DE112016006889T5

DE112016006889T5 - Transiente Spannungsunterdrückungs-Vorrichtung mit thermischer Abschaltung

Info

Publication number: DE112016006889T5
Application number: DE112016006889.1T
Authority: DE
Inventors: Chuanfang Chin; Kueir-Liang Lu; Lei Shi; Tsungwen Mou
Original assignee: Littelfuse Semiconductor (Wuxi) Co Ltd
Current assignee: Littelfuse Semiconductor (Wuxi) Co Ltd
Priority date: 2016-05-23
Filing date: 2016-05-23
Publication date: 2019-02-21
Also published as: TWI718757B; TW201742093A; TWI695401B; TW202011441A; CN109564917B; US11139287B2; KR20190018650A; WO2017201656A1; CN109564917A; KR102612691B1; TWI695400B; US20200321327A1; TW202011442A

Abstract

Eine transiente Spannungsunterdrückung-(TVS)-Vorrichtung enthaltend eine TVS-Diode mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, eine auf der ersten Elektrode angeordnete Isolierplatte; eine erste, mit der Isolierplatte verbundene Anschlussleitung, eine zweite, mit der zweiten Elektrode verbundene Anschlussleitung und ein thermisches, die erste Anschlussleitung mit der ersten Elektrode verbindendes Trennelement, wobei das thermische Trennelement konfiguriert ist, eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Anschlussleitung und der ersten Elektrode zu schmelzen und zu unterbrechen, wenn eine Temperatur der TVS-Diode eine vorbestimmte Sicherheitstemperatur übersteigt.

Description

Gebiet der Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf das Gebiet der Schaltkreis-Schutzvorrichtungen und bezieht sich insbesondere auf eine transiente Spannungsunterdrückungs-Vorrichtung mit einem thermischen Abschaltungsmerkmal.
Gebiet der Offenbarung
Transiente Spannungsunterdrückungs-(TVS)-Dioden, die manchmal auch als Zenerdioden oder Avalanchedioden bezeichnet werden, werden häufig in elektronischen Schaltungen eingesetzt, um Vorrichtungen vor Schäden zu schützen, die sonst durch transiente (vorübergehende) Spannungssignale entstehen könnten. TVS-Dioden beinhalten typischerweise eine Reihe von miteinander verbundenen Siliziumplatten bzw. Siliziumplättchen, die gruppiert oder gestapelt sind. Die Anzahl, Größe, Anordnung und Zusammensetzung der Siliziumplatten in einer TVS-Diode bestimmt eine Spannungsbemessung (Nennspannung) der Diode.
Unter normalen, nicht-transienten Betriebsbedingungen bzw. -zuständen ist eine TVS-Diode in Sperrrichtung vorgespannt. Während transienter Bedingungen übersteigt jedoch eine Sperrrichtungs-Vorspannung an einer TVS-Diode eine Durchbruch-Sperrspannung der Diode, was zu einem Festhalten der transienten Spannung an der Durchbruchs-Sperrspannung führt und somit verhindert, dass die transiente Spannung eine maximale Spannung übersteigt, die von einer elektronischen Vorrichtung gehalten werden kann, die elektrisch mit der Diode verbunden ist.
Ein Mangel, der mit TVS-Dioden verbunden ist, besteht darin, dass, wenn eine TVS-Diode einem transienten Spannungssignal ausgesetzt wird, das die Spannungswerte der Diode übersteigt, die Diode überhitzen und ausfallen kann, was zu einem Kurzschluss in der Diode führen kann. (Ein Fließen von signifikanten Folgeströme durch die kurzgeschlossene Diode kann dann zugelassen werden und kann mit der Diode verbundene Geräte beschädigen.)
Unter Berücksichtigung dieser und anderer Überlegungen können die vorliegenden Verbesserungen nützlich sein.
Zusammenfassung
Diese Zusammenfassung ist vorgesehen, eine Auswahl von Konzepten in einer vereinfachten Form vorzustellen, die unten in der detaillierten Beschreibung weiter beschrieben werden. Diese Zusammenfassung ist nicht beabsichtigt, weder die Schlüsselmerkmale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren noch ist sie als ein Hilfsmittel bei der Bestimmung des Umfangs des beanspruchten Gegenstands beabsichtigt,.
Eine beispielhafte Ausführungsform einer transienten Spannungsunterdrückungs-(TVS)-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann eine TVS-Diode mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, einer auf der ersten Elektrode angeordnete Isolierplatte, einer ersten mit der Isolierplatte verbundenen Anschlussleitung, einer zweiten mit der zweiten Elektrode verbundenen Anschlussleitung und einem thermischen Trennelement bzw. einem thermischen Abschaltungselement, das die erste Anschlussleitung mit der ersten Elektrode verbindet, wobei das thermische Trennelement konfiguriert ist, eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Anschlussleitung und der ersten Elektrode zu schmelzen und zu unterbrechen, wenn eine Temperatur der TVS-Diode eine vorbestimmte Sicherheitstemperatur übersteigt.
Eine andere beispielhafte Ausführungsform einer TVS-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann eine erste TVS-Diode und eine zweite TVS-Diode, die durch ein thermisches Trennelement miteinander verbunden sind, wobei das thermische Trennelement konfiguriert ist, eine elektrische Verbindung zwischen der ersten TVS-Diode und der zweiten TVS-Diode zu schmelzen und zu unterbrechen, wenn eine Temperatur von mindestens einer der ersten TVS-Diode und der zweiten TVS-Diode eine vorgegebene Sicherheitstemperatur übersteigt, eine das thermische Trennselement umgebende und eine hohle Innenkammer definierende Isoliermanschette, eine erste Anschlussleitung, die mit einer Elektrode der ersten TVS-Diode verbunden ist, und eine zweite Anschlussleitung, die mit einer Elektrode der zweiten TVS-Diode verbunden ist, enthalten.
Eine andere beispielhafte Ausführungsform einer TVS-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann eine TVS-Diode mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, eine erste mit der ersten Elektrode verbundene Anschlussleitun, eine zweite mit der zweiten Elektrode über ein thermisches Trennelement verbundene Anschlussleitung enthalten, wobei das thermische Trennelement konfiguriert ist, eine elektrische Verbindung zwischen der zweiten Anschlussleitung und der zweiten Elektrode zu schmelzen und zu unterbrechen, wenn eine Temperatur der TVS-Diode eine vorbestimmte Sicherheitstemperatur übersteigt, wobei die TVS-Diode, die erste Anschlussleitung und die zweite Anschlussleitung in einem Gehäuse angeordnet sind, das ein Feststellelement beinhaltet, das die Bewegung der TVS-Diode in einer Richtung der zweiten Anschlussleitung einschränkt; und ein Federelement, das zwischen einem Abschnitt des Gehäuses und der zweiten Anschlussleitung unter Druck gehalten wird, wobei das Federelement die zweite Anschlussleitung von der zweiten Elektrode weg vorspannt.
Figurenliste

