电信电路保护装置的制作方法

专利名称：电信电路保护装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电路保护装置，并且尤其涉及保护电信设备远离多种异常形态以及例如雷击浪涌和电力交叉等潜在的危险线路事件的电信保护装置，保护不针对指示相反设计策略的申请。
管理机构要求大多数与服务提供商的外线直接连接的电信设备使用保护措施以防止灾难性故障或火灾出现在面对异常线路的事件中，例如雷击浪涌或带高电压功率流(电力交叉)的无意线接触。一种典型的用于设备鉴定(例如在Telcordia GR 1089提出)的管理办法是使装置承受一连串的明确定义的过载仿真典型异常，这些规定的试验被分为两种强度；那些保护设备必须无功能损坏幸存的和那些在异常情况下可能故障只要不存在火灾或安全危险的。
为解决雷击浪涌和电力交叉故障用按该定义区分的在幸存和可控故障之间的线路设计保护电路要求一个在两种相抵触的方法之间的平衡。瞬时闪电是能引起非常高的在几千伏下的电流穿刺的短期高能量事件。电力交叉时间常常包括与携带600伏或更低的交流反馈接触并能长期存在。一种典型的用于保护防御这些多种故障的解决办法包括插入一个“暂耐”熔丝或PTC(正温度系数)装置与服务线的一根或两根流电线(一般指定为“尖端”和“环端”)串联并同一个晶闸管或其它电压箝位装置一起放置在每个熔丝/PTC的装备侧和接地点之间，从而提供一种箝制过电压于安全水平的快速响应手段。存在多种电路排列，但基本要求每个保护方案中有一个或多个暂耐熔丝/PTC。
为了适于本申请，熔丝/PTC装置须能无开口传导与雷击浪涌相关的瞬时高峰值电流至相关的电压箝位装置。这意味着熔断元件应具有足够高的I2t(允许能量通过)以排除其开口受到“可接受的”浪涌水平时导致不期望的设备故障。然而，当受到政府定义的低水平过流故障时熔丝也必须在一相关短路特定时间内足够响应至打开。符合该第二要求限定了熔丝的额定可允许电流，降低其大致成比例于熔断元件块数的I2t。这些相抵触的需求严格限制了熔丝的设计参数。

发明内容
本发明的目的之一在于在一定故障条件下有利地利用电路保护装置的电压嵌位组件产生的热量。特别的，本发明的目的之一在于使用材料特性、热力学原理和布置几何学来显著增强超过现有技术的保护性能，当设备受到在其关联的电压嵌位装置的抑制能力之内的雷击浪涌时，通过允许使用更强的熔断装置来更好的抵抗不良故障(undesirable clearing)，但超过调整极限值。由于本发明的各方面，当遭受低电流、电力交叉试验情况时，熔丝也保持在调整时间限制内的开口容量。
本发明的另一目的在于最大化必要保护电路组件的封装密度，以使装置有利的减少需要增加托管保护到通信设备的电路板面积(realestate)。
本发明的另一目的在于减少通信设备的组装成本，通过给装备制造厂提供一个保护解决模式，与“表面安装”制造技术兼容，且使用“挑选和放置”装置在一个周期内能被自动设置在电路板上。
本发明的这些和其它目的由一电路保护装置实现，其包括具有至少第一和第二温度响应电路保护装置的一壳体，例如一熔丝和一晶闸管置于其内，用于每条保护服务线路。一第一金属引线连接到第一和第二电路保护装置各自的第一端子，并被构造和安排成从第二电路保护装置传热到第一电路保护装置。一第二金属引线连接到第一装置的第二端子；一第三金属引线连接到第二装置的第二端子，第一、第二和第三金属引线从壳内伸出，第一金属引线预连接到保护装置，第二金属引线预连接到通信线路且第三金属引线预连接到一相配的电接地点。
参考相应附图本发明的其它特征和优点将在以下描述中更显见。


图1是本发明的一个电信电路保护器实施例的剖面局部正视图，为清楚起见移除了一部分，图示出本发明的某些特征。
图2是图1的电信电路保护器的剖面局部侧视图。
图3是图1和图2的电信电路保护器的间隔形成部分的前视图。
图4是示出图1和图2的电信电路保护器的引线形成部分的松弛形状的侧视图。
图5是示出图1和图2的电信保护器的端子排列的顶视图。
图6是图1和图2的电信电路保护器的电气示意图。
