高压保护模块的制作方法
【专利摘要】本发明涉及高压保护模块。一种高压保护模块能够包括具有两个腔和分隔所述腔的壁的壳体。所述壁能够具有导电元件能够通过其传递以电力地将输入端与输出端耦合起来的孔。所述导电元件能够被配置成响应于在所述输入端处的高压事件而中断或者与所述孔熔断。
【专利说明】高压保护模块
【技术领域】
[0001]本发明涉及高压保护模块。
【背景技术】
[0002]多年来已有用于将串行或并行设备结合到半刚性高频传输电缆系统中的许多方法。然而，这样的系统传统上已经具有许多与其相关联的缺点。
[0003]美国专利N0.1，843，583描述了用于冲出式熔断器(fuse)的金属电弧箱。然而，此类箱简单地包含冲出式熔断器当它在使熔断器内部的熔丝连接环烧断时排出时的爆炸并且不会控制电压，在所述电压下熔断器烧断或者甚至改变熔断器何时烧断的特性。这些箱基本上是用于当熔断器烧断时所生成的等离子体的电气“熔断器消音器”。
[0004]美国专利申请公开N0.2009/0296303描述了一种针对保护利用气体放电管的过电压保护插头。然而，一旦气体管着火这个插头就不会隔离待保护的电路。
[0005]美国专利申请公开N0.2012/0039010描述了一种用于保护电子电路不受过度电气浪涌(surge)的火花隙。所述器件基本上是印刷电路板(PCB)火花隙并且，与上面所提及的插头类似，不会使输入端与被保护电路隔离。并且，没有规定一旦它已启动就停止等离子体弧而且同时功率仍然被馈送到电路中。
[0006]因此，尚存对改进的保护电气电路和部件不受高压浪涌的需要。
【发明内容】
[0007]所公开工艺的实施例通常包括用于保护电子及电气电路和部件不受高压事件的潜在损坏效应的系统和设备。和常规带连接器的独立设备相比，依照所公开工艺的技术趋于为明显更经济的和紧凑的。并且，传输线路特性阻抗自针对元件插入而修改电缆系统起的中断可以被补偿到几乎不计的水平。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1图示了依照所公开工艺的特定实施例的包括高压保护模块的高压保护系统的第一实施例的示意图。
[0009]图2图示了图1中所图示的高压保护模块的顶视图。
[0010]图3图示了图1和2中所图示的高压保护模块的正交视图。
[0011]图4图示了依照所公开工艺的特定实施例的包括高压保护模块的高压保护系统的第二实施例的示意图。
[0012]图5图示了图4中所图示的高压保护模块的正交视图。
[0013]图6图示了依照所公开工艺的特定实施例的包括高压保护模块的高压保护系统的第三实施例的侧视图。
[0014]图7图示了图6中所图示的高压保护模块的顶视图。【具体实施方式】
[0015]图1图示了依照所公开工艺的特定实施例的包括高压保护模块108的高压保护系统的第一实施例的示意图100。图2和3分别图示了高压保护模块108的顶视图200和正交视图300。
[0016]在示例中，来自电压源102的未受控输入电压经由输入插口 104进入保护模块108，所述输入插口 104被附连到导电元件105，例如诸如AWG #50裸铜线之类的适合特性的细直径电线，并且通过使第一腔120与第二腔122分隔的金属板114中的孔115进行。例如，保护模块108的壳体可以为金属外壳，所述金属外壳被绑定到它正在保护的仪表上的机架，所述机架可以被绑定到接地。
[0017]导电元件105在不接触孔115的壁的情况下穿过孔115并且被至少基本上聚集在孔115的直径内。孔115的直径通常控制保护模块108通过使输入插口 104与输出插口110隔离来启动保护处于的点。一般而言，孔115的直径越小，将启动保护的电压越小。
