相系统供应。最常见类型的可能导致持续过电压的事故为2或3相系统中"零线导体缺损"引起的冲击。如果不同相上的电负荷不被平衡并且零线缺损，则常规以120V操作的设备可能被供应电压在120V和240V之间。这样的状况可能不能使得断路器操作，因而这种状况会持续一段时间。其它状况也可能导致持续过电压。处于这一原因，浪涌抑制装置(SPD)要经受持续过电压状况，伴随着变化的短路状态，以模拟现场可能出现的状况。图4示出了三个方面的保护，艮卩变阻器堆11，用于瞬态浪涌；热熔断器12，用于持续过电压和短路(大电流)状况，以保护变阻器堆11;电流熔断器13，用于kA级超高电流。参看图5(a)至5(c)，三种非正常状态的X射线图像被如下显图5(a):10kA短路和异常过电压试验，热熔断体12无变化，电流熔断器13断开。图5(b):lkA短路和异常电压试验，电流熔断器13无变化，热熔断体12断开。图5(c):500A短路和异常过电压试验，电流熔断器13无变化。热熔断体12断开。管封罩能够在非正常状态下承受MOV和熔断器分裂。图6示出了如何安装一堆三个装置1。保护装置1将TVSS模块的基本功能集成到单一的工业标准封装中。抑制部件、热断路器和抑制熔断器容置于工业熔断器本体中。热断路器由热熔断器12、17、18实现。在设定的非正常状态下，MOV堆11发热。该热量会熔化熔断器12的焊料12和17。然而回填砂子用作散热器，并且MOV堆11的一端连接着装置本体的也被用作散热器的金属端盖3。由于砂子的作用，热熔性粘合剂18使得热熔断器12的热损耗最小化。此外，由于铜端子20的高导热性，热量会以远远更高的速度传递到热熔断器12、17、18。电流熔断器13被设计成在规定的非正常状态下在流过典型地〉1，000A的电流时断开。然而，由于需要整个装置1在IOOA和500A的试验点断开，而电流熔断器13需要能够承受高达40,000A的浪涌试验(8/20微秒)，因此会出现技术上的冲突。减小电流熔断器13的尺寸可以使得它在100/500A的电流级别断开，但不足以处理40kA的浪涌试验而不断开。热熔断器12对于典型地在100-1000A范围内的电流起作用。在IOOA-IOOOA试验中，MOV堆ll快速失效，并且不能产生足够的热量来熔化热熔断器，因而热熔断器需要在这些试验条件下自己产生热量来引起其断开。因此对热熔断器的要求存在冲突(a)必须在40kA浪涌试验中不失效，(b)必须在0.5A-5A极限电流试验中在小于7小时的时间内断开，和(c)必须在IOOA-IOOOA试验条件下自己断开。这些试验条件是由工业标准规定的。然而，通过组合热熔断器12的熔断体横截面面积、合金成分、MOV11端子金属成分以及弹性体塞子15，可以满足所有上述试验要求。弹性体塞子15有助于断开热熔断体12。塞子15中每个孔16的直径小于热熔断器12的熔断体的直径，因此，当热熔断器12受热并软化时，塞子15施加压力以有助于热熔断体断开。在一个实施方式中，热熔断体合金成分为比例为42.5%/37.7%/8.5%的铋/铅/镉，这是一种标准的低熔点焊料合金。参看图7，显示了MOV堆11中使用的不同金属组合的温度升高冲击。其目的是获得连接着热熔断器12的铜端子20中的最大温度升高值。MOV堆11是特定非正常状态下的热源。图7表明，在堆11的一端使用钢端子10有助于提高铜端子20的温度上升速度。下面的表展示了选定部件承受40kA(8/20微秒)瞬态脉冲状态而不流出的能力。<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>结果表明，装置1可在从0.5A直至2kA的规定试验条件以及40kA的峰值脉冲条件下操作。