电路保护装置制造方法及图纸

本装置包括阈值转折器６、附加过电压保护器９和电容器７。阈值转折器６连接在电路的一对载流线路之间，附加过电压保护器９与阈值转折器６并联，电容器７与阈值转折器串联，而不与附加过电压保护器串联，电容器７的电容量在１００ｐｆ至２００ｎｆ范围内。附加过电压保护器的切换速率比阈值转折器慢，且最好是诸如火花放电器或气体放电管之类具有转折或急剧短路特性的器件。本装置可保护电路或元件免受电压瞬变，因其电容小而可用于极高频系统中。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及对电压瞬变的保护电路。利用各种方法例如闪电、静电放电或核电磁脉冲，可以在电路中产生电压瞬变现象。这些现象都可能在电缆和诸如飞机和船舶之类的结构中感生出非常大的电流，这些大电流能渗入电气系统中，使电气系统损坏，从而不是使硬件损坏例如使半导体烧毁，就是使电子系统混乱，例如引起传输损耗或丢失所存储的数据等。静电放电是从诸如人体之类的电容器极其快速的放电。这种放电能够在非常小的范围内发生，因而对单个电子元件是个很大的威胁。由闪电引起的感应电瞬变现象对电气/电子设备特别是(但不只是)宇航机中的电气/电子设备是一个威胁。对电气和电子设备威胁最大的是电磁脉冲，典型脉冲是脉冲宽度为几微秒、上升时间为几毫微秒的脉冲，其场强在伴随H场强为130安/米(设自由空间阻抗为377欧)的情况下约为105伏/米。通常，脉冲起破坏作用的幅值是在10千赫至100兆赫的频率范围内发生的。本专利技术提供一种对电压瞬变现象的保护电路装置，该保护装置包括一个阈值转折器(threshold foldback device)、一个附加过电压保护器和一个电容器。阈值转折器连接在电路的一对载流线路之间。附加过电压保护器与阈值转折器并联连接，且切换速率比阈值转折器慢。电容器具有电容量在100微微法至200毫微法的范围，它与阈值转折器串联连接，但不与附加过电压保护器串联连接。这里所使用的“阈值转折器”(Threshold foldback device)一词是指一种装置，该装置在低电压时，电阻大，例如至少10千欧，较好的至少100千欧，更好的至少为1兆欧，特别好的是至少为10兆欧，但在高电压(这种电压的最低值叫做“阈值电压”)时则其电压值从其高值降到低值，例如小于10欧。只有维持流过该装置的“保持”电流小，该装置才保持其低电阻状态，不然它就要自动恢复到其高电阻状态。阈值转折器的电容量最好至多100微微法，更理想的至多20微微法，特别好的是至多10微微法。阈值转折器最好包括诸如非晶质的硫族化物组合物为主的固态器件，特别是主要由硒和或硫连同锗、镓、砷或锑四者中之一最好是之二构成的组合物为主的器件。由于明显数量碲的存在可能导致在该组合物的高阻(或“断开”)状态电阻率下降到不允许的地步，因此该硫族化物组合物含至多10个原子百分数的碲为好，含至多5个原子百分数碲更好，尤其是基本不含碲最好。这种含硫族化物组合物的器件其优点在于，当它们经历电压瞬变时，它们就会极快地、通常在1毫微秒的内从其高阻状态转换成其低阻状态。另外这种硫族化物器件通常呈现很低的电容，例如在10微微法数量级以内。这种器件的例子在欧洲专利申请196，891、198，624、242，902、261，937、261，938和261，939(相应于美国专利申请170，576、945，640、214，913、99，947、218，511和99，931，这些公开文件列在这里供参考)已被公开。“转折器”这个词包含称之为“撬杆”器(“crowbar”device)的装置。可以用于这种电路的那些装置的实例包括齐纳(Zener)二极管、触发型半导体闸流管和类似物。这种电路最好只含有一个单一阈值转折器。本专利技术的装置可以极其有效地用以保护电路的负荷或元件使其免受电压瞬变现象的影响。这种装置的电容量通常小，例如至多100微微法，可用于工作频率高达约1千兆赫的极高频率信号和数据传输系统中而不致对信号或数据传输产生不利的影响。在大多数情况下，当电路经受瞬变时，跨在两过电压保护器上的电位差增加，直到达到阈值器的阈值电压时为止，这时负荷两端的电压下降到一个低值，该低值与阈值转折器的“导通”状态的电阻有关。阈值转折器一旦转入其低电阻状态，电容器就开始用瞬变电流充电，同时电容器两端的电位差，以及负荷两端的电位差都会开始上升。阈值转折器和附加过电压保护器可用一个电阻器分开，例如高达1千欧范围的电阻器，或转接，以使过电压保护器两端的电压能继续升高。随着瞬变现象持续下去，会达到这样一个时刻，这时时间消逝到足以使动作较慢的过电压保护器转入其低电阻状态，并将流过负荷的瞬变电流分流。附加过电压保护器通常设在固态转折器与信号传输线之间，用以保护阈值转折器使其免受极大瞬变的影响。