[0018]保护激活处于的点可以通过导电元件105与金属板114中孔115的边缘之间的距离来控制。允许流过保护模块108的电流水平还可以通过孔115的直径、导电元件105的熔断特性或两者来控制。进一步地，可以通过关于导电元件105是否仍然存在于第一腔120与第二腔122之间的简单观察容易地验证保护模块108的激活。
[0019]当在输入插口 104处的输入电压是足够高的时，被抑制导电元件115可以形成电弧到分隔腔120和122的金属板114中的孔115的壁，从而使导电元件115熔化并且熔断到金属板114或者中断。这引起对地短路，并且因此，有效地使被保护输出插口 110与未受控输入插口 104断开连接。
[0020]如果无限期地在输入插口 104处维持高压，则形成电弧可以在第一腔120内部继续但将与第二腔122电力且机械地隔离，所述第二腔122的内部可以有利地维持到仪表的输入插口的电气连接。这个隔离因此保护例如实际上可能被暴露于高压输入损坏的任何一件电气或机电设备的输入电路不受可能仍然存在于保护模块108的输入插口 104处的高压过载。
[0021]在其中输入保护意在供高压“电弧放电”或“飞弧”事件使用的实施例中，可以添加阻抗112以便增加保护导电元件105中的浪涌电流，从而使得导电元件105能够熔化并且与金属板114熔断或者很快中断。这可以为电气设备例如仪表的输入电路在保护方面提供甚至更大增加。在特定实施例中，阻抗112可以被更准确地调谐成使导电元件105短路并且使其在更加精确的电压下熔断，以及从而允许分离板114中的孔115被不太准确地控制而且仍然满足针对高压输入保护的标准。在阻抗112中使用的器件可以包括“火花隙气体放电管”或适于在更高程度的电压保护准确性上完成这个任务的其他器件。这样的实施例可能导致电压的明显更准确控制进入设备以及因此基本上提高对正被保护模块的保护特性所利用的该件设备的保护。
[0022]应该注意的是，第一腔120通常不需要与保护模块108能够处理的最大输入电压成正比例地缩放。在其中保护被设置成在2，000伏下激活的实施例中，例如，即使输入电压上升到50，000伏第一腔120也可以持续形成电弧，因为弧等离子体将已经为它的放电电流建立了优选电流通路。第一腔120应该通常是足够坚固的，例如由钢代替铝制成，以便处理等离子体能量。并且，虽然外部电缆上的极端电压过载能够形成电弧到保护模块108它本身的外部，但是当电流将仍然被安全地导向接地时模块108将有利地保护仪器的输入端。
[0023]在特定实施例中，电气仪器或设备的输出端可以被给予与提供给仪器或设备的输入端相同类型和/或级别的保护。例如，设备的输出端可以被插入到保护模块108的被保护侧(例如，第二腔122)，并且输出端然后可以通过第一腔120的输入连接而被连接到应用。
[0024]图4图示了依照所公开工艺的特定实施例的包括高压保护模块408的高压保护系统的第二实施例的示意图400。图5图示了图4中所图示的高压保护模块408的正交视图400。
[0025]在示例中，保护模块408由例如铝或刚的金属箱构成，所述金属箱具有被金属板414分隔的第一内隔室420和第二内隔室422。金属板414可以包括具有被钻在其中并且各自具有用于特定实施方式的适当直径(例如，1/16英寸)的多个孔415A、415B以及415C的垂直安装的闪熔(flash)板。
[0026]金属板414中的孔415A、415B以及415C可以被配置成允许分别在输入插口 404A、404B以及404C处接收的传入信号分别在易熔导电元件或电线405A、405B以及405C上在第一隔室420与第二隔室422之间分别传递到输出插口 410A、410B以及410C。电线405A、405B以及405C通常分别直接穿过孔415A、415B以及415C，而不用与其接触除非特定事件，例如，在或者通过输入插口 404A、404B以及404C中的一个或多个的高压电弧事件发生了，从而使导电元件405A、405B以及405C中的任一个或全部分别熔化并且与孔415A、415B以及415C熔断,或者简单地中断。