图7是示出图1和图2的可选实施例中互连电信保护器的端子排列的顶视图。
图8是可选实施例中电信电路保护器的电气示意图。
具体实施例方式
所有电气组件使用时都释放一定热量。在使用熔丝或PTC时，这种热量对其正常功能是致命的且为本发明的焦点。当足够的电流通过熔丝连接或PTC时，由内产生的热量能克服从其连接末端和其表面到其周围的损耗，且其元件温度能达到其熔融/高阻抗点，打开该熔丝或驱动该PTC至其限电流模式。
半导体装置，例如晶闸管，在其导通时也释放热量。消耗的功率是其前部压降和通过它的电流的产物。大多数产生的热量经由装置的焊接头消散，少部分维持在其表面。不同于熔丝，过大的温度攀升会削弱半导体的正常功能。设备接头的温度须维持在低于其出厂规定的最大值。依照本发明，通过物理位置和热力学，这两个电连接设备的热性质被结合以影响共生，可使装置具有超过现有技术的显著提高的保护特性。
图1-4示出电信电路保护装置的一种典型实施例，以说明本发明的某些特征。该实施例示出用于送到电信装置的服务线的两根电线的保护装置，包括耐浪涌熔丝(F)和电压箝位装置，如晶闸管(T)，作为用于每条电线的温度响应电路保护装置。然而应当意识到，如果只有服务线的一条电线需要保护，可能采用只用一根熔丝和一个晶闸管的实施例。相反地，当需要保护多于一条服务线时，可能使用超过两根熔丝和两个晶闸管。在这种情况下，多条线路的保护器可能接在一个共用接地端，或装于分开的接地端点。
每个耐浪涌熔丝(F)被垂直放置，因而其低盖经由一根小横截面的引线(LL)与保护设备的主电路板(B)连接以减小热损耗。这样有助于故障情况下产生的内热通过对流移至熔丝的上部并产生有利的温度梯度。每根熔丝的上部在垂直方向紧密连接一个晶闸管(T)，通过在其上端和熔丝的上顶之间焊接的方式，且依靠一个绝缘导热的调整(S)间隔件其有益的厚度(图3所示最佳)，其上印制一块可焊的导电板(K)，使之位于其低端与熔丝(F)的壁之间。
一根宽金属条作为引线(L)被安装到每根熔丝(F)的顶上并与顶连接，晶闸管(T)的上边引线用焊料连接到该熔丝(F)且产生高温焊接。每根引线(L)折向下近80度，并以如下方式形成在其底部向内偏移时靠着晶闸管的细顶部在刚超过半导体接头的点(J)。当装入由导电弹性可变形金属制成的起到片弹簧作用的每根引线(L)时，由出口点(W)处的压力预载，这样在(J)处形成一个紧密的热连接。图4示出引线(L)在其松弛形态。尽管图示的热连接实际上是机械的，但应当注意到接口(facilitator)具有高热传导性，例如复合散热片，可能应用于(J)处以在晶闸管的接头与熔丝的上顶之间提供更有效的热途径。宽条(L)的热聚集使其起到用作晶闸管接头的暂时散热片的作用，因此有利于延伸需要驱动小装置的接头温度的时间，在故障情况下超过其允许的最大值。使每根引线(L)的底部为小横截面并以以下方式形成其作为电气连接，减小到那里的热传导同时，将与其相连的熔丝(F)的上顶和与其相连的晶闸管(T)之间的接头连接至主电路板(B)的设备侧线路。这种形成方式可能是“鸥翼形(gull wing)”、“J引线”，或其它某些有利于将装置连到电路板(B)的形状。
晶闸管(T)的低引线用高温焊料连到一块在绝缘间隔件(S)上的导电印刷板(K)，即依次序为，经由一根具小横截面的下引线(G)电连接至主电路板(B)上的接地点。这样，尽管印刷板(K)只通过一根引线，两个晶闸管都连接到接地点。一个壳(C)，具有围绕整个结构的平顶部表面，以减小传递至周围环境的热量并为在一个放置周期内自动“挑选和放置”保护装置提供有利的手段。
自然地，引线(L)、(LL)和(G)分别在端子1，3，4，6和5处终止，如图5所示。直观地，端子3和4可用“尖端(TIP)”表示电信保护装置的输入和输出端，且端子1和6可用“环(RING)”表示输入和输出端。
如图6所示，熔丝、晶闸管和引线相互电连接。正常操作状况下，流过熔丝的信号电流适当的低于其可容容量，且当没出现过压时相连的晶闸管保持在不导通状态。这种状况下熔丝内产生的热量将容易通过连接该设备至主电路板的引线消耗掉。
