一种高能多层间隙型电涌保护器的制作方法

本发明涉及电子器件领域，具体涉及一种高能多层间隙型电涌保护器。

背景技术：

电涌保护器是用于对间接雷电效应和直接雷电效应或其他瞬态过电压产生的电涌进行防护的电器。电涌保护器设置在被保护系统中，当系统中的线路上产生电涌时，电涌保护器动作，限制线路上的瞬态过电压并泄放电涌电流，保护系统中的各种电子和电气设备。

目前，被保护系统对电涌保护器在体积和性能方面提出了更高的需求：在小尺寸下实现高效的防雷性能，但是这会面临许多技术问题，例如，1)如何节约空间2)如何提高电气强度3)如何避免装配困难4)如何设置脱离机构5)如何提高机芯的牢固性。

因此，设计出一种尺寸小性能好的电涌保护器具有非常重要的意义。

技术实现要素：

为了克服现有电涌保护器尺寸和性能不能兼顾的问题，本发明提供一种高能多层间隙型电涌保护器，其通过设置具有多个放电间隙的放电隙机芯，不仅可以有效节省空间，还具有高效的防雷性能。本发明通过以下技术方案实现：

一种高能多层间隙型电涌保护器，包括相互连接的放电隙机芯和触发电路板，所述放电隙机芯设置有多个放电间隙。

进一步地，所述放电隙机芯包括：

第一支架，所述第一支架设置有多排相互平行的第一电极凹槽；

第二支架，所述第二支架设置有多根导电排针，所述第二支架还设置有多排相互平行的第二电极凹槽；

多个间隙电极，每个间隙电极的两端分别位于对应的第一电极凹槽和第二电极凹槽内，其中，一个放电间隙由相邻两个间隙电极构成；

第一机芯电极，所述第一机芯电极位于所述间隙电极上方且与最上面的一个间隙电极电连接，所述第一机芯电极作为所述放电隙机芯的第一机芯端子；

第二机芯电极，所述第二机芯电极位于所述间隙电极下方且与最下面的一个间隙电极电连接，所述第二机芯电极作为所述放电隙机芯的第二机芯端子；

所述最上面的间隙电极与最下面的间隙电极之间的间隙电极通过排针与触发电路板的一条触发电路电连接。

进一步地，所述排针与所述间隙电极接触的一端为弧形、螺旋形、波浪形、U形、W形或V形中的一种。

进一步地，所述排针和第二支架为一体结构。

进一步地，所述排针分两列设置在所述第二支架的边缘或中间。

进一步地，每相邻两排第一电极凹槽之间还设置有第一垫片凹槽，每相邻两排第二电极凹槽之间还设置有第二垫片凹槽，每个放电间隙的两个间隙电极之间还设置有绝缘垫片，所述绝缘垫片的两端分别位于对应的第一垫片凹槽和第二垫片凹槽内。

进一步地，所述绝缘垫片为环形。

进一步地，还包括脱离机构，所述脱离机构包括脱离片，所述脱离片的一端与所述放电隙机芯的第一机芯电极焊接连接，所述焊接点为脱离焊点，另一端作为所述高能多层间隙型电涌器的一个接线端子。

进一步地，所述第一机芯电极为复合电极，所述复合电极包括安装板和金属电极，所述金属电极位于所述间隙电极上方且与最上面的一个间隙电极电连接，所述安装板位于所述金属电极上表面，所述金属电极上表面设置有焊台，所述安装板设置有与所述焊台对应的窗口，所述脱离片通过所述窗口与所述焊台焊接连接。