[0027]输入插口 404A、404B以及404C和输出插口 410A、410B以及410C中的任一个或全部都可以为香蕉插口、香蕉插头或其组合，并且可以被彼此间隔开适当距离，例如％英寸。输出插口 410A、410B以及410C可以被配置以便直接地把插头插入诸如数字万用表之类的仪表，例如，或实际上可能受益于或者需要适当保护的任何一件电气或机电仪器。输入插口404A、404B以及404C以及输出插口 410A、410B以及410C中的任一个或全部都可以与箱绝缘并且能够经得起至少1，000伏DC，例如，或实际上优选或者有必要支持预定应用的任何电压。
[0028]图6图示了依照所公开工艺的特定实施例的包括高压保护模块608的高压保护系统的第三实施例的侧视图600。图7图示了图6中所图示的高压保护模块608的顶视图700。保护模块608与通过图4和5所图示的保护模块408类似，因为它包括具有被具有多个孔615A、615B以及615C的金属板614分隔的第一隔室620和第二隔室622的金属箱,导电元件605A、605B以及605C可以穿过所述多个孔615A、615B以及615C，从而提供多个输入插口 604A、604B以及604C中的每一个分别与输出插口 610A、610B以及610C之间的电气连接。
[0029]保护模块608不同于通过图4和5所图示的保护模块408，因为它进一步包括安装在第一隔室620内的第一印刷电路板(PCB) 621和安装在第二隔室622内的第二 PCB 623。第一PCB 621被分别电力地定位在输入插口 604A、604B以及604C与孔615A、615B以及615C之间，而第二 PCB 623被分别电力地定位在孔615A、615B以及615C与输出插口 610A、610B以及610C之间。
[0030]在特定实施例中，PCB 621和623中的任一个或两者都可以包括两层板，底层是实心接地平面，例如铜。焊接垫可以紧靠孔615A、615B以及615C中的每一个位于闪熔板614中以允许熔断器电线605A、605B以及605C被对齐，使得它们分别穿过孔615A、615B以及615C，而不用接触板614本身。许多其他适当的技术可以被采用来保持易熔元件。
[0031]在示例中，第一安装螺钉626A和626B被用来将第一 PCB 621分别固定到第一金属支座625A和625B，而第二安装螺钉628A、628B、628C以及628D被用来将第二 PCB 623分别固定到第二金属支座627A、627B、627C以及627D。第一金属支座625A以及625B和第二金属支座627A、627B、627C以及627D因此分别将第一 PCB 621和第二 PCB 623之间的电气连接提供给保护模块608内部的底部接地平面。
[0032]已经参考图示的实施例描述并且图示了本发明的原理，将了解的是，所图示的实施例在不背离此类原理的情况下可以在布置和细节上被修改，并且可以被以任何期望的方式组合。而且尽管上述讨论已集中于特定实施例，但是设想了其他配置。特别地，即使在本文中使用诸如“根据本发明的实施例”等等之类的表达，这些短语也不意在一般地参考实施例可能性，并且不旨在将本发明限制于特定实施例配置。如本文所用的那样，这些术语可以参考可结合到其他实施例中的相同的或不同的实施例。
[0033]因此，鉴于对本文中所描述的实施例的各式各样变更，这个具体描述和随附材料旨在仅仅为说明性的，并且不应该被视为限制本发明的范围。作为本发明所要求保护的东西因此是如可能落入以下权利要求及其等同物的范围和精神内的所有此类修改。
【权利要求】