当要求用于各电线的电绝缘接地点时，使用该电路保护器的地方希望提供单独的接地连接，这样可能被晶闸管一个与另一个电绝缘影响，通过有利地在间隔件(S)上分离该印刷板(K)并提供晶闸管单独的下引线(G)。图7示出该实施例端子的物理位置且图8为其电气示意图。
低电流时，电力交叉线故障(例如2.2安培)，熔丝元件的温度攀升超过时间(如前所述)直到清零。与常见的相比较，提供五种机械装置加速该温度提升，类似电气保护电路由离散元件构成。
第一种机械装置是在热绝缘里的增加，由用小横截面积的引线连接获得，而不是由焊接单个表面安装组件至相应大小的衬垫上其上由一个主电路板或特殊电路层产生的热聚集获得。
第二种机械装置金属性地完成主热量散播路径，从晶闸管(T)的接头经由其内部连接引线连接结构，至其相连的熔丝(F)的上顶并因此无阻碍地至其相连(F)内部元件的顶部。该完整的金属路径确保热传递被最大化。
第三种机械装置通过用宽金属条近似把在晶闸管(T)壳的顶面出现的附加热量贯注在相连熔丝(F)的上部，并承载相对晶闸管(T)的壳的顶端的强烈压力，且焊接至熔丝(F)上顶的结合块和晶闸管(T)的上引线。该热传导连接间隔件(S)通过将在晶闸管(T)的低端子出现的热量同时直接传送到相连熔丝(F)主体的上部来完成辅助功能。
第四种机械装置能够安装熔丝(F)在一垂直平面上，从而熔丝(F)主体内的热对流和熔丝(F)上顶处出现的高热聚集促使内热产生朝向熔丝(F)上部的移动。使用时在保护装置上的设备应被垂直导向安装，从而水平地确定熔丝的方向，前面提及的热对流效应将无效，但有利的温度梯度由焊接到熔丝(F)上顶的金属的聚集热块提供，即使熔丝(F)在水平面上，也将持续吸收热量。
最后，通过堵住气流流过任意一个热电路，壳(C)的存在提供更多的热保持力。另外，壳的尺寸这样设计以使电路保护器的高度最小化，且该区域通常称作“实态”将占满印刷电路板。壳的尺寸这样设计，当装置集成在壳内时，使其低边缘相对其相连的晶闸管(T)向内弯曲每根引线(L)，以此保证紧密的热连接。
总的来说，所示这些热管理机械装置可通过升到70％降低典型的熔丝清除次数在低过电流水平。在最小电力交叉测试条件下的该加速清除允许使用更恰当比率的熔丝，其具有更高I2t能量和允许通过容量。这样，当保护装置承受高电流/持续短路时，依次提供超过现有技术的残存性，如雷击浪涌的脉冲，导致保护解决方案具有响应特性，其超过用于两种严格测试水平的两种故障情况下的调整最小需求值。
遭遇持续短路时，高峰值电流故障情况，由宽下引线提供的附加热聚集在瞬时事情时将热量从晶闸管(T)接头处退离，并随后通过其缩小的下连接处和主电路板将其释放。另外，在这种情况下熔丝(F)的主体作为热缓冲，允许其和金属下引线和间隔件(S)协作，以减弱相连晶闸管(T)内的温度攀升，相连晶闸管(T)的个别热聚集低。这种形式的故障下，在晶闸管(T)上消耗注入电路输入的冲击能量的显著部分。由于不当散热其连接处应过热，故障可能产生，使该保护装置要么无法操作要么易受并发闪电的攻击。本发明聚集单个保护电路的大多数热量，并使他们紧密配合，这样在这种“快瞬时”事情时他们一致反应以抑制半导体的最高温度。
现有技术设计通常限制保护电路解决方案，包括离散的、连续的放置元件在装置的主印刷电路板上，或要求的电路用连接脚类似放置在小、“标准尺寸的”电路卡或层上，设计为SIP(单内嵌包)的装置要求手插入，“通过洞”型安装。作为比较，此处描述的电信保护装置，依照本发明的某些特征，最容易设为DIP(双重内嵌包)，使其易与标准、“表面安装”、“挑选和放置”和“红外回流”焊接技术兼容。该兼容性允许安装要求最小板空间的SMT(表面安装技术)保护电路，且单独放置周期导致显著的损耗补偿和电路板“实态”补偿。
尽管本发明被参考其特殊实施例描述，对本领域技术人员来说一些其他的变化和改动以及其他应用是显而易见的。例如，可采用不同形式的电压箝位元件，且PTC可被用于代替熔丝。其他物理构造也可被用于布置保护电路组件，以取得期望的有利热相互作用，这样产生一种超越现有技术的提高的保护电路响应。更进一步，如注释，可在一个公共外壳内配置多个线电路保护器。在这种情况下，通过延伸连接间隔件穿过他们，多个电路保护器可能公用一个公共接地端子，或每个可有自己的接地端。因此优选的是，本发明不被限制在其精确公开的内容内，而仅由权利要求限定。