此外，进行了进一步的试验，确定了装置可根据设计在包括5kA、10kA和200kA的短路试验条件下操作。可以理解，本发明相对于现有技术而言提供的主要改进在于，将所有部件装于单一本体中。由于要求工业熔断器被构造成具有容纳体以便在故障条件下防止破裂和着火，因此在熔断器本体中包含附加浪涌抑制部件和热断路器是有利的。这样可以消除由最终使用者进行进一步封罩操作的需要。尽管一些封罩可能被采用以适合于最终用途，但其技术条件会被极大地简化。尽管在上述实施方式中电流熔断器元件先被连接到热熔断器、然后连接到MOV堆ll，但替代性连接方式/配置方式也可以被采用。由于MOV堆11的电极采用火焰加工的银材料，因此已发现银电流熔断器元件可被形成为MOV端子的以部分，并且在500-80(TC之间共同火焰加工，以使得MOV电极结合在MOV陶瓷材料上，并且进一步结合在银电流熔断器/端子上。这消除了焊接操作的需要，焊接操作可能导致漏电流从焊接操作所需的磁通泄露。此外，适宜的孔可以设置在端子10中，以形成唯一的或附加的电流熔断器13。这显示于图3中，以附图标记10(a)表示。熔断体和孔的配置根据具体技术要求以及熔断体作为是否电流熔断器13的替代或补充而选择。对于非常低的有限电流非正常条件，例如典型地0.5A，其中堆11中产生的热量不会显著超过热熔断体12的熔点，则硅酮橡胶15可以用作散热器，从而使得悍料熔断体12不熔化。然而，考虑到硅酮橡胶是适用于100A-1000A非正常区间的一项重要特征，因此需要采用替代性措施来解决低电流非正常条件的问题。一种替代性保护装置40显示于图8中。其包括端盖41和42，连接着变阻器堆44的端子43，第一热熔断体45，桥46，第二热熔断体47，和电流熔断器48。第一热熔断体45具有热熔性涂层/包裹体49，第二热熔断体47具有弹性体装置15。为了确保最小散热，第一焊料熔断体可以被涂覆低导热率材料，因而能够在低电流非正常条件下熔化。参看图9，在保护装置60中，第一热熔断体为形状记忆合金66。涂覆材料67允许形状记忆金属收縮。两端设有标准焊料连接部。形状记忆合金，例如镍钛合金，具有在室温下变形、并且在被加热室返回其初始形状的能力。对于这种应用，合金在一个实施方式中的初始形状为线圈，然后被变形或拉伸于桥46和变阻器堆44之间。与变阻器堆端子和桥46之间的连接部是通过焊料或导电性环氧树脂实现的。当在非正常条件下由变阻器堆发热时，连接部熔化或软化，形状记忆合金返回其初始形状，即本例中的线圈，其长度小于变阻器堆44和桥46之间的间隔。涂层材料67是这样的，即在受热时软化，以提供空间使得形状记忆合金可移动。参看图10，一种替代性端子设计100被现实。在与MOV元件101的边缘重合的位置处，端子的一部分104具有厚度减小部分105。其目的在于，在高电压浪涌状态下避免端子贴附在MOV元件的边缘上，这种贴附可能引起跨越MOV元件101的边缘产生电弧。在其它实施方式中，堆中MOV元件的数量可以不同，例如两个或仅有一个，而非三个。MOV堆的技术要求取决于整个装置的技术要求。本发明并不局限于所描述的实施方式，而是可以在结构和细节上做出改变。权利要求1、一种集成式熔断装置(1)，包括位于封罩(2)中的变阻器(11)、热熔断器(12，17，18)和电流熔断器(13)，所述封罩带有装置端子(3)，其中，变阻器通过第一端子(20)连接着热熔断器、通过第二端子连接着装置端子(10)。2、如权利要求1所述的集成式熔断装置，其中，所述第一端子(20)的导热率高于所述第二端子(10)。3、如权利要求2所述的集成式熔断装置，其中，第一端子(20)由铜制成，第二端子(10)由钢制成。