1.一种高压保护模块，包括: 包括第一腔、第二腔以及分隔所述第一和第二腔的壁的壳体，所述壁包括通过其的第一孔 ； 延伸到所述第一腔中的第一输入端； 从所述第二腔延伸的第一输出端；以及 穿过所述第一孔并且将所述第一输入端与所述第一输出端耦合起来的第一导电元件，其中，所述第一导电元件被配置成响应于在所述第一输入端处的高压事件而在所述第一孔处中断或者与所述壁熔断。
2.根据权利要求1所述的高压保护模块，其中，所述壳体包括导电箱。
3.根据权利要求1所述的高压保护模块，其中，所述壁包括导电板。
4.根据权利要求1所述的高压保护模块，其中，所述第一输入端包括输入连接设备。
5.根据权利要求1所述的高压保护模块，其中，所述第一输出端包括输出连接设备。
6.根据权利要求1所述的高压保护模块，进一步包括: 通过所述壁的第二孔； 延伸到所述第一腔中的第二输入端； 从所述第二腔延伸的第二输出端；以及` 穿过所述第二孔并且将所述第二输入端与所述第二输出端耦合起来的第二导电元件，其中，所述第二导电元件被配置成响应于在所述第二输入端处的高压事件而在所述第二孔处中断或者与所述壁熔断。
7.根据权利要求6所述的高压保护模块，进一步包括被定位于所述第一腔内并且配置成提供所述第一和第二输入端中的每一个分别与所述第一和第二孔之间的电气连接的第一印刷电路板(PCB)。
8.根据权利要求7所述的高压保护模块，其中，所述第一PCB经由金属支座而被安装到所述壳体的接地平面。
9.根据权利要求7所述的高压保护模块，进一步包括被定位于所述第二腔内并且配置成提供所述第一和第二孔中的每一个分别与所述第一和第二输出端之间的电气连接的第二 PCB。
10.根据权利要求9所述的高压保护模块，其中，所述第一和第二PCB经由多个金属支座而被安装到所述壳体的接地平面。
11.根据权利要求1所述的高压保护模块，其中，所述高压事件包括具有被认为对正被所述保护模块保护的所述设备危险的电压电平的电压浪涌。
12.一种闻压保护系统，包括: 电压源； 待保护的电气设备；以及 高压保护模块，其包括: 壳体，其具有第一腔、第二腔以及分隔所述第一和第二腔的金属板，所述壁包括通过其的至少第一孔； 至少第一输入端，其延伸到所述壳体中并且被配置成从第一电压源接收第一输入电压；至少第一输出端，其从所述壳体延伸并且被配置成将所述第一输入电压输送到所述电气设备；以及 至少第一导电元件，其穿过所述第一孔并且将所述第一输入端与所述第一输出端耦合起来，其中，所述第一导电元件被配置成响应于在所述第一输入端处的高压事件而在所述第一孔处中断或者与所述金属板熔断。
13.根据权利要求12所述的高压保护系统，其中，所述电气设备包括电表。
14.根据权利要求13所述的高压保护系统，其中，所述电表包括数字万用表。
15.根据权利要求12所述的高压保护系统，其中，所述至少第一输出端将直接连接提供给所述电气设备。
16.根据权利要求12所述的高压保护系统，其中，所述高压保护模块进一步包括: 至少第二输入端，其延伸到所述壳体中并且被配置成从第二电压源接收第二输入电压； 至少第二输出端，其从所述壳体延伸并且被配置成将所述第二输入电压输送到所述电气设备；以及 至少第二导电元件，其穿过所述金属板中的第二孔并且将所述第二输入端与所述第二输出端耦合起来，其中，所述第二导电元件被配置成响应于在所述第一和第二输入端中的任一个或两者处的高压事件而在所述第二孔处中断或者与所述金属板熔断。
17.根据权利要求12所述的高压保护系统，其中，所述电气设备的输出端迅速穿过所述第二腔，并且进一步地其`中，所述输出端经由所述第一输入端连接到应用。
【文档编号】H01H85/04GK103871798SQ201310691458
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2012年12月17日
【发明者】J.C.吉邦斯 申请人:基思利仪器公司