1a ist eine perspektivische Ansicht, die eine beispielhafte Ausführungsform einer transienten Spannungsunterdrückungs-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
1b ist eine perspektivische Ansicht, die die in 1a dargestellte transiente Spannungsunterdrückungs-Vorrichtung mit einem Niedertemperatur-Klebstoffmaterial darstellt, das ein thermisches Trennelement der Vorrichtung bedeckt;
1c ist eine perspektivische Ansicht, die die in 1a dargestellte transiente Spannungsunterdrückungs-Vorrichtung mit einer elektrisch isolierenden Außenbeschichtung veranschaulicht;
2a ist eine perspektivische Ansicht, die eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer transienten Spannungsunterdrückungs-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
2b ist eine perspektivische Ansicht, die die in 2a gezeigte transiente Spannungsunterdrückungs-Vorrichtung mit einer, ein thermisches Trennelement der Vorrichtung umgebenden Isoliermanschette veranschaulicht.
2c ist eine die in 2b gezeigte Isoliermanschette veranschaulichende Querschnittsdetailansicht,
2d ist eine perspektivische Ansicht, die die in 2a gezeigte transiente Spannungsunterdrückungs-Vorrichtung mit einer elektrisch isolierenden Außenbeschichtung darstellt;
3a ist eine perspektivische Ansicht, die eine andere beispielhafte Ausführungsform einer transienten Spannungsunterdrückungs-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
3b ist eine perspektivische Ansicht, die die in 3a gezeigte transiente Spannungsunterdrückungs-Vorrichtung mit einem thermischen Trennelement der Vorrichtung im geöffneten Zustand veranschaulicht;
3c ist eine perspektivische Ansicht, die die in 3a gezeigte transiente Spannungsunterdrückungs-Vorrichtung mit einem vollständig montierten Gehäuse der Vorrichtung darstellt.

Detaillierte Beschreibung
Mehrere Ausführungsformen einer transienten Spannungsunterdrückung-(TVS)-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung werden nun anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der TVS-Vorrichtung dargestellt werden, näher beschrieben werden. Das TVS-Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen verkörpert sein und sollte nicht als auf die hierin dargelegten Ausführungsformen beschränkt ausgelegt werden. Vielmehr werden diese Ausführungsformen bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich und vollständig ist und den Umfang der TVS-Vorrichtung den Fachleuten vollständig vermittelt. In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Ziffern auf gleiche Elemente, sofern nicht anders angegeben.
Unter Bezugnahme auf 1a - 1c ist eine TVS-Vorrichtung (im Folgenden „die Vorrichtung 10“) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Wie am besten in 1a gezeigt kann die Vorrichtung 10 eine TVS-Diode 12 enthalten, die durch einen Stapel oder eine Gruppe von miteinander verbundenen Siliziumplatten bzw. Siliziumplättchen 14 definiert ist. Die Siliziumