專利名稱：包括熱熔片彈簧、熔片挽帶和箝壓裝置的沖擊保護裝置的制作方法
技術領域：
本發明的背景背景信息對于保護負載防止電壓供應中的沖擊，已經知道有各種裝置和布置。一般地說，采用了兩種方法串聯保護和并聯保護。在串聯保護中，用一高阻抗與負載串聯，以在沖擊時中斷或限制沖擊電流。在并聯保護中，用一低阻抗旁路分流沖擊電流。本發明提供并聯保護。
已經知道，用箝壓裝置和消弧(crowbar)裝置提供并行的沖擊保護。箝壓裝置箝制負載兩端的電壓，使之到一規定的水平。常用類型的箝壓裝置包括金屬氧化物可變電阻(MOV)、齊納二極管和硅雪崩二極管。如果單獨用于提供并行的保護，則例如一MOV必須有一超過名義供應電壓的箝壓，以使最大的連續運行電壓(MCOV)大于名義供應電壓。已知的消弧裝置包括氣體放電管和可控硅。這些裝置通常有一高的阻抗，并在供應電壓中的沖擊超過在氣體放電管的情況下的氣體擊穿電壓時，或是高到足以致動一觸發電路以接通可控硅時，切換至低阻抗。


圖1示出原有的沖擊保護裝置(SPD)電路，其中，采用了失效的MOV的熱斷開。SPD2包括一傳統的過電流熔片4、三個MOV 6、8、10和兩個熱斷開(TCO)裝置12、14。SPD2用在一常用的AC動力電路16中，該電路包括一具有相連接20、中線連接22和地線連接24的動力輸入部分18和一具有相連接28、中線連接30和地線連接32的動力輸出部分26。通常在SPD2的上游采用一斷路器或一熔片，以防SPD的致命失效。例如，在相輸入連接20與相輸出連接28之間串聯地電連接一斷路器或開關34。
現有方案有幾個缺點。首先，反應時間比較長。TCO 12、14的金屬外殼被由MOV 6、8、10產生的熱加熱，而從MOV至TCO的傳熱是由經過空氣的輻射提供的。由于空氣和MOV涂層是絕熱體，對于TCO來說，在SPD 2的非正常條件下需要時間去斷開與MOV的連接。第二，TCO 12、14的沖擊電流額定值也是一個限制因素。一個TCO通常只適用一個MOV。第三，主要的缺點為費用，因為一個TCO比相應的被保護的MOV貴很多倍。為了改進費用比，已經知道，采用多個并聯連接的MOV組合與單個的TCO組合。不過，在該情況下，TCO并沒有相當于并聯連接的MOV的沖擊電流容量。
圖2示出一包括多個MOV 38的SPD36，該MOV用并聯電連接。每個MOV38用串聯與相應的一個熔片40電連接以便提供單獨的過電流保護。每個熔片40意圖用于在相應的MOV 38失效并且流經熔片的電流超其電流額定值時打開電路。不過，在相應熔片40的沖擊額定值超過MOV的沖擊電流額定值的情況下該電流額定值可能不適于防止相應的MOV38上的著火。例如，在一個或更多的MOV38的災難性失效的情況下，SPD36，也許還有受保護的負載(未示出)可能受到由于著火和/或爆炸的重大損傷。由于各種原因，可能產生MOV的(品質)破壞，它可能導致SPD的這種災難性失效。雖然這很少發生，但是終端用戶必須受到保護。
沖擊額定值較高的SPD通常有多個并聯的MOV，以便分擔沖擊電流。MOV的失效是極其少的，但是當它發生時，它就是災難性的。這種失效的原因最經常的是由于非正常的超壓(例如達到約200％的名義電壓)或沖擊。
對于在SPD中的MOV的熔斷，有幾個已知的建議。例如，在一印刷電路板(PCB)上采用一熔片挽帶(FT)(fuse trace)銅導體，與單個的MOV串聯，或每個相采用過電流保護(例如，標準的RK5熔片，熔片電阻，中斷熔片，TCO，熱熔片，沖擊熔片)。不過，這種熔片挽帶只能在沖擊電流在一定水平以下時才起作用。例如，已知的熔片挽帶不能處理比較大的沖擊(例如大于約6.5kA)，并且在故障情況(例如小于約10A的故障電流)下仍然適于斷開與一失效的MOV的連接。這對熔片挽帶設計提出兩個相反的要求。首先，為了處理比較大的沖擊電流，熔片挽帶必須有一盡可能大的截面積。其次，為了在一較短的時間內斷開一失效的MOV，熔片挽帶必須有盡可能小的截面積。只有過電流保護是不足以滿足這兩個要求的。
近來，MOV的沖擊額定值不斷增加至一較高的水平。例如，幾年以前，20mm的MOV額定為6.5kA左右以下(8×20S標準波形)。現在20mm的MOV額定為約18kA以下的沖擊電流。
美國專利NO.4862134公開了一種電熔片，它包括一焊在或粘在單獨的觸點表面上的可熔化的導體。
美國專利№6067216公開了一種電路布置，它用于保護一電氣部分，使其不受非所希望的電勢。該電路布置包括一保護元件，例如一二極管、可變電阻或可控硅，與電氣部分并聯。當響應一不允許的電壓沖擊而產生保護動作時，象平面式安裝的二極管這樣的保護元件受到擊穿并變成短路，該短路使熔片在其后立即打開。還有，安裝二極管的釬料由于二極管的加熱而成為液體。一對分開的釬焊墊用于二極管的一個接頭，它產生比用于二極管的其它接頭的未分開的釬焊墊快的溫升。
美國專利№5600295和5896080公開了用于電路基片和印刷電路板的熱熔片。
SPD中的熔斷可以是內部的或外部的(例如在SPD殼內，或SPD殼外的斷路器或熔片)。
需要改進沖擊保護裝置中的熔斷功能。
本發明的概況一沖擊保護裝置包括多個箝壓裝置如MOV，它伴有熱熔片彈簧和熔片挽帶(fuse trace)。這三個部分最好在MOV(故障前的)漏電電流、MOV故障電流和MOV沖擊電流的額定值方面協調，以用于在一定的失效情況如超壓或沖擊下安全斷開MOV。
作為本發明的一個方面，用于供以至少一個來自動力源的電壓的負載的沖擊保護裝置包括至少兩個用于接收電壓的接線端；以及多個沖擊保護電路，每個沖擊保護電路包括一熱熔片彈簧，至少一個用于箝壓的裝置，以及至少一個熔片挽帶，至少一個熔片挽帶中的每一個對應于至少一個用于箝壓的裝置的一個，連同熱熔片彈簧，至少一個熔片挽帶中的一個和至少一個用于箝壓的裝置的對應的一個在接線端之間彼此串聯電連接，以便在接線端之間形成至少一個串聯的電連接，而熱熔片彈簧則用于在至少一個用于箝壓的裝置的第一故障情況下斷開接線端之間的至少一個串聯的電連接，該第一故障情況包括第一電流經過至少一個用于箝壓的裝置的一個第一持續時間，而熱熔片彈簧和至少一個熔片挽帶則用于在至少一個用于箝壓的裝置的第二故障情況下協同斷開接線端之間的至少一個串聯的電連接的相應的一個，該第二故障情況包括第二電流經過至少一個用于箝壓的裝置的一個一第二持續時間，而第二電流則大于第一電流，第一持續時間則長于第二持續時間。
至少一個用于箝壓的裝置可以是一金屬氧化物可變電阻，它在超壓條件下具有災難性失效狀態，而至少一個熔片挽帶可能是一熔片挽帶。每個熱熔片彈簧和熔片挽帶有一時間與電流的關系的特征，該特征與金屬氧化物可變電阻的災難性失效狀態配合作用，以便在超壓的情況下使金屬氧化物可變電阻與電壓斷開。至少一個熱熔片彈簧和熔片挽帶將金屬氧化物可變電阻和電壓隔開以便能阻止過壓時的災難性失效狀態。
沖擊保護電路可以包括一印刷電路板。熔片挽帶可包括一在印刷電路板上的第一導電的挽帶、一在印刷電路板中的導電的通孔和一在印刷電路板上的第二導電的挽帶，第一導電的挽帶用電連至熔片挽帶的輸入端上并連至導電的通孔上，而第二導電的挽帶則用電連至導電的通孔上并連至熔片挽帶的輸出端上。
熔片挽帶的導電的通孔最好填以釬料，以便在過電流的情況下縮短熔片挽帶的斷開時間。釬料可具有175℃左右至250℃左右之間的熔點。
沖擊保護電路也可以包括一印刷電路板，它具有第一與一個接線端電連接的第一導體和一與熔片挽帶的輸入端電連接的第二導體。熱熔片彈簧的第一彈簧構件可以釬焊至印刷電路板的第一導體上，而熱熔片彈簧的第二彈簧構件則可從第一彈簧構件展離并釬焊至印刷電路板的第二導體上。
熱熔片彈簧的第一和第二彈簧構件最好各自用釬料釬焊至印刷電路板上，該釬料有一80℃左右至120℃左右的熔點。
作為本發明的另一方面，制造熱熔片彈簧的方法包括切割一彈性導電材料，以形成一基體和多個指狀物；彎曲基體與指狀物，以形成多個熱熔片彈簧元件，該元件具有共同的基體和多個獨立的腿狀元件；從共同的基體展離每個腿狀元件；在一個印刷電路板上定位共同的基體和展開的腿狀的元件；以及將共同的基體與展開的腿狀元件釬焊至印刷電路板上。
作為本發明的又一方面，在將至少一個熱熔片彈簧安裝在一印刷電路板上時，采用一伸展裝置。熱熔片彈簧包括一具有一對腿的彈簧構件，每個腿有一鉤狀的腳形構件。伸展裝置包括一基體，它包括第一和第二端、第一和第二側和一在基體上的長形開口；一固定在基體的第一端上的第一對齊構件；一固定在基體的第二端上的第二對齊構件；一固定在基體的第一側上的第一長弧形構件；以及一固定在基體的第二側上的第二長弧形構件，而基體上的開口則用于接納熱熔片彈簧構件；第一和第二長弧形構件則用于夾持熱熔片彈簧的鉤狀的腳形構件，彈簧構件的腿則在該處展開，以便與印刷電路板接合。
作為本發明的另一方面，用于供以來自動力源的電壓的負載的沖擊保護裝置包括多個用于接收電壓的接線端；一印刷電路板；以及多個沖擊保護電路，每個沖擊保護電路包括一在印刷電路板上的熱熔片彈簧、用于箝壓的裝置、一用電與熱熔片彈簧互相串聯熔片挽帶，以及在接線端之間的用于箝壓的裝置，以便在接線端之間形成串聯的電連接，熔片挽帶包括至少一個印刷電路板上的導電的挽帶并且還包括一印刷電路板中的導電的通孔，該通孔與至少一個導電的挽帶電連接，熱熔片彈簧用于在用于箝壓的裝置的第一故障的情況下斷開接線端之間的串聯的電連接，而熱熔片彈簧和熔片挽帶則用于在用于箝壓裝置的第二故障的情況下協同斷開接線端之間的串聯的電連接。
附圖的簡單說明當聯系附圖閱讀時，就可以從下面的優選的實施例的說明得到本發明的全面理解，圖中圖1為沖擊保護裝置(SPD)的示意形式的框圖，該SPD以被熱斷開(TCO)裝置熱保護的金屬氧化物可變電阻(MOV)為基礎。
圖2為SPD的示意形式的框圖，該SPD是以金屬氧化物可變電阻(MOV)為基礎的，該MOV并聯地電連接并且有單獨的過電流保護。
圖3示出一組同時失效的并聯的MOV的電壓和電流與時間的關系的曲線。
圖4為一雙對數曲線圖，它示出按照本發明的一個實施例的一個MOV、一個熱熔片彈簧(TFS)和一個帶釬料孔的熔片挽帶(FTWSH)的組合的時間與電流的關系。
圖5A為一印刷電路板(PCB)的剖視圖，它采用了按照本發明的一個實施例的一個MOV、一個熱熔片彈簧(TFS)和一個帶釬料孔的熔片挽帶(FTWSH)的組合。
圖5B為一包括TES和FTWSH元件的印刷電路板(PCB)SPD的等角圖，它與圖5A的PCB相似，只是每個TFS采用了兩個平行的FTWSHT MOV組。
圖6為切割金屬薄板的平面圖，該金屬薄板用在按照本發明的熱熔片彈簧(TFS)的制造中。
圖7A-7C示出在按照本發明的制造工藝的各個步驟中，圖6的熱熔片彈簧(TFS)元件的側視圖。
圖8A和8B為按照本發明的各自的未伸展和伸展的熱熔片彈簧(TFS)的等角圖。
圖9為用于按照本發明的一個實施例的圖8A的未伸展的熱熔片彈簧(TFS)的伸展工具的等角圖。
圖10為圖9的伸展工具與圖8B的伸展的熱熔片彈簧(TFS)的組合的等角圖。
圖11A和11B為按照本發明的另一實施例的各自的未伸展的和伸展的熱熔片彈簧(TFS)的等角圖。
圖12為表示所測量的MOV漏電電流與超壓的百分數之間的關系曲線。
圖13為表示所測量的穩定狀態的MOV的表面溫度與MOV的漏電電流之間的關系的曲線。
圖14為非正常MOV電壓與時間的關系的曲線，其中，按照本發明，MOV過電流熱熔解。
圖15為對應于圖14的超壓情況的MOV電流與時間的關系的曲線。
圖16為故障前的非正常MOV電壓和對應的電流與時間的關系的曲線，其中，按照本發明平行的MOV過電流熱熔斷。
圖17為對應于圖16的超壓情況的MOV電阻與時間的關系的曲線。
圖18為一個MOV的故障情況的非正常MOV電壓和對應的電流與時間的關系的曲線，其中，按照本發明，并聯的MOV過電流熱熔斷。
圖19為對應于圖18的超壓情況的MOV電阻與時間的關系的曲線。
優選的實施例的說明本發明涉及用于SPD的熱熔片并提供一熱斷開與過電流保護的組合，其中，故障前的電流、故障電流和沖擊電流通過所有三個SPD元件(例如MOV，熱熔片彈簧(TFS)，熔片挽帶(FT))相互協調。TFS與FT一起在有故障的情況下保護MOV。重要的是，FT提高了SPD裝置的可用的中斷電流(AIC)(即最大故障電流)的額定值。
圖3示出了在SPD的有限電流試驗時的非正常MOV超壓和相應的MOV電流。在此例子中，三個MOV并聯并在開始時有名義漏電電流39和名義系統電壓41。以后，MOV受到兩倍的名義系統電壓作用。在故障前的情況42下，所有三個MOV箝制電壓若干周期。示例性的正弦形波形的電壓峰值約為100V，而電流峰值約為2A。以后，在0.0秒開始第一故障狀況44，MOV中的一個失效，并在被熔片斷開以前通過約10A的峰值電流。接著，在第二故障前的情況46F，剩下的MOV在約100Vpeak時箝制電壓若干周期，電流峰值小于2A。在第二故障的情況48下，剩下的MOV中的一個變熱并失效，在其被熔片斷開以前具有若干周期的10Apeak左右的有限電流。最后，剩下的MOV開始在第三故障前的情況50下箝壓，然后以同樣的方式在第三故障情況52下失效。
SPD中著火的原因是熔片設計不當。用于單獨的MOV保護的過電流熔片必須滿足兩個要求。首先，過電流熔片必須在受保護的MOV著火時打開。其次，熔片必須傳導(允許通過)沖擊電流，該沖擊電流至少與對應的MOV的沖擊電流額定值一樣大。
改變內MOV結構可導致短路。這種破壞發生得非常慢，MOV電阻以幾百萬歐姆變成遠小于一個歐姆(例如幾個m∑)。這種非常大的改變提供了適當的時間去檢測這一改變并在產生災難性的SPD失效以前斷開失效的MOV。關于這一點，關鍵的問題為，設計不當的斷開裝置將降低SPD的沖擊保護能力，從而損害了SPD的主要目的，即保護下游的設備防止沖擊。
試驗證明，當MOV并聯在電路中，在一定的超壓水平時，只有一個MOV在某個時刻短路失效。這是因為，此時，其余的并聯的MOV有較高的阻抗，因而不能傳導相當大的電流水平。反而是，所有有用的電流都流經短路的MOV。因此，希望用單獨的熔片斷開裝置保護每個MOV。
由于材料的已知的自然特性，不可能設計非常相同的過電流保護裝置，該裝置能經受非常大的沖擊電流，但仍能在非常小的故障電流下打開。希望有一比較小的故障電流額定值，以阻止由于非正常的過壓條件而導致的災難性的MOV失效。因此，要求提供一個熱熔斷裝置與一個過流斷開裝置的組合以在過電流保護器不能打開時隨時保護MOV。
按照本發明，TFS與FT的組合在故障情況下實現MOV的斷開。此外，與此同時，此組合設計成能傳導正常電流而不產生相當大的熱。在正常情況下，TFS與FT最好不超過熱應力或機械應力，該應力將另外改變這些部分的正常功能。這是通過在設計這些部分時采用漏電電流協作來完成的。因此，當短路電流受到限制時(例如限制為幾個安培)，則在比較低的故障電流的情況下(例如有比較低的電源阻抗)，TFS將首先反應(即快于FT)，并斷開短路的MOV。不過，在有大約為兩倍的非正常超壓條件下，并且有比較大的故障電流時(例如有比較少電源阻抗)，則FT最好在TFS的前面打開并斷開短路的MOV。通常當FT熔化時，相鄰的FTS同樣斷開。
圖4示出兩條雙對數曲線54和56，它們分別對按照本發明的一個實施例的包括一MOV、一熱熔片彈簧(TFS)和一帶釬料孔的熔片挽帶(FTWSH)(這將下面聯系圖5A-5B討論)的SPD提供協作的熱熔斷和過電流斷開。曲線54對MOV和TES的組合示出logt(時間)與logI(電流)的關系。而曲線56則示出了用于FTWSH的log(t)和log(I)的曲線。朝曲線54、56的左下面示出導電區58，而朝這些曲線的右上面則示出斷開區60。
最好是，TFS和熔片挽帶(FT)都設計成能經得起相對很大的沖擊(即在相對很短的時間內)。熱熔片彈簧(TFS)被MOV加熱，并能在較低的電流范圍下(例如從圖4的曲線54的點62附近至點65附近)測量的故障情況下斷開MOV。FT能在按較大的電流范圍(例如以圖4的曲線56的點65附近至點68附近)測量的故障情況下斷開MOV。單單FT是不足以防止MOV的災難性失效。TFS通常斷開失效的MOV。不過，在安裝不正確的情況下，例如在可能在SPD的輸入接線端上存在兩倍的非正常超壓時，則FT斷開MOV。在相對高的故障電流的情況下，FT打開MOV比TFS打開MOV要快。這樣，FT提高了SPD的AIC額定值。TFS和FT在超壓(故障)的情況下共同提供MOV與動力源的協同斷開。示例性的TFS、FTWSH和MOV的組合對寬范圍的故障電流提供合適的斷開。此外，它保持適當的沖擊電流額定值，該額定值稱為“沖擊電流協作”。
參看圖5A，一SPD70包括一示例性印刷電路板(PCB)72和按照本發明的一個MOV74、一個熱熔片彈簧(TFS)76和一個帶釬料孔的熔片挽帶(FTWSH)78的組合。如同眾所周知的那樣，MOV74包括引線80、82，它們插入PCB72的各自的通孔84、86中。FTWSH78包括PCB銅挽帶88、90和通孔92。通孔92位于MOV引線80和TFS的腳104之間。挽帶88、90最好是未鍍層的。
在PCB72的波焊中，通孔84、86、92都填以釬料，如通孔84中的釬料94和常用的通孔92中的釬料96(例如具有175℃左右至250℃左右之間的熔點)。這樣，MOV引線80、82就電連接至PCB挽帶上，例如通孔84的相對側的銅挽帶90、98上。還有，釬料96填滿通孔92。釬料96被有利地用于在過電流情況下首先通過熔化，然后，通過加速FTWSH和PCB銅挽帶88、90的一個或兩個的斷開(例如通過燒毀)而縮短FTWSH78的斷開時間。例如，一250℃的釬料熔點促使有較長的斷開時間，這是因為，要求有較大的MOV漏電電流去熔化釬料96并燒毀挽帶88、90的一個或兩個。175℃的釬料熔點則例如促使有較短的斷開時間，這是因為，要求有較小的MOV漏電電流去熔化釬料96并燒毀挽帶88、90的一個或兩個。挽帶88、90的燒毀最好包括兩個部分(1)熔化銅挽帶；以及(2)這些銅挽帶產生電弧(打火)(arcing)。例如，起初沖擊可能不能燒毀挽帶，并且可能反被MOV箝壓。接著，持續的電流能提供足夠的能量，以同時熔化并產生銅挽帶的產生電弧，從而導致MOV的斷開。
在波焊工藝之前，TFS76在平面安裝(回流)過程中被放置在PCB72上。最好在TFS76的腳部104、106采用可熔化的合金，諸如用100和102示出的合適的低溫釬料，以便將TFS76保持在正常的伸展位置。這樣，從PCB銅挽帶108至釬料102、至TFS76的腳部106，并經過TFS至腳部104、至釬料100、至銅挽帶88、至通孔92、至銅挽帶90、至通孔84、至MOV引線80并從而至MOV74，建立一串聯的電連接。
在SPD70正常運行時，經過TFS76、FTWSH78和MOV74的漏電電流按照幾個A的數量級。在正常情況下，MOV74、FTWSH78和TFS76都沒有顯著的溫升。不過，在非正常情況下，MOV74的溫度升高。按照本發明，熱斷開的原理為使一個以100代表的可熔化的合金曝露于熱源，也就是MOV74。用110代表的熱經過MOV的腿80和銅挽帶90、88傳送(例如通過其熔化和產生電弧)，并經過FTWSH78的通孔92到達位于TFS76的腳部104的下面的低溫釬料100。在示例性實施例中，一旦TFS腳部104的溫度達到95℃左右(參看例如圖12和13)，則釬料100充分軟化或熔化，而TFS76的被朝相對的腿114偏壓的腿112則如115所示向腿114移動。釬料100最好在80℃左右至120℃左右的溫度充分軟化或熔化。
為了處理比較高的沖擊電流，FTWSH78必須有盡可能大的截面積，但是為了在適當短的時間內斷開一失效的MOV，FTWSH78又必須有盡可能小的截面積，為了滿足這些直接矛盾的要求，采用了TFS76和FTWSH78的組合。因此，對于此較小的故障電流和比較長的斷電時間(例如圖4的曲線54的以點62至點65的示例性范圍)，TFS76斷開。再有，這是SPD70的典型應用。另一種方案為，在非常罕見的情況下，在較大的故障電流時(例如圖4的曲線56的從點65至點68的示例性范圍)，TFS可能不夠快，不足以及時而安全地斷開MOV74，在此情況下，其形式為FTWSH78的示例性熔片挽帶提供了附加的幫助。例如，如果傳統的熔片挽帶(例如如同由銅挽帶88、90提供并簡單地用串聯電連接的那樣，但是沒有通孔92)有與示例性FTWSH78相同的沖擊電流額定值，則FTWSH有一約為傳統的熔片挽帶的故障電流額定值的一半的故障電流額定值。在有相對很大的故障電流時(例如朝著圖4的曲線56的右側；由相對較小的動力源阻抗引起)，則只有FTWSH78斷開MOV 74。
如圖5B所示，另一SPD70’包括一示例性印刷電路板(PCB)72’和8個MOV74A-74H、示例性熱熔片彈簧(TFS)76和8個FTWSH(如用于各自的MOV74A和74B的FTWSH78A和78B所示)的組合。MOV74A包括引線80A和82A，而MOV74B則包括兩根引線(只示出一根引線80B)。FTWSH78A包括PCB銅挽帶88A、90A和通孔92A，而FTWSH78B則包括PCB銅挽帶88B、90B和通孔92B。通孔92A和92B定位成靠近各自的MOV引線80A和80B。示例性腳部104電連接至兩個挽帶88A、88B上。這樣，TFS76包括4個TFS構件，每個構件都與兩個單獨的FTWSH和MOV的串聯組合電連接，這兩個FTWSH-MOV的串聯組合則并聯地電連接。
圖6示出用于按照本發明的熱熔片彈簧(TFS)的元件116。這種TFS的制造以按圖6所示的切割一較薄的彈性導電金屬薄板材料開始，該薄板材料適當地傳導沖擊電流。元件116包括一基體118和多個指狀物120。在示例性實施例中，在相鄰的指狀物120之間有一中心距122。該距離122最好選擇成與按6個計算的示例性的相鄰MOV(未示出)之間的中心距匹配。
圖7A-7C示出圖6的熱熔片彈簧(TFS)元件116在按順序的制造步驟時的側視圖。TFS的彎曲按幾個步驟實行。首先，如圖7A所示，彎曲基體118和每個指狀物120(只示出一個指狀物120)。將基體118彎曲，形成一鉤狀的第一腳124。將指狀物120彎曲三次，以形成一第一腿126、一上部128、一第二腿130和一鉤狀的第二腳130。其次，如圖7B所示，將上部128彎曲，形成一彈簧構件并使腳部124、132彼此接觸或幾乎接觸。第三，如圖7C所示，沿方向134伸展腿130，以使腳部124、132適當地位移，以使將腳部釬焊至PCB上，例如圖5A的PCB72上。
圖8A和8B示出了各自的未伸展的和伸展的熱熔片彈簧(TFS)136、138，它們按上面聯系圖6和7A-7C所討論的方式形成。未伸展的TFS136的位置是在伸展的TFS138的位置釬焊至PCB(未示出)上以前的制造TFS的最后階段。雖然示例性TFS138有用于6個MOV(例如MOV196、197、198)的6個指狀物120(每個都被彎曲而形成一個腿130)。但是本發明可用于任何數目的并聯的MOV(例如，不受限制，1、2、3-5、6或更多)。圖6的元件116最好有適當的彈性，以便在斷開伸展的TFS138的位置時，迅速拉回至未伸展的TFS136的位置，以便防止產生電弧。
在裝配TFS136和釬焊TS138時，每個步驟最好考慮系統(MOV)沖擊電流的要求、TFS故障電流的要求、熱傳導率、彈簧特性以及被保護的MOV的電特性和尺寸來選擇。
參看圖9和10，將圖8A的TFS136裝配至PCB139上的過程采用一諸如示例性伸展裝置140這樣的工具，它用于將圖8B的伸展的TFS138裝至PCB139上，并在平面安裝(回流)低溫釬焊過程中保持TFS在應有的位置上。TFS138在PCB139上的位置由伸展裝置140上的兩個柱142、144確定。PCB139上的孔146、148的尺寸和形狀恰當地與各自的柱142、144的尺寸和形狀匹配。孔146、148的位置以適當的精度規定了TFS138及其腳部在PCB139上的位置。這是非常重要的，因為這種腳部的位置確定了這些腳部的底面和這些腳部的下方的PCB墊149之間的低溫釬料接頭的特征。
TFS138的基體118靠近進入的接線端(例如SPD的相連接器)(未示出)以和電源(未示出)相連。TFS138的指狀物側，如同用腳132所示，與MOV的腿相鄰(未示出)。在低溫釬焊過程結束以后，PCB139就包括各個元件(未示出)，其中包括TFS138。接著，就從PCB139的底側推柱142、144，并從PCB向上取下伸展裝置140，以便以后使用。TFS138的基體的腳部124和腳部132(圖8B)通過低溫釬料(例如圖5A的100、102)被適當地保持在PCB139的正確位置上。
如圖9和10所示，伸展裝置140包括一基體150，它具有第一和第二端152、154，第一和第二側156、158和一在基體150上的長形開口160。作為一個示例性柱142的第一對齊構件固定第一端152上，作為一個示例性柱144的第二對齊構件則固定在第二端154上。第一和第二長弧形構件162、164分別固定在第一和第二側156、158上。開口160用于接納TFS136的彈簧構件128，而第一和第二長弧形構件162、164則用于夾持各自的鉤狀腳形構件132、124，彈簧構件的腿126、130則在該處展開，以便與PCB139接合。
雖然示例性伸展裝置140是為具有6個用于6個MOV(未示出)的指狀物120的TFS136設計的，但是本發明也可用于任何數目的用于并聯的MOV的指狀物(例如，不受限制，1、2、3-5、6或更多)。
圖11A和11B示出了各自的未伸展的和伸展的熱熔片彈簧(TFS)166和168，它在圖11B的TFS168的兩側提供MOV如170、172、174、176的保護。TFS168包括一中間的基體部分178，它有合適的接頭如一用于導電的緊固件或接線端(未示出)的中間開口180，以用于與一相接線端P電連接。TFS168還包括多個第一腿182和多個第二腿184。第一腿182分別與相應的熔片挽帶186、188和沖擊保護電路如MOV174、176電連接，該沖擊保護電路與共同的地線G電連接。第二腿184分別與相應的熔片挽帶190、192和沖擊保護電路如MOV170、172電連接，該沖擊保護電路與共同的中線N電連接。于是，示例性的雙側TFS168就適于各個相接地(P-G)和多個相接中線(P-N)的連接，因而提供一實用而經濟的組件。
在此例子中，第一腿182、熔片挽帶186和MOV174在示例性相接線端P與示例性地接線端G之間用串聯電連接。同樣，第二腿184、熔片挽帶190和MOV170在示例性相接線端P與示例性地接線端N之間用串聯電連接。三個接線端P、N、G也與合適的動力源和一個負載連接。
有五個不同的示例性階段或情況，其中，示例性MOV如圖8B的MOV196、197、188如下運行(1)正常情況，其中沒有或有不大的電壓擾動；(2)比較小的超壓情況，其中，MOV有穩態的溫度；(3)故障前情況，其中MOV有不斷升高的溫度；(4)故障情況；和(5)沖擊情況。在正常情況發生時，有名義的系統電壓，沒有或有不太的電壓擾動。因此，經過MOV的漏電電流是可忽略不計的，并且通常是按照幾個A的數量級。
當MOV電壓開始升高，超過名義的系統電壓時，經過MOV的漏電電流也增加。圖12示出MOV的漏電電流與超壓的百分數的關系的曲線。MOV漏電電流作為非線性函數相對于超壓改變。如圖所示，當MOV電壓升高，超過名義系統電壓的170％左右時，產生相當大的漏電電流加大。
當MOV電壓接近名義系統電壓的170％左右時，漏電電流可增加到每個MOV一個或更多mA。這種漏電電流水平使MOV發熱。圖13示出穩態的MOV表面溫度與MOV的漏電電流的關系的曲線。通過加大MOV電壓，就產生較高水平的MOV漏電電流。如果該漏電電流保持比較恒定一足夠的時間的，則由于漏電電流產生的熱(例如I2R)和發散的熱(例如通過對流與傳導)成為相等，從而提供一例如在點194的特殊的穩態溫度。同樣，較低或較高的水平的受控制的漏電電流分別提供了較低或較高水平的穩態溫度。盡管如此，如果漏電電流適當地小，則不會對MOV有損傷。
一個MOV在超過一定的溫度時(例如超過85℃)改變電阻。因此，如果MOV的電壓恒定，則MOV在其溫度升高時傳導越來越大的漏電電流。如果持續這種情況，則就導致MOV的“熱擊穿”。這個過程是不可逆的，并且對MOV的損傷是永久性的。如果一足夠非正常的超電壓維持一足夠長的時間，則構成對MOV的永久性損傷，而MOV則進入故障前狀況。另外，如果MOV的電壓返回呈正常，則MOV可能仍然起作用，雖然特性有改變(例如較大的漏電電流)。易言之，MOV中的較大的漏電電流可以被描述成最大連續超壓(MCOV)的減少值。這樣，與一新的或未損傷的MOV相比，部分損傷的MOV在較低的超壓的情況下開始傳導相當數量的電流。例如，圖12中所示的正常漏電電流在170％的超壓時可能變成大好幾倍。
圖14示出非正常的MOV電壓與時間的關系的曲線，其中，多個MOV如圖8B的MOV196被TFS138的腳部132熱燒毀，并被FTWSH200過電流燒毀。實質上是，當兩倍超電壓(即200％的名義系統電壓)在0.0s時作用在MOV上時顯示最壞的情況。作為概觀，起初MOV超電壓幾個周期，并且尖峰電壓略有降低。在此時段內，所有MOV都傳導(幾乎)相等的電流。圖15示出經過所有MOV的全部電流。該初始時段稱為“故障前”。下一階段稱為“故障”。幾個MOV的一個是最弱的。在故障前的情況下，各MOV之間的小的初始區別越來越大。最弱的MOV的電阻是最小的，該特殊的MOV比其它MOV傳導更多的電流。由于該MOV變得比較熱，電阻進一步下降，流經MOV的電流水平越來越大。最弱的MOV本身又成為短路的，幾乎全部電流都只流經該單一的MOV。
在此示出MOV的失效機理的例子中，一約為200％的名義電壓的非正常超壓作用在連至MOV196、197、198的相P連接和地G連接上，而這些MOV是并聯的。在第一個9個周期202中，這些MOV在190％的名義電壓(例如約300Vpeak)時被箝制。這是故障前的情況，它升高了MOV的溫度。而三個示例性MOV中的最弱的MOV(例如MOV197)本身則短路，箝壓下降至約200Vpeak。這是故障情況，它保持4個周期204。此后，失效的MOV197斷開(例如通過TFWSH206和/或TFS腿208)，剩下的MOV(例如MOV196、198)只在190％的名義電壓時箝制16個周期210，直至下一個最弱的MOV(例如MOV198)失效。當第二個MOV(例如MOV198)斷開時(例如通過FTWSH214和/或TFS腿216)，第二故障情況持續2個周期212。下一個(在此例子中為最后一個)預故障情況為3個周期218，接在它后面的是第二個故障情況，作用第二個4個周期220。此時，第三個MOV(例如MOV196)斷開(例如通過FTWSH200和/或TFS腿222)。因此，所有三個示例性MOV都斷開，對于其余的周期224，電壓回到約200％的名義電壓(例如，在此例子中，約為240Vac×1.41＝約338Vpeak)。
圖15示出對應于圖14的超電壓情況，MOV電流與時間的關系的曲線。流過短路的MOV的電流量主要取決于動力源的阻抗。例如，圖15所示的最大故障電流約為幾百安培。“故障”的持續時間取決幾個情況，而最大故障電流則是最重要的。較大的故障電流迫使SPD電路以較快的速度破壞。作為概觀，圖15中的第一故障電流持續時間約為4個周期。圖14的對應的4個周期示出電壓降，在該“故障”期間，MOV短路。于是，在此4個周期以后，短路的MOV斷開。在它后面接著的是下一個“故障前”周期，在此期間，剩下的MOV箝壓幾個周期。與第一個“故障前”周期相比，相應的電流較少，這是因為，剩下的MOV數目已經減少。于是，每次當另一MOV短路并斷開時，“故障前”情況下的總電流越來越小，這是因為，更少的剩下的MOV并聯地工作。“故障前”情況和“故障”條件可以互換(例如一個時序的故障前情況可以在后面跟以一個時序的故障情況，然后跟著第二時序的故障前情況，再跟著第二時序的故障情況，等等)，直至最后一個MOV斷開。此時，非正常電壓返回至全幅值，而電流則降至零(例如在圖14和15中的0.6秒左右以后)。
如圖15所示，該曲線包括9個周期226的故障前電流、4個周期228的故障電流、16個周期230的故障前電流、2個周期232的故障電流、3個周期234的故障前電流和4個周期236的故障電流。當所有三個示例性MOV196、197、198都被箝制時，故障前電流在開始的周期226中是最大的。后繼的故障前電流周期230(兩個MOV)和234(一個MOV)有逐步變小的故障前電流，這是因為，在電路中分別只有兩個MOV和一個MOV。雖然故障前電流在任何剩下的未斷開的MOV之間分擔，但是任何故障電流(通常)只經過一個(短路的)MOV。
如上所述，MOV的失效過程的持續時間可能更短或實質上更長。這種失效取決于MOV超壓/MCOV比，和并聯的MOV數目。
圖16示出故障前非正常MOV電壓和相應的電流與時間的關系的曲線，其中，并聯的MOV如圖8B的MOV196被TFS138腳部132熱熔化并被FTWSH200過電流熔化。這些電壓和電流曲線來自圖14的第一個9個故障前周期202(約0.0s至約0.04s)和圖15的相應周期226的某處。電壓用變形的正弦波示出。電壓的峰值約為304V，而不是338V的非正常電壓峰值(即120V×200％×1.41)。同時，峰尖電流比正常情況下的電流大幾百萬倍。
圖17示出圖16的超壓情況下，相應的MOV電阻與時間的關系的曲線。在此例子中，繪出的電阻為幾個MOV(例如MOV196、197、198)的并聯電阻。因此，為了估計單個的MOV的電阻，繪出的電阻要乘以并聯的MOV的數目。與傳統的動力源阻抗相比，圖17的“故障前”電阻是有重要意義的。因此，“故障前”電流受到MOV的并聯的電阻的限制。
圖18示出非正常MOV電壓和相應的電流的故障情況與時間的關系的曲線，其中，MOV如圖8B的MOV196被TFS138的腳部132熱熔化并被FTWSH200過電流熔化。圖18所示的持續時間對應于圖14和15的0.14-0.20s左右。電壓波形的峰值約為200V，而不是非正常電壓的峰值，即338V左右。與此同時，經過MOV的峰尖電流約為400A。此外，如果動力源阻抗允許，此值可能要大幾倍，在動力源中，較低的源阻抗引起較大的故障電流。因此，此時，MOV必須在其傳導足夠的能量以引起災難性失效之前斷開。如圖18所示，電壓的大小小于而電流的大小則遠大于圖14和15的故障前周期202和226的各自的電壓和電流的大小。由于此電流只流經單個的(短路的)MOV，故由MOV產生的熱量是相當大的。
圖19源于圖18的故障電壓和故障電流，并示出單個的(短路的)MOV的電阻與時間的關系。MOV是一非線性元件，而MOV電阻在接近無限大與30∑左右之間變化。此電阻限制經過MOV的電流，使其小于5Arms。此電流加熱MOV，所有并聯的MOV的溫度都升高，直至最弱的MOV短路。此時，MOV進入故障情況，短路的MOV則傳導(幾乎)所有得到的電流(圖18)。如圖19所示，短路的MOV的電阻仍然是非線性的，并在0.4∑左右至10∑左右的范圍內變化。此電阻如圖所示與電壓有關，其大小可與公共的源阻抗相比(例如0.7∑)。如果源阻抗變小，則故障電流變大，而斷開失效的MOV的時間必須變短。
按照本發明的SPD最好包括下列改進的災難性失效保護(1)每個MOV有一與專用的熔片挽帶(FTWSH)組合的專用的熱熔片彈簧(TFS)；(2)TFS和FTWSH經受沖擊電流的情況并具有適于允許沖擊經過被保護的MOV的沖擊電流額定值(3)TFS、FTWSH和MOV的組合按串聯電連接；(4)在正常情況下，經過串聯的TFS、FTWSH和MOV的漏電電流在幾個A左右的范圍內；(5)如果經過MOV的漏電電流加大呈約幾個mA，則該情況為一導致失效的非正常情況(例如故障前情況)；(6)用于熱斷開裝置或TFS的熱由過熱的MOV提供；和(7)FTWSH采用填以釬料(例如，不受限制，傳統的釬料)的通孔，以在故障時縮短斷開時間。
雖然圖5A的MOV74和圖5B的MOV74A-74B是在各自的熔片挽帶78和78A-78B的一側電連接的，但是本發明可用于其中MOV(例如74或74A)是在TFS和FTWSH的一側電連接或在TFS76和PCB銅挽帶(例如88或88A)元件串聯的沖擊保護裝置。本發明進一步可用于這樣的沖擊保護裝置，其中，FTWSH與一個輸入接線端(例如相輸入、地輸入或中線輸入)電連接，而TFS則與這些裝置的另一輸入接線端(例如地輸入或中線輸入，相輸入)電連接。
雖然詳細描述了本發明的特殊組合，但是，對于熟悉本技術的人應當認識到，可以根據本公開內容的一般教義對這些細節開發各種改進和替代物。因此，所公開的特殊布置的意圖只是說明性的，并不限制本發明的在所附權利要求書中給出的全部范圍和其所有相當物。
參考數字表2 沖擊保護裝置(SPD)電路4 傳統的過電流熔片6 金屬氧化物可變電阻(MOV) 8 MOV10 MOV 12 熱斷開(TCO)裝置14 熱斷開(TCO)裝置 16 傳統的AC動力電路18 動力輸入 20 相連接22 中線連接 24 地連接26 動力輸入 28 相連接30 中線連接 32 地連接34 斷路器或開關 36 SPD38 多個MOV 39 名義漏電電流40 熔片 41 名義系統電壓42 第一故障前情況44 第一故障情況46 第二故障前情況48 第二故障情況50 第三故障前情況52 第三故障情況54 雙對數曲線56 雙對數曲線58 導電區60 斷開區62 點65 點68 點70 SPD72 印刷電路板74 MOV76 熱熔片彈簧78 帶釬料孔的熔片挽帶(TFS) (FTWSH)80 MOV引線 82 MOV引線84 PCB通孔 86 PCB通孔88 PCB銅挽帶 90 PCB銅挽帶92 PCB通孔 94 傳統的釬料96 傳統的釬料98 銅挽帶100 低溫釬料 102 低溫釬料104 腳部 106 腳部108 PCB銅挽帶 110 熱112 腿114 相對的腿115 方向116 元件 118 基體120 指狀物122 中心距124 第一腳 126 第一腿128 上部 130 第二腿132 第二腳 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 伸展裝置142 粒 144 粒146 孔 148 孔149 銅PCB墊 150 基體152 第一端 154 第二端156 第一側 158 第二側160 開口 162 第一長弧形構件164 第二長弧形構件 166 未伸展的熱熔片彈簧(TFS)168 伸展的熱熔片彈簧(TFS)170 MOV172 MOV 174 MOV176 MOV177 MOV 178 導電的中間基體部分180 中間開口 182 導電的第一腿184 導電的第二腿 186 熔片挽帶188 熔片挽帶 190 熔片挽帶192 熔片挽帶 194 點196 MOV 197 MOV198 MOV 200 FTWSH202 第一個9個周期204 四個周期206 FTWSH208 TFS腿210 16個周期 212 2個周期214 FTWSH216 TFS腿218 3個周期 220 4個周期222 TFS腿224 剩下的周期226 故障前電流的9個周期 232 故障電流的4個周期230 故障前電流的16個周期 232 故障電流的2個周期234 故障前電流的3個周期 236 故障電流的4個周期
權利要求
1.用于供以來自動力源的至少一個電壓(41)的負載的沖擊保護裝置(70)，它包括至少兩個用于接收上述電壓的接線端(P、G、N)；和多個沖擊保護電路，每個上述沖擊保護電路包括一熱熔片彈簧(76)；至少一個用于箝壓的裝置(74)；和至少一個熔片挽帶(78)，上述至少一個熔片挽帶中的每一個對應于上述至少一個用于箝壓的裝置的一個；連同上述熱熔片彈簧，至少上述一個熔片挽帶中的一個和上述至少一個用于箝壓的裝置中的對應的一個在上述接線端之間用串聯彼此電連接，以便在上述接線端之間形成一個至少串聯的電聯接；上述熱熔片彈簧用于在上述至少一個用于箝壓的裝置的第一故障情況下在上述接線端之間斷開上述至少一個串聯的電連接，上述第一故障情況包括經過上述至少一個用于箝壓的裝置的一個第一持續時間的第一電流(62)；上述熱熔片彈簧和上述至少一個熱熔片挽帶用于在上述至少一個用于箝壓的裝置的第二故障情況下協同斷開上述接線端之間的上述至少一個串聯的電連接的相應的一個，上述第二故障情況包括經過上述至少一個用于箝壓的裝置的一個第二持續時間的第二電流(65)；上述第二電流大于上述第一電流；以及上述第一持續時間長于上述第二持續時間。
2.如權利要求1的沖擊保護裝置，其特征為，熱熔片彈簧包括一與上述接線端的一個電連接的第一彈簧構件(114)和一第二彈簧構件(112)；以及上述至少一個熔片挽帶為具有一與上述第二彈簧構件電連接的輸入和一輸出的熔片挽帶；以及上述用于箝壓的裝置有一與上述熔片挽帶的輸出電連接的第一引線(80)和一與上述接線端的另一個電連接的第二引線(82)。
3.如權利要求2的沖擊保護裝置，其特征為，上述至少一個用于箝壓的裝置包括一金屬氧化物可變電阻(74)。
4.如權利要求1的沖擊保護裝置，其特征為，上述熱熔片彈簧包括一與上述接線端的一個電連接的第一彈簧構件(114)和一第二彈簧構件(112)；以及上述至少一個熔片挽帶為一對熔片挽帶(78A、78B)，上述熔片挽帶的每一個有一具有一與上述第二彈簧構件電連接的輸入端和一輸出端；以及上述用于箝壓的裝置為一對金屬氧化物可變電阻(74A、74B)，上述金屬氧化物可變電阻的每一個有一與上述熔片挽帶的對應的一個的輸出端電連接的第一引線(80A、80B)和一與上述接線端的另一個電連接的第二引線(82A)。
5.如權利要求1的沖擊保護裝置，其特征為，上述熱熔片彈簧包括一與上述接線端的一個電連接的第一彈簧構件(114)和一第二彈簧構件(112)；以及上述用于箝壓的裝置為一金屬氧化物可變電阻(74)，它具有與第一彈簧構件電連接的第一引線，和一第二引線；以及上述至少一個熔片挽帶(78)為一具有與上述第二引線電連接的輸入端和與上述接線端的另一個電連接的輸出端的熔片挽帶。
6.如權利要求1的沖擊保護裝置，其特征為，上述至少一個熔片挽帶為一具有一與上述接線端的一個電連接的輸入端和一輸出端的熔片挽帶(78)；以及上述用于箝壓的裝置為一金屬氧化物可變電阻(74)，它具有與上述熔片挽帶輸出端電連接的第一引線，和一第二引線；以及上述熱熔片彈簧包括一與上述第二引線電連接的第一彈簧構件和一與上述接線端的另一個電連接的第二彈簧構件。
7.如權利要求1的沖擊保護裝置，其特征為，上述熱熔片彈簧、上述至少一個熔片挽帶和上述至少一個用于箝壓的裝置的每一個都有一沖擊電流額定值，每個上述沖擊電流額定值大致是相同的。
8.如權利要求1的沖擊保護裝置，其特征為，上述至少一個熔片挽帶是一熔片挽帶(78)；以及上述至少一個串聯的電連接是一串聯的電連接；以及上述至少一個用于箝壓的裝置為一金屬氧化物可變電阻(74)，它有一從其流過的漏電電流(39)；以及上述漏電電流在正常的運行情況下流經上述接線端之間的上述串聯的電連接。
9.如權利要求1的沖擊保護裝置，其特征為，上述第一故障情況對應于上述至少一個用于箝壓的裝置的一個的第一失效；以及上述第二故障情況對應于上述至少一個用于箝壓的裝置的上述一個的第二失效；以及上述第一失效對應于上述動力源的第一阻抗，而上述第二失效對應于上述動力源的第二阻抗，上述第二阻抗小于第一阻抗。
10.如權利要求9的沖擊保護裝置，其特征為，上述沖擊保護電路包括一印刷電路板(72)；以及上述至少一個熔片挽帶為一在上述印刷電路板上的熔片挽帶(78)；以及上述熱熔片彈簧包括一第一彈簧構件(114)和一第二彈簧構件(112)，該第一彈簧構件與上述接線端的一個電連接，該第二彈簧構件釬焊至上述熔片挽帶上并朝上述第一彈簧構件偏壓；以及上述熔片挽帶響應上述第二失效熔化和產生電弧，以便加熱上述第二彈簧構件并從上述熔片挽帶上松開上述第二彈簧構件。
11.如權利要求10的沖擊保護裝置，其特征為，上述熱熔片彈簧的第一彈簧構件和第二彈簧構件各自用釬料(100、102)釬焊至上述印刷電路板上，該釬料有80℃左右至120℃左右的熔點。
12.如權利要求1的沖擊保護裝置，其特征為，上述至少一個用于箝壓的裝置從一個組中選取，該組包括金屬氧化物可變電阻，齊納二極管，和一硅雪崩二極管。
13.如權利要求1的沖擊保護裝置，其特征為，上述熱熔片彈簧包括一與上述接線端的一個電連接的第一彈簧構件(114)和一第二彈簧構件(112)；以及上述至少一個熔片挽帶包括一第一熔片挽帶(78A)和一第二熔片挽帶(78B)，該第一熔片挽帶具有一第一輸入端和一第一輸出端，該第一輸入端與上述熱熔片彈簧的第二構件互相電連接，該第二熔片挽帶具有一第二輸入端和一第二輸出端，該第二輸入端與上述熱熔片彈簧的第二構件互相電連接；以及上述至少一個用于箝壓的裝置包括一與第一輸出端電連接的第一金屬氧化物可變電阻(74A)和一與第二輸出端電連接的第二金屬氧化物可變電阻(74B)。
14.如權利要求1的沖擊保護裝置，其特征為，上述接線端包括一相輸入端(P)和一地輸入端(G)；以及上述沖擊保護電路在上述相輸入端和地輸入端之間相互電連接。
15.如權利要求1的沖擊保護裝置，其特征為，上述至少一個用于箝壓的裝置為一金屬氧化物可變電阻(74)，它在超壓情況下具有災難性的失效狀態；以及上述至少一個熔片挽帶為一熔片挽帶(78)；以及上述熱熔片彈簧和上述熔片挽帶的每一個都有時間與電流之間的關系的特征，該特征與上述金屬氧化物可變電阻的災難性失效狀態共同作用，以便在上述超壓情況下使上述金屬氧化物可變電阻與上述電壓斷開；以及上述熱熔片彈簧和上述熔片挽帶的至少一個在上述超壓情況下使上述金屬氧化物可變電阻與上述電壓斷開，以防止上述災難性失效狀態。
16.如權利要求15的沖擊保護裝置，其特征為，上述熱熔片彈簧的時間與電流的關系的特征用于在流經上述金屬氧化物可變電阻的第一故障電流(62)的情況下使上述金屬氧化物可變電阻與上述電壓斷開；以及上述熔片挽帶的時間與電流的關系的特征用于在流經上述金屬氧化物可變電阻的第二故障電流(68)的情況下使上述金屬氧化物可變電阻與上述電壓斷開，所述的第二故障電流大于所述的第一故障電流。
17.如權利要求1的沖擊保護裝置，其特征為，上述熱熔片彈簧包含一個基體(118)和多個腿(126、130)，上述基體與上述接線端與上述腿中的一個電連接；以及上述至少一個熔片挽帶包括多個熔片挽帶(78A、78B)；以及至少一個用于箝壓的裝置包括多個用于箝壓的裝置(74A、74B)；和每個上述腿與對應的一對上述熔片挽帶的一個和上述多個用于箝壓的裝置的一個電連接。
18.如權利要求2的沖擊保護裝置，其特征為，上述沖擊保護電路包括一印刷電路板(72)；以及上述熔片挽帶包括一在上述印刷電路板上的第一導電的挽帶(88)、一在上述印刷電路板中的導電的通孔(92)和一在上述印刷電路板上的第二導電的挽帶，上述第一導電的挽帶(90)電連接至上述熔片挽帶的輸出端上并連至上述導電的通孔上，而上述第二導電的挽帶則電連接至上述導電的通孔上并連至上述熔片挽帶的輸出端上；
19.如權利要求18的沖擊保護裝置，其特征為，上述熔片挽帶的導電的通孔填以釬料(96)，以便在過電流的情況下縮短上述熔片挽帶的斷開時間。
20.如權利要求19的沖擊保護裝置，其特征為，上述釬料有一約175℃至約250℃之間的熔點。
21.如權利要求20的沖擊保護裝置，其特征為，上述至少一個用于箝壓的裝置有故障電流額定值；以及上述熔片挽帶的故障電流額定值小于上述至少一個用于箝壓的裝置的故障電流額定值。
22.如權利要求1的沖擊保護裝置，其特征為，上述接線端包括一相輸入端(P)、一中線輸入端(N)和一地輸入端(G)；以及上述至少一個用于箝壓的裝置包括多個在上述相輸入端與上述中線輸入端之間的第一金屬氧化物可變電阻(170、172)，和多個在上述相輸入端和上述地輸入端之間的第二金屬氧化物可變電阻(174、176)。
23.如權利要求22的沖擊保護裝置，其特征為，每個上述沖擊保護電路為多個第一沖擊保護電路和多個第二沖擊保護電路，每個上述第一沖擊保護電路并聯地電連接，每個上述第二沖擊保護電路并聯地電連接；以及上述熱熔片彈簧包括一基體(178)、多個第一腿(182)和多個第二腿(184)，上述基體與上述相輸入端互相電連接，每個上述第一腿與相應的一對上述熔片挽帶(186、188)相互電連接，每個上述第二腿與相應的一對上述熔片挽帶(190、192)相互電連接。
24.如權利要求2的沖擊保護裝置，其特征為，上述沖擊保護電路包括一印刷電路板(72)，它具有一與上述接線端的一個電連接的第一導體(108)和一與上述熔片挽帶的輸入端相互電連接的第二導體(88)；以及上述熱熔片彈簧的第一彈簧構件(114)釬焊至上述印刷電路板的第一導體上，而上述熱熔片彈簧的第二彈簧構件(112)則離開上述第一彈簧構件伸展，并釬焊至上述印刷電路板的第二導體上。