权利要求
1.一种电信电路保护装置，包括一壳体；置于所述壳体内的至少一第一温度响应电路保护装置；至少一置于所述置于壳内的第二温度响应电路保护装置；一第一金属引线，其连接到第一和第二电路保护装置各自的第一端子，并且构造和布置成第一金属引线以从一电路保护装置传热到另一电路保护装置；一第二金属引线，其连接到所述第一装置的第二端子；且一第三金属引线，其连接到第二装置的第二端子，第一、第二和第三金属引线从所述置于壳体延伸。
2.如权利要求1所述的电信电路保护装置，其中第一电路保护装置为一熔丝。
3.如权利要求2所述的电信电路保护装置，其中该熔丝是一耐浪涌熔丝。
4.如权利要求1所述的电信电路保护装置，其中第一电路保护装置是一正温度系数保护器。
5.如权利要求1所述的电信电路保护装置，其中第二电路保护装置是一电压嵌位装置。
6.如权利要求5所述的电信电路保护装置，其中该电压嵌位装置是一晶闸管。
7.如权利要求1所述的电信电路保护装置，其中第一引线放在第一和第二装置上面，且连接到第一和第二装置各自的上部端子，第一引线被安排成其靠着第一装置以形成高度地导热连接。
8.如权利要求7所述的电信电路保护装置，其中第一引线由导热弹性可变形材料制成，且其向下朝着第二装置形成的部分向下折约80度，使第一引线对第二装置的顶部施加一弹簧加载的力以形成一机械维持的紧密热连接。
9.如权利要求1所述的电信电路保护装置，其中从所述壳体延伸的第一、第二和第三金属引线部分具有减小的横截面积，且形成并制成可焊的以用作到一外电路的表面安装装置的连接点。
10.一种电信电路保护装置，包括一壳体；置于所述壳体内的至少第一、第二、第三和第四温度响应电路保护装置；一第一金属引线，其连接到第一和第二电路保护装置各自的第一端子，并且第一金属引线被构造和安排成在第二电路保护装置与第一电路保护装置之间传热；一第二金属引线，其连接到第三和第四电路保护装置各自的第一端子，并且第二金属引线被构造和安排成在第四电路保护装置与第三电路保护装置之间传热；第三和第四金属引线连接到第一和第三电路保护装置各自的第二端子；一第五金属引线，其连接到第二和第四电路保护装置各自的第二端子；第一、第二、第三、第四和第五金属引线从所述壳体延伸。
11.如权利要求10所述的电信电路保护装置，其中第一和第三电路保护装置是熔丝。
12.如权利要求11所述的电信电路保护装置，其中该熔丝是耐浪涌熔丝。
13.如权利要求10所述的电信电路保护装置，其中第一和第三电路保护装置是正温度系数保护器。
14.如权利要求10所述的电信电路保护装置，其中第二和第四电路保护装置是电压箝位装置。
15.如权利要求14所述的电信电路保护装置，其中该电压箝位装置是晶闸管。
16.如权利要求10所述的电信电路保护装置，其中第一引线放在第一和第二装置上面，且连接到第一和第二装置各自的上部端子，第一引线被安排成靠着第二装置以形成一机械维持的紧密热连接，且其中第二引线放在第三和第四装置上面，且连接到第三和第四装置各自的上部端子，第二引线被安排成靠着第四装置以形成一机械维持的紧密热连接。
17.如权利要求16所述的电信电路保护装置，其中第一引线以其向下的部分向下折约80度，以使其组装时靠着第二装置，以形成一机械维持的紧密热连接，且第二引线折以其垂直部向下折约80度以使其组装时靠着第四装置，以形成一机械维持的紧密热连接。
18.如权利要求10所述的电信电路保护装置，其中从壳体延伸的第一、第二、第三、第四和第五金属引线具有减小的横截面积，且从壳体延伸的第一、第二、第三、第四和第五金属引线形成并制成可焊的以用作至一外电路的表面安装装置的连接点。
19.一种电信电路保护装置，包括一壳体；置于壳体内的至少第一、第二、第三和第四温度响应电路保护装置；一第一金属引线，其连接到第一和第二电路保护装置各自的第一端子，并被构造和安排成在第二电路保护装置与第一电路保护装置之间传热；一第二金属引线，其连接到第三和第四电路保护装置各自的第一端子，并被构造和安排成在第四电路保护装置与第三电路保护装置之间传热；连接到第一和第三电路保护装置各自的第二端子的第三和第四金属引线；连接到第二电路保护装置的第二端子的第五金属引线；连接到第四电路保护装置的第二端子的第六金属引线；从所述壳体延伸的第一、第二、第三、第四、第五和第六金属引线。