进一步地，所述第一机芯电极通过螺钉或螺栓同时与第一支架和第二支架连接，所述第二机芯电极通过螺钉或螺栓同时与第一支架和第二支架连接。

本发明通过设置具有多个放电间隙的放电隙机芯，不仅可以有效节省空间，还具有高效的防雷性能；具体地，本发明采用支架排针一体结构，一方面节约空间，降低了排针装配难度，提高装配精度，另一方面通过支架绝缘隔离，提高电气强度；通过将排针与间隙电极连接的一端设置为弧形、螺旋形、波浪形、U形、W形或V形等形状，可以让排针时刻保持应力和弹力，在没有外力的情况下，排针也可以依靠自身弹力与间隙电极保持紧密接触，从而保证电涌保护器在使用过程中的可靠性，提高了防雷性能；采用设置脱离机构，可以在电涌保护器老化或内部电子器件损坏的情况下，当电涌保护器上的热量达到某一个值时，脱离机构及时动作，让电涌保护器安全脱离被保护的线路，可靠性高；另外，将第一机芯电极设置为复合电极结构，并在金属电极中设置焊台，一方面可以方便脱离片的焊接位置准确，焊接形状美观，另一方面可以使脱离片与放电隙机芯的连接更加可靠，也使电涌保护器的内部结构更加紧凑牢固。使用螺钉或螺栓紧固机芯，提高了机械强度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2(a)为第一支架的立体图，图2(b)为第一支架的主视图。

图3(a)为第二支架的立体图，图3(b)为第二支架的主视图。

图4(a)为第二支架中排针设置在支架边缘的结构示意图，图4(b)为第二支架中排针设置在支架中间的结构示意图

图5(a)、图5(b)、图5(c)是绝缘垫片的三种结构示意图。

图6(a)为第一机芯电极的安装板结构示意图，图6(b)为第一机芯电极的金属电极结构示意图，图6(c)为第一机芯电极的结构示意图。

图7为本发明的一种电路结构示意图。

图8图本发明的另一种电路结构示意图。

图9(a)-(d)为四种不同的触发电路。

图10(a)-(p)为十六种不同的间隙。

附图标记：1—放电隙机芯，2—触发电路板，3—脱离机构，101—第一支架，102—第二支架，103—间隙电极，104—第一机芯电极，105—第二机芯电极，301—脱离片，302—滑块，303—弹簧，1001—第一电极凹槽，1002—第一垫片凹槽，2001—排针，2002—第二电极凹槽，2003—第二垫片凹槽，4001—安装板，4002—金属电极，4003—焊台，4004—窗口，G—间隙，Z—触发电路，D—脱离器，RV—压敏电阻器，C—电容器，R—电阻器，V—气体放电管。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

如图1、图2和图3所示，本实施例提供一种高能多层间隙型电涌保护器，包括相互连接的放电隙机芯1和触发电路板2，其中，放电隙机芯1设置有多个放电间隙。实施本实施例时，可以将触发电路板2设置于放电隙机芯1的侧端，即放置在放电间隙边长最长方向的端面，这样可以减少对放电隙长边的距离影响，有利于增大间隙电极的面积，从而提高电涌保护器的通流性能。

具体地，本实施例中的放电隙机芯1包括：

第一支架101，所述第一支架101设置有多排相互平行的第一电极凹槽1001；

第二支架102，所述第二支架102设置有多根导电排针2001，第二支架102还设置有多排相互平行的第二电极凹槽2002；

多个间隙电极103，所述每个间隙电极103的两端分别位于对应的第一电极凹槽1001和第二电极凹槽2002内，其中，一个放电间隙由相邻两个间隙电极103构成；

第一机芯电极104，所述第一机芯电极104位于间隙电极103上方且与最上面的一个间隙电极103电连接，第一机芯电极104作为放电隙机芯1的第一机芯端子；

第二机芯电极105，所述第二机芯电极105位于间隙电极103下方且与最下面的一个间隙电极103电连接，第二机芯电极105作为所述放电隙机芯1的第二机芯端子；

其中，最上面的间隙电极与最下面的间隙电极之间的间隙电极通过排针2001与触发电路板2的一条触发电路电连接。

本实施例中，第一机芯端子和第二机芯端子分别作为所述高能多层间隙型电涌保护器的两个接线端子。

这里需要说明的是，间隙电极103可以为金属电极、合金电极或石墨电极，当间隙电极103为金属电极时，第一机芯电极104和第二机芯电极105可以分别作为最上面的间隙电极和最下面的间隙电极，当间隙电极103为石墨电极时，第一机芯电极104压装在最上面的间隙电极上表面，第二机芯电极105压装在最下面的间隙电极下表面；还需要说明的是，实际使用时，触发电路板2的触发电路条数少于间隙电极103的数量，优选方案是排针2001的数量等于触发电路条数且排针2001的数量比间隙电极103的数量少2，例如当间隙电极103为石墨电极时，石墨电极的数量为9个，则排针2001的数量为7个，触发电路的条数为7条，其中，排针2001不与第一电极104下面的间隙电极和第二电极105上面的间隙电极连接，具体地，一根排针2001对应一个位于最上面的间隙电极与最下面的间隙电极之间的间隙电极103和一条触发电路；另外，实施本实施例时，第二电极凹槽2002的数量与第一电极凹槽1001的数量可以设置得相等，间隙电极103的数量可以与电极凹槽的数量相等也可以小于电极凹槽的数量，用户根据实际需要选择合理的值。