4、如权利要求l、2或3所述的集成式熔断装置，其中，第二端子(10)包括至少两个板。5、如前面权利要求中任一所述的集成式熔断装置，其中，第二端子(10)的横截面面积小于2mm2。6、如前面权利要求中任一所述的集成式熔断装置，其中，第一端子(20)的总横截面面积为至少10mm2。7、如前面权利要求中任一所述的集成式熔断装置，其中，热熔断器包括至少一个熔断体(12)，其具有可被持续过电压熔化的熔点。8、如权利要求7所述的集成式熔断装置，其中，所述至少一个熔断体(12)的直径在2mm至4mm的范围内。9、如权利要求7或8所述的集成式熔断装置，其中，每个热熔断体(12)由焊料成分制成。10、如前面权利要求中任一所述的集成式熔断装置，其中，热熔断器(12，17,18)被构造成还在规定条件下被用作过电流熔断器。11、如前面权利要求中任一所述的集成式熔断装置，其中，热熔断器包括绝热涂层(18)，用于将向周围环境流动的热流限制在装置封罩内。12、如前面权利要求中任一所述的集成式熔断装置，其中，热熔断器穿过围绕热熔断器施加向内压力的本体(15)。13、如权利要求12所述的集成式熔断装置，其中，本体(15)由可变形材料制成。14、如权利要求13所述的集成式熔断装置，其中，热熔断器包括延伸通过本体(15)的至少一个热熔断体(12)。15、如权利要求12-14中任一所述的集成式熔断装置，其中，热熔断器包括两级，其中第一级具有围绕熔断体(12)的封闭体(18)，第二级具有熔断体(12)，所述熔断体穿过向热元件施加向内压力的可变形本体(15)。16、如前面权利要求中任一所述的集成式熔断装置，其中，热熔断器包括形状记忆金属(66)，沿所述形状记忆金属的长度具有至少一个弯曲部。17、如前面权利要求中任一所述的集成式熔断装置，其中，第一和第二变阻器端子(10，20)与变阻器电极形成一体，以提供机械和电连接。18、如权利要求17所述的集成式熔断装置，其中，变阻器电极具有靠近变阻器元件边缘的凹槽。19、如前面权利要求中任一所述的集成式熔断装置，其中，第二变阻器端子(10)包括孔(10(a))，所述孔被布置成使得第二变阻器端子还被用作电流熔断器。20、如前面权利要求中任一所述的集成式熔断装置，其中，电流熔断器(13)从热熔断器延伸至装置端子(3)。21、如前面权利要求中任一所述的集成式熔断装置，其中，电流熔断器(13)包括至少一段具有孔眼的导体。22、如权利要求21所述的集成式熔断装置，其中，电流熔断器(13)在其端部之间被弯曲，从而所述导体的长度大于热熔断器和装置端子(3)之间的距离。全文摘要一种集成式熔断装置(1)包括位于封罩(2)中的变阻器堆(11)、热熔断器(12)和电流熔断器(13)，封罩具有装置端子(3)。变阻器堆(11)通过铜端子(20)连接着热熔断器(12)、通过横截面面积小得多的钢端子(10)连接着装置端子(3)。连接着热熔断器(12)的由铜材料制成并且具有较大横截面面积的端子(20)的导热率高于连接着端盖(3)的钢端子(10)。热熔断器(12)包括多个熔断体，其具有可被持续过电压熔化的熔点，熔断体的直径在2mm至3mm的范围内。熔断体穿过弹性体塞子(15)，塞子向熔断体施加物理压力以有助于在持续过电压器件断开。围绕着热熔断器焊料(17)的热熔性材料(18)限制向回填砂子的热传导。文档编号H01H85/02GK101432837SQ200780015457公开日2009年5月13日申请日期2007年3月27日优先权日2006年3月28日发明者B·瓦拉斯奇克,J·福斯特,J·肯尼迪,M·欧多诺万,N·西格瓦尔德,N·麦克洛克林,T·诺瓦克申请人:爱尔兰力特保险丝有限公司