[发明专利]充气式电涌放电器、激活化合物、点火条及相应方法

说明书

发明背景

本发明总体上涉及电子组件，尤其涉及电涌保护和充气管电涌放 电器。

对保护灵敏电子组件免遭过电压电涌的需要日益增加。在市场上 有不同的装置可用于该目的。其中某些装置可较好地适于某些应用。

通常有两种电涌保护分类，每一种分类包括不同类型的装置。电 涌保护装置的一种分类为“消弧电路”分类。消弧装置包括气隙、碳 块、硅控整流器(SCR)、电压可变材料(VVM)装置及本发明中的充 气管电涌放电器。电涌保护装置的另一分类为“箝位”分类。箝位装 置包括齐纳或雪崩二极管及金属氧化物压敏电阻器(MOV)。

“箝位”装置通过基于所施加的电压改变内部电阻而将电压瞬变 限制在规定水平。箝位装置本身吸收瞬变的能量。箝位装置具有相对 快的响应时间，但经受高电流的能力也相对有限。

通常，“消弧”装置通过响应于升高的电压水平突然从高阻抗状 态变为低阻抗状态而限制传给受保护电路的能量。在遭受足够的电压 水平时，正常情况下不导电的消弧装置开始导电。在导电的同时，跨 消弧装置的电弧电压余留相当低，例如，对于图3中所示的气体放电 管曲线，其为或低于15伏特。瞬变功率的大部分被大地或电路的电 阻元件耗散，但不消散到受消弧装置或充气管电涌放电器保护的电路 部分。这样的功率耗散使充气管电涌放电器能够比箝位装置经受更长 连续时间的高电压和/或高电流并保护负载免遭高电压和/或高电流 引起的损坏。

参考图1，一种已知的充气管电涌放电器10包括两个电极12和 14，所述电极被装配中空圆柱形陶瓷绝缘体16。在绝缘体16内，电 极12和14的内表面被涂覆激活化合物。参考图2A和2B，另一已知 充气管电涌放电器20包括两个外电极12和14，所述电极被装配两 个陶瓷绝缘体20和22，所述绝缘体由第三电极24分隔。两种放电 器10和20均包容气体，如氩或氖气。激活化合物有助于在过电压瞬 变事件时使气体导电。

充气管电涌放电器的运行参数包括：(i)静态或DC火花放电电 压，(ii)动态或电涌火花放电电压，(iii)熄灭电压，(iv)辉 光电压，(v)在交流情况下的载流容量，及(vi)单极脉冲电流。 这些运行参数可受不同因素影响，如：(i)电极的结构布局，(ii) 所使用气体的类型，(iii)气体保持在放电器内的压力，(iv)放 电器内一个或多个点火条的构型，及(v)位于电极活性表面上的激 活化合物。

激活化合物可包括多种组分。例如，一种已知的化合物包括三种 组分，即铝、溴化钠及钛酸钡。在可使用这种化合物的同时，需要新 的、能改善充气管电涌放电器的运行参数如上面列出的运行参数的激 活化合物。

发明内容

下面详细讨论了充气管电涌放电器的多个例子。放电器通常包括 连到绝缘外壳的至少两个电极。气体被充入由电极封闭的外壳内。激 活化合物施加到至少一所述电极上。在正常运行电压情况下，电流不 能从一个电极传导到另一电极。在过电压条件时，电压达到击穿点， 这时气体电离并产生导电路径。一旦电流通过所述装置，则电极涂层 用作电子源，保护金属电极并在所述装置超出其规定运行参数之前使 过电压条件能重复多次。在该时间段期间，如图3中所见，电压保持 在特定电压如约15伏特，及相应的电流能够流动，如被消散到大地， 从而使过电压条件的可能有害影响最小。

所述外壳可由任何适当的绝缘材料制成，如陶瓷、玻璃、塑料或 其任何适当组合。所述外壳至少总体上为圆柱形，或可以是可气密密 封以保持气体的任何适当形状。为此，外壳被制造成具有能够保持气 体的厚度并可经受与吸收大电涌电流如闪电电涌时出现的大电流相 关联的大的机械压力。

在一实施例中，采用单一外壳。电极附着在外壳的每一端处。在 另一实施例中，采用两个外壳。电极附着在每一外壳的外端处。第三 内电极夹在两个外壳之间。在一实施方式中，内电极的一侧或两侧上 涂覆有激活化合物。

外壳的内表面可包括或被沉积一个或多个点火条。例如，点火条 可以是石墨。点火条可具有选自下组的至少一特征：(i)由至少一 非石墨材料制成；(ii)由点阵图案形成；及(iii)包括至少一轴 向及至少一径向分布在外壳内表面上的多个点火条。