25.如權利要求24的沖擊保護裝置，其特征為，上述熱熔片彈簧的第一和一第二彈簧構件(114、112)各自用釬料(102、100)釬焊至上述印刷電路板上，該釬料有一約80℃至約120℃的熔點。
26.如權利要求25的沖擊保護裝置，其特征為，上述印刷電路板包括一導電的通孔(92)，該通孔為上述熔片挽帶(78)的一部分；以及上述導電的通孔填以具有約173℃至約250℃的熔點的釬料(86)，以便在過電流情況下縮短上述熔片挽帶的斷開時間。
27.如權利要求26的沖擊保護裝置，其特征為，上述熱熔片彈簧和上述熔片挽帶的每一個都有一時間與電流的關系的特征(54、56)，該特征與上述至少一個用于箝壓的裝置協作，以便在過電流情況下使上述至少一個用于箝壓的裝置與上述動力源的電壓斷開；以及上述熱熔片彈簧的時間與電流的關系的特征(54)用于在流經上述用于箝壓的裝置的第一故障電流(62)的情況下使上述用于箝壓的裝置與上述電壓斷開；以及上述熔片挽帶的時間與電流的關系的特征(56)用于在流經上述用于箝壓的裝置的第二故障電流(68)的情況下使上述用于箝壓的裝置與上述電壓斷開，上述第二故障電流大于上述第一故障電流。
28.一制造熱熔片彈簧(136)的方法，它包括下列步驟切割彈性的導電材料(116)，以形成一基體(118)和多個指狀物(120)；彎曲上述基體和上述指狀物，以形成多個具有共同的基體(118)和多個獨立的腿狀元件(130)的熱熔片彈簧(120)；伸展每個上述腿狀元件，離開上述共同的基體；將上述共同的基體和上述伸展的腿狀元件定位在上述印刷電路板(39)上；以及將上述共同的基體和上述伸展的腿狀元件釬焊至上述印刷電路板上。
29.如權利要求28的方法，它進一步包括用低溫釬料(100、102)將上述共同的基體和上述伸展的腿狀元件釬焊至上述印刷電路板上。
30.如權利要求29的方法，它進一步包括采用具有約80℃至約120℃的熔點的上述低溫釬料。
31.如權利要求30的方法，它進一步包括對每個上述伸展，定位和釬焊步驟采用一伸展裝置(140)。
32.如權利要求31的方法，它進一步包括在上述定位步驟中，使上述印刷電路板與上述伸展裝置接合。
33.如權利要求32的方法，它進一步包括在釬焊步驟以后，使上述伸展裝置與上述印刷電路板脫開。
34.如權利要求31的方法，它進一步包括用上述伸展裝置伸展上述熱熔片彈簧元件；以及將上述熱熔片彈簧元件和上述伸展裝置放置在上述印刷電路板上。
35.如權利要求34的方法，它進一步包括采用一對在上述印刷電路板上的安裝孔(146、148)；采用一對在上述伸展裝置上的與上述安裝孔對齊的柱(142、144)；以及將上述柱安裝在上述安裝孔中。
36.如權利要求35的方法，它進一步包括采用在上述印刷電路板上的導體(149)；以及采用上述柱與上述安裝孔，以使上述熱熔片彈簧元件的共同基體與伸展的腿狀元件與上述印刷電路板上的導體對齊。
37.如權利要求34的方法，它進一步包括使上述熱熔片彈簧元件的沖擊電流要求和故障電流要求與上述金屬氧化物可變電阻的沖擊電流要求和故障電流要求發生聯系。
38.一伸展裝置(140)用于將至少一個熱熔片(76、118)彈簧安裝在一印刷電路板(139)上，上述熱熔片彈簧包括一具有一對腿(112、114)的彈簧構件(128)，每個腿有一鉤狀的腳形構件(124、132)，上述伸展裝置包括一基體(150)，它包括第一和第二端(152、154)、第一和第二側(156、150)和一在上述基體上的長形開口(16)；一固定在上述基體的第一端上的第一對齊元件(142)；一固定在上述基體的第二端上的第二對齊元件(144)；一固定在上述基體的第一側(156)上的第一長弧形構件(162)；和一固定在上述基體的第二側(158)上的第二長弧形構件(164)，上述基體的開口用于接納上述熱熔片彈簧的彈簧構件(128)，上述第一和第二長弧形構件則用于夾持上述熱熔片彈簧的鉤狀的腳形構件，彈簧構件的腿則從該處展開，以便與上述印刷電路板接合。
39.如權利要求38的伸展裝置，其特征為，上述至少一個熱熔片彈簧是多個熱熔片彈簧；以及每個上述第一和第二長弧形構件用于夾持上述熱熔片構件的多個鉤狀的腳形構件。
40.一沖擊保護裝置(70)，它用于供以來自動力源的電壓的負載，上述沖擊保護裝置包括多個用于接收上述電壓的接線端(P、G)；一印刷電路板(72)；和多個沖擊保護電路，每個沖擊保護電路包括一在上述印刷電路板上的熱熔片彈簧(76)；用于箝壓的裝置(74)；一熔片挽帶(78)，它在上述接線端之間與上述熱熔片彈簧和上述用于箝壓的裝置按串聯電連接，以便在上述接線端之間形成串聯的電連接，上述熔片挽帶包括至少一個在上述印刷電路板上的導電的挽帶(88、90)，還包括一在上述印刷電路板中的導電的通孔(92)，并與上述至少一個導電的挽帶電連接；以及上述熱熔片彈簧用于在上述用于箝壓的裝置的第一故障情況下斷開上述接線端之間的上述串聯的電連接；以及上述熱熔片彈簧和上述熔片挽帶用于在上述用于箝壓的裝置的第二故障情況下斷開上述接線端之間的上述串聯的電連接。
41.如權利要求40的沖擊保護裝置，其特征為，上述導電的通孔填以具有約175℃至約250℃的熔點的釬料(96)，以便在過電流情況下縮短上述至少一個導電的熔片挽帶的斷開時間。
42.如權利要求41的沖擊保護裝置，其特征為，上述熱熔片彈簧包括一與上述接線端的一個電連接的第一彈簧構件(114)和與上述熔片挽帶的一個第二彈簧構件(112)，至少一個上述第一和第二彈簧構件用釬料(102、100)釬焊至上述印刷電路板上，該釬料有約80℃至約120℃的熔點。
43.如權利要求40的沖擊保護裝置，其特征為，上述熔片挽帶的導電的通孔填以釬料(96)，以便在過電流條件下縮短上述至少一個導電的挽帶的斷開時間。
44.如權利要求40的沖擊保護裝置，其特征為，上述熱熔片彈簧和上述熔片挽帶在上述用于箝壓的裝置的預定的超電壓情況下協同提供上述用于箝壓的裝置與上述動力源的上述電壓的相配合的斷開。
全文摘要
一沖擊保護裝置,它包括用于接收動力源電源(41)的接線端(P、G、N)和沖擊保護電路,每個電路包括一熱熔片彈簧(76)、一個或更多的金屬氧化物可變電阻(MOV)(74、74A、74B)和一個和更多的與MOV對應的熔片挽帶(78、78A、78B)。熱熔片彈簧、一個熔片挽帶和對應的一個MOV在接線端之間按串聯電連接,以便在其間形成串聯的電連接。熱熔片彈簧用于在第一故障情況下斷開接線端之間的串聯的電連接,該故障情況包括第一電流(62)經過一個MOV第一持續時間。熱熔片彈簧和每一個熔片挽帶用于在第二故障情況下配合作用地斷開接線端之間的串聯的電連接,該故障情況包括以第二較短的持續時間經過一個MOV的第二較大的電流(65、68)。
文檔編號H01C7/12GK1381935SQ0211686
公開日2002年11月27日 申請日期2002年4月16日 優先權日2001年4月16日
發明者D·克拉德爾, J·芬克, C·T·哈, M·班杜雷, M·加翰姆, A－C·蒙多薩 申請人:伊頓公司