20.一种电信电路保护装置，包括一壳体；置于所述壳体壳内的第一熔丝和连到第一熔丝的一第一温度响应电压箝位装置；一第一引线放在第一熔丝和第一温度响应电压箝位装置上，并连到该熔丝和第一温度响应电压箝位装置各自的上部端子，第一引线沿第一温度响应电压箝位装置的一边向下延伸并靠着第一温度响应电压箝位装置的一边以形成一机械维持的紧密热连接；一第二引线连到第一熔丝的第二端子；置于所述壳体壳内的第二熔丝和连到第二熔丝的一第二温度响应温度箝位装置；一第三引线放在第二熔丝和第二温度响应电压箝位装置上，并连到第二熔丝和第二温度响应电压箝位装置各自的上部端子，第三引线沿第二温度响应电压箝位装置的一边向下延伸并靠着第二温度响应电压箝位装置的一边以形成一机械维持的紧密热连接；其上有导热印刷板的一绝缘导热间隔件置于第一温度响应电压箝位装置的一低端子和第二温度响应电压箝位装置的一低端子之间，这样间隔件以该间隔件的一端连接到其中一个低端子，并且间隔件以该间隔件的另一端连到其它低端子；一第四引线连到第二熔丝的一第二端子；且一第五引线连到绝缘间隔件上的印刷板，第一、第二、第三、第四和第五金属引线具有从壳体延伸的末梢。
21.如权利要求20所述的电信电路保护装置，其中从壳体延伸的第一、第二、第三、第四和第五金属引线部分具有减小的横截面积，且形成并制成可焊的以用作至一外电路的表面安装装置的连接点。
22.一种电信电路保护装置，包括一壳体；置于所述壳体内的第一熔丝和连到第一熔丝的一第一温度响应电压箝位装置；一第一引线，其放在第一熔丝和第一温度响应电压箝位装置上并连到该熔丝和第一温度响应电压箝位装置各自的上部端子，第一引线沿第一温度响应电压箝位装置的一边向下延伸并靠着第一温度响应电压箝位装置的一边以形成一机械维持的紧密热连接；一第二引线连到第一熔丝的第二端子；置于所述壳体内的第二熔丝和连到第二熔丝的一第二温度响应温度箝位装置；一第三引线，其放在第二熔丝和第二温度响应电压箝位装置上并连到第二熔丝和第二温度响应电压箝位装置各自的上部端子，第三引线沿第二温度响应电压箝位装置向下延伸并靠着第二温度响应电压箝位装置的一边以形成一机械维持的紧密热连接；其上有第一和第二电绝缘导热印刷板的一绝缘导热间隔件置于第一第二温度响应电压箝位装置之间，以使第一导热板电连接到第一温度响应电压箝位装置的一低端子，且第二导热板电连接到第二温度响应电压箝位装置的一低端子；一第四引线连到第二熔丝的一第二端子；一第五引线连到绝缘间隔件上的第一导热板且一第六引线连到绝缘间隔件上的第二导热板，第一、第二、第三、第四和第五金属引线具有从所述壳体延伸的末梢。
23.如权利要求22所述的电信电路保护装置，其中从所述壳体延伸的第一、第二、第三、第四、第五和第六金属引线部分具有减小的横截面积，且形成并制成可焊的以用作至一外电路的的表面安装装置连接点。
全文摘要
一种电信电路保护装置包括具有至少第一和第二温度响应电路保护装置的一壳体，例如一熔丝和一晶闸管置于其内。一第一金属引线连接到第一和第二电路保护装置各自的第一端子，并被构造和安排成在第二电路保护装置和第一电路保护装置之间自由传热。一第二金属引线连接到第一装置的第二端子；且一第三金属引线连接到第二装置的第二端子，第一、第二和第三金属引线从壳内伸出。更有利的是，第一、第二和第三金属引线从壳内伸出的部分具有减小的横截面积以减少装置的热损耗，且形成并制成可焊的用作表面安装装置至一外电路的连接点。为保护多条服务线路，每条都提供一个电路保护器。这样，多个电路保护器可有利地配置在一个共用壳体内并具有公共的或单独的接地端。
文档编号H02H9/06GK1802781SQ200480015605
公开日2006年7月12日 申请日期2004年6月4日 优先权日2003年6月4日
发明者R·希林 申请人:贝尔保险丝公司