[发明专利]故障电流熔断电阻及方法

说明书

所涉及申请的相关参考文献

这是1995年3月7日提交的(美国)专利申请系列号No.08/400,046，题为“故障电流熔断电阻及方法”中部分的继续。

发明背景

在许多工业及应用场合中，极其需要能对相当大的电流及高AC和DC电压非常快速地断开的故障电流熔断电阻。而对于制造成本低及尺寸小的并以高安全性为特征的这种故障电流熔断电阻具有更大的需求。

举一个例子，具有一种功率系统的应用，其中在相当高DC电压下控制大电流的电路内使用了功率半导体器件(晶体管、晶闸管、可控硅整流器等等)。一种实例是如用于电力机车中的电动机的功率驱动装置。与控制电路或驱动电路相连接的功率半导体器件偶然发生内部短路，这可能引起由于短路的功率半导体器件形成的短路通路中的电路部分突然承受很大的故障电流及很高的故障电压。

上段所提供的一个故障电流状态的例子中，电流的建立不是渐渐或递增地达到一个超出值，而是电流以突然的大阶跃或跳跃从常规值变到超出值。“常规”是指在正常工作期间待抗故障电流保护的功率半导体电流部分(可能短路的路径)中出现的电流幅度；它通常为几毫安培至2安培的低电流。“超出值”是值在出现短路时在短路电流路径中实际上立即出现的电流值，它是大的故障电流，通常超过15安培，更典型地在通常超过125伏至1000伏或更高的电压下为50安培至500安培或更大。

非常急需要有一种经济的、快速动作的熔断装置，它可工作在上述那些或另外的相当大(超出)故障电流及高电压下。快速动作能有效地保护短路电流路径中的电流板铜迹及元件。

迄今就本申请人目前所知道的，能工作在相当高电压下及能截断相当大电流的故障电流熔断装置是尺寸很大的，和/或昂贵的，和/或慢动作的，和/或具有另外缺点的。

发明概述

根据本发明的装置及方法，提供了一种故障电流熔断电阻(FCFR)，当它受到上述(或另外)的相当大的故障电流及相当高的故障AC/DC电压时能非常快速地动作。该装置以可控制、密封及无爆炸的方式断开(切断)，因此实质上是安全的，并不会产生碎片。实际上它没有无抑制地燃弧或者说根本没有起弧。

根据本发明的方法，所述的产品或装置将设置在功率半导体电路或类似电路中，用于在仅是常规低电流通过它的情况下长时间周期地工作。但是，在突然出现故障电流时，流过电流的阶跃变化将产生故障电流的所述极快速的停止。

根据该装置的一优选实施例，一个相对低值的细长电阻元件(不是电阻丝)被夹在衬底及盖之间，并如用环氧树脂密封在其中间。在该密封装置内的电阻元件具有这样的特性，即当出现故障电流时，该电流能非常快速地被中止，并包括故障电压的必要阻断。

根据本发明的方法及产品，在导电膜中使用金属、最好是混合了玻璃的金属，以新颖的方式产生出惊人的效果。

优选的电阻元件是设置在基片(衬底)上的电阻膜，该膜具有相当低的电阻。

在电阻膜上沉积了一层面釉(或等同物)的膜。

在衬底上设有用于电阻膜的端子及图迹。在一个实施例中，端子及衬底以及图迹这样地设置及相关，即当常规电流状态期间能保证防止端子(及相应的电路板部分)的过热。

附图的简要说明

图1是实施本发明的一种FCFR的大比例放大平面图；

图2是沿图1中线2-2的更加放大的横截面图；

图3表示衬底的一面，在其上只有图迹及端子焊区；

图4是图3、5及6的后视图，用于表示端子焊区；

图5表示施加于衬底的电阻膜；及

图6表示施加在膜上及除端子焊区外的所有部分上的玻璃涂层；

图7表示FCFR和被保护的电路部分的组合，后者以框的形式概要地表示；

图8是本发明另一实施例的立体图，它的部分被剖割；

图9-14为涉及另一实施例的制造步骤的前视图；及

图15-16是表示又一实施例的前视图。

优选实施例的详细说明

尤其参照图1、5及6，一个细长的电阻元件10伸展在端子装置11、11(a)之间(图1)。元件10被容纳及密封装置12(图2)容纳及密封在内，装置12对于承受由故障电流引起的电阻元件的加热及开断具有足够的强度。

电阻元件10最好是基板或衬底13上的网板印刷电阻厚膜成分，衬底也形成了以下要描述的容纳及密封装置的一部分。另外的方式是，电阻元件可通过真空沉积、溅射沉积、“喷墨”或其它类似方式来形成。