本实施例中，第一支架101和第二支架102的材料可以是聚四氟乙烯、尼龙、聚碳酸脂、聚酰胺、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、塑料ABC、塑料AS、塑料PA、塑料PE、塑料PP、塑料PS。另外，触发电路板2通过排针2001与间隙电极103连接，由于第二支架102的隔离，一方面可以保证电气间隙距离，增大爬电距离，安全可靠，另一方面利于保证排针焊接尺寸和加工。

本实施例中，为了使排针2001时刻保持应力，可以将排针2001与间隙电极103接触的一端设置为弧形、螺旋形、波浪形、U形、W形或V形中的一种，这里需要说明的是，当排针2001与间隙电极103接触的一端为W型或V型时，W型或V型的尖端不到圆角；为了便于安装，加强第二支架102的整体性，可以将排针2001和第二支架102设置为一体结构，如注塑一体；为了保证排针2001具有良好的导电性能，可以将排针2001设置为金属排针，具体地，排针2001的材料可以为金、银、铜、铝、锌、钨、铁、镍、钢和金属合金，为了增强排针2001的弹力，排针2001的材料优选为铍铜、锡青铜或弹簧钢，另外，排针2001还可以进行镀镍、镀金、镀银和镀锡等表面处理。排针2001的横截面形状可以为圆形、菱形、长方形、正方形、三角形、椭圆形、腰形或多边形，也可以是圆环、菱形环、长方形环、正方形环、三角形环、椭圆形环、腰形环或多边形环，优选圆实芯线材和扁实芯线材。

具体实施本实施例时，排针2001可以单独设置成一列，也可以设置成两列或更多列，排针2001可以设置在第二支架102的任意位置，只需满足排针2001同时与间隙电极103和触发电路连通即可，其中，作为优选，如图4(a)所示，排针2001分两列设置在第二支架102的边缘两侧，这样的好处是利于排布触发电路的器件，保持排针2001的力学平衡，减少触发电路板的尺寸，作为另一种优选，如图4(b)所示，排针2001分两列设置在第二支架102的中间，这样的好处也是利于排布触发电路的器件，保持排针2001的力学平衡，减少触发电路板的尺寸。需要说明的是，排针2001可以设置在一个支架中，也可以设置在多个支架中。

本实施例中，每相邻两排第一电极凹槽1001之间还设置有第一垫片凹槽1002，每相邻两排第二电极凹槽2002之间还设置有第二垫片凹槽2003，每个放电间隙的两个间隙电极之间还设置有绝缘垫片，绝缘垫片的两端分别位于对应的第一垫片凹槽1002和第二垫片凹槽2003内，其中，绝缘垫片的形状为环形。

本实施例中，间隙电极103的横截面可以为圆形、菱形、长方形、正方形、三角形、椭圆形、腰型或其他多边形，厚度为1mm～8mm。作为优选，间隙电极103的横截面为圆形、腰形、长方形或正方形，厚度为1mm～3mm。作为另一种优选，将菱形、长方形、正方形、三角形、腰型或多边形去掉边角或做成圆角。作为再一种优选，将间隙电极103的横截面设置为不对称的界面图形。

本实施例中，绝缘垫片的形状可为圆环、菱形环、长方形环、正方形环、三角形环、椭圆形环、腰型环或其他多边形环。作为优选方案，绝缘垫片还可以设置成边缘实体不对称的环形形状，具体地，绝缘垫片的边缘设置了向外延伸的延伸部。作为优选，如图5(a)所示，环的外侧边为四边形，内侧边为多边形且边数大于4；作为优选，如图5(b)所示，环的外侧边和内侧边均为多边形；作为优选，如图5(c)所示，环的外侧边和内侧边均为多边形且所有尖角倒圆角；其中，设置成图5(a)—(c)所示结构，可以进一步增加石墨放电有效通流面积，从而提高多层间隙型电涌保护器的防雷性能。