较好的附加过电压保护器为诸如气体放电单元或“火花间隙”之类的转折器。这类装置能传输大量的电能，但其电容非常小。若采用这种附加器件则可用高达1千欧的一个串联电阻将其与固态转折器隔开，甚至在固态转折电路已转入其低电阻状态时，该电阻也能使另一电路保护器两端的电压升高到该装置的阈值电压。在本专利技术的装置中，电容器可起高通滤波器的作用，允许波形的低能高频前沿由阈值转折器处理，并允许波形的低速高能部分由附加的动作较慢的过电压保护器处理。正确选择电容器的电容值可以保持阈值转折器处于其安全工作区内，且确保电压不会因附加过电压保护器工作速率低而发生电压超调。电容器的电容值与许多因素有关，其中包括转折器的安全工作区、电路电源的阻抗和另一电路保护器的可靠转接电压和速率，但通常在100微微法至200毫微法，最好是在1至100毫微法，特别是10至50毫微法最好。本装置还可以加设其它器件。例如可在阈值转折器(或任何其它元件)与负荷之间的一条线路上装设一个可复位的熔断器型装置。这种装置在正常情况下电阻低，但会增加到极高值，英国专利申请8816632.7获得优先权的国际专利申请PCT/GB89/00797即公开了这种装置，这里把该公开的内容也包括进来作为参考。可以采用电压箝位器来在阈值转换器来得及转换之前限制电压超调。该电压箝位器可以从许多具有限压性能的装置例如背对背的二极管装置(其中的二极管可以包括半导体二极管、雪崩二极管或齐纳二极管)中来选取。该电压箝位器也可以包括MIM(金属绝缘体-金属)或nin器件或充气稳压。以英国专利申请8816630和8816631获得优先权的国际专利申请PCT/GB89/000809和PCT/GB89/00808公开了MIM和nin器件，这里把该介绍的内容也包括进来供参考。这里所使用的“nin器件”一词包括那些含非晶质硅层夹在含n±或p-掺杂物的掺杂层之间的器(这在我们的共同未决的专利申请中已充分描述了)。电压箝位器的电容最好至多50微微法，因此，nin器件比MIM器件更受欢迎。电压箝位器的箝位电压通常调定得使其高于电路的正常工作电压，例如约为正常工作电压的1.5倍，以使其不致干扰电路的工作，但也不致使负荷两端的电压在箝位之前过高。位于附加过电压保护器与信号传输线之间的一个串联的电路保护器中还可以装设另一种装置，该装置在过载持续时间特别长例如短路等的情况下会从低电阻状态变为高电阻状态，以切断电路。这种装置可以是例如PTC(正温度系数)器件电路保护装置，这在美国专利4，237，441、4，426，663、4，426，339和4，774，024以及欧洲专利申请38，713中都以描述了，这里也将该公开内容包括进来供参考。一种合适的装置由美国加利福尼亚州门路帕克的Raychem公司出售，商标名称为“Polyswitch”。在某些情况下，本专利技术的装置可按与上述不同的方式工作。例如，该电路可以经受到通常具有波前极其迅速地(例如以1000伏/毫微秒的速率)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用以保护电路免受电压瞬变的装置，其特征在于它包括：一个阈值转折器、一个附加过电压保护器和一个电容器，阈值转折器连接在电路的一对载流线路之间，附加过电压保护器与阈值转折器与阈值转折器并联连接，且其切换速率比阈值转折器慢，该电容器与阈值转折器串联连接，但不与附加过电压保护器串联连接，其电容值在１００微微法至２００毫微法的范围。

【技术特征摘要】
GB 1990-1-30 9002094.21.一种用以保护电路免受电压瞬变的装置，其特征在于它包括一个阈值转折器、一个附加过电压保护器和一个电容器，阈值转折器连接在电路的一对载流线路之间，附加过电压保护器与阈值转折器与阈值转折器并联连接，且其切换速率比阈值转折器慢，该电容器与阈值转折器串联连接，但不与附加过电压保护器串联连接，其电容值在100微微法至200毫微法的范围。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于该装置包括一与阈值转折器和过电压保护器并联连接的电压箝位器。3.如权利要求1或权利要求2的装置，其特征在于它包括一个电阻，该电阻的阻值使所有串联和并联元件的总阻抗与输入线的阻抗匹配。4.如权利要求1至3中任一权利要求所述的装置，其特征在于所述电压保护器是个转折器。5.如1至4任一权利要求所述的装置，其特征在于过电压保护器能够对连接到一对传输线的负荷的两端上的电能分流要比阈值转折器分流的多。6.如权利要求4所述的装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊安保罗阿特金斯，
申请(专利权)人：雷伊化学有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]