本实施例中，绝缘垫片可由聚四氟乙烯、橡胶、尼龙、云母、陶瓷或杜邦纸中任意一种材料制成，绝缘环状垫片的厚度可为0.1mm～0.7mm，优选为0.2mm～0.5mm。作为一种优选方案是选择聚四氟乙烯垫片和杜邦纸垫片。

本实施例还包括脱离机构3，脱离机构3包括脱离片301，脱离片301的一端与放电隙机芯1的第一机芯电极104焊接连接，所述焊点为脱离焊点，另一端作为所述高能多层间隙型电涌器的一个接线端子。

具体实施时，可以将脱离机构3设置于放电隙机芯1的上方，将脱离结构3设置在放电隙机芯1的上方，一面方面更利于传热和装配，另一方面使电磁力的方向保持一致，在节约空间的同时提高电涌保护器的力学性能。

作为优选，本实施例中的脱离机构3还包括：

位于脱离片301与放电隙机芯1之间的滑块302；

一端与滑块302连接，另一端与放电隙机芯1焊接连接的弹簧303。

这里需要说明的是，本实施例中，在脱离机构3中添加力元件，即弹簧303，其作用是加速滑块302的运动，在脱离片301与放电隙机芯1之间设置滑块302，可以在焊点熔化后在脱离片301导体和第一电极104之间形成隔离，提供绝缘强度，防止电弧重燃。滑块302的材料可由聚四氟乙烯、橡胶、尼龙、云母、陶瓷或杜邦纸中任意一种材料制成。上述脱离机构3还可以与保险丝组合，也不限于是一个。

作为优选，如图6(a)、图6(b)和图6(c)所示，第一机芯电极104为复合电极，复合电极包括安装板4001和金属电极4002，金属电极4002位于间隙电极103上方且与最上面的一个间隙电极103电连接，安装板4001位于金属电极4002上表面，金属电极4002上表面设置有焊台4003，安装板4001设置有与焊台4003对应的窗口4004，脱离片301通过窗口4004与焊台4003焊接连接。

需要说明的是，脱离片301通过窗口4004可以直接与第一机芯电极104焊接连接，即第一机芯电极104可以不设置焊台4003，设置焊台4003后，可以进一步改善热量传输的路径和大小，加强脱离效果。

本实施例中，将第一机芯电极104设置为复合电极结构，一方面可以使装配更加方便，另一方面可以加强金属电极4002的力学性能，可以有效防止电极热冲击时产生变形。

实施本实施例时，将脱离片301的一端与金属电极4002焊接在一起时所用的焊料为焊锡丝和焊锡膏。焊料初次焊接后形成焊点。电涌超过配置的电涌保护器容量、电源系统异常、极端气候条件等，引起了电涌保护器失效，整个电涌保护器对外呈现低阻、甚至短路状态，那么被保护线路的电能会持续施加到电涌保护器两端，电涌保护器持续消耗电能，会引起发热或燃烧，从而使得安全性降低，最后会影响被保护线路的正常运行。串联脱离机构3后，可以在多层间隙保护电路因为放电间隙电阻减小或短路时出现电流过大或过热的情况下及时使脱离机构3所在的保护电路脱离被保护回路，从而提高电涌保护器的安全性能。当流过脱离机构3的电流过大或在脱离机构3上积累的热量过高时，脱离机构3的焊点熔化，焊点熔化后使脱离片30和第一机芯电极104形成一个空间间距，即脱离片301和第一机芯电极104从电连接变成断开，从而使电涌保护器脱离被保护回路，提高电涌保护器的可靠性。

为了防止放电隙机芯1松脱，本实施例中，第一电极104通过螺钉或螺栓同时与第一支架101和第二支架102连接，第二电极105通过螺钉或螺栓同时与第一支架101和第二支架102连接。具体实施时，与第一电极104连接的螺钉或螺栓不能和与第二电极105连接的螺钉或螺栓相接触，防止第一电极104与第二电极105短路，使用螺钉或螺栓连接方式利于在间隙放电时保持牢固。

具体实施本实施例时，将脱离片301没有焊接的一端作为高能多层间隙型电涌保护器的一个接线端子与被保护线路连接，第二电极105作为一个接线端子接地，被保护的线路可以是单相工频交流线路、三相工频交流线路、直流线路或信号线路。当被保护线路正常工作时，电涌保护器对外呈现高阻状态，不影响被保护线路的正常工作，当有尖峰电流或浪涌电流流经被保护线路时，电涌保护器的间隙被击穿导通为大电流提供泄流通道，从而避免电路元器件被烧毁，另外，当电涌保护器因为损坏或老化形成短路时，持续加载在电涌保护器上的电流流经脱离机构3与放电隙机芯1的焊接部分，当电能发热到达一定能量时，焊接部分熔断，使电涌保护器安全脱离被保护线路；另外，在焊接部分熔断后，弹簧303释放能量，带动滑块302运动至焊接处，进一步保证脱离片301与第一电极104断开，而且可以起到灭弧的作用。

实施例2

如图7所示，本实施例提供一种高能多层间隙型电涌保护模块的电路结构，所述电路用于实施例1提供的高能多层间隙型电涌保护器，包括一条设置有第一端子和第二端子的多层间隙保护电路，该多层间隙保护电路还包括：

n个间隙：依次串联在所述第一端子和第二端子之间；这里需要说明的是，本实施例中的间隙可以有多种形式，如气体放电管V、空气间隙G等，空气间隙G可以为石墨电极构成的间隙(简称石墨间隙)或金属电极构成的间隙(简称金属间隙)。某种意义上，气体放电管V也属于空气间隙，为了方便呈现和描述，图1中的间隙用空气间隙G表示，n个间隙即为G1-Gn，构成间隙的电极简称间隙电极；

n-1条触发电路Z1-Zn-1：每条触发电路的一端与所述第一端子或第二端子连接，另一端与所述n个间隙中对应的两个间隙的公共间隙电极连接，其中，每条触发电路的另一端与n个间隙中对应的两个间隙的公共间隙电极连接具体是指：第p条触发电路Zp的一端与第一端子或第二端子连接，另一端与第p个间隙和第p+1个间隙的公共间隙电极连接；另外，两个间隙的公共间隙电极是指两个间隙共同使用或是彼此电连接的间隙电极；

其中n≥2，p≥1，n＞p，且p和n均为整数。

本实施例中，第一端子和第二端子之间还串接有脱离器D，触发电路可以由阻容器构成，所述阻容器由电阻器R和电容器C并联。第一端子和第二端子分别作为所述高能多层间隙型电涌保护器的两个接线端子。

如图8所述，本实施例中，触发电路还可以由电容器C单独构成。

本实施例中的触发电路可以为图9所示四种触发电路中的任意一种，图9(a)为电容器C与电阻器R并联，图9(b)为电容器C，图9(c)为电阻器R，图9(d)为压敏电阻器RV。触发电路可以是以上器件的组合，还可以与空气间隙G或放电管的串联。具体实施时，阻容器中的电容器C的电容量为100PF～100nF，优选500PF～3nF，耐受电压为100V～10kV，电阻器R的电阻值为10kΩ～200MΩ，优选500kΩ～20MΩ，功率为1/8W～10W，且为了保证触发电路中被充入的电荷在雷电冲击的间隔时间内充分泄放，使用阻容器时，优选地，其RC的时间常数的3倍或4倍或5倍或6倍应小于两次雷击之间的间隔时间。所述电容器C的电容量为100PF～100nF，优选500PF～3nF，耐受电压为100V～10kV。

本实施例中，间隙可以为图10所示十六种间隙中的任意一种，其中图10(a)为两电极空气电间隙G，图10(b)为两电极空气间隙G与电阻器R串联，图10(c)为两电极空气间隙G与压敏电阻器RV串联，图10(d)为两电极空气间隙G与气体放电管V串联，图10(e)为两电极空气间隙G与两电极空气间隙G串联，图10(f)为两电极空气间隙G与电容器C并联，图10(g)为两电极空气间隙G与电阻器R并联，图10(h)为两电极空气间隙G与压敏电阻器RV并联，图10(i)为两电极空气间隙G与两电极气体放电管V并联，图10(j)为两电极气体放电管V，图10(k)为两电极气体放电管V与电阻器R串联，图10(l)两电极气体放电管V与压敏电阻器RV串联，图10(m)两电极气体放电管V与极气体放电管V，图10(n)为两电极气体放电管V与电容器C并联，图10(o)为两电极气体放电管V与电阻R并联，图10(p)为两电极气体放电管V与压敏电阻器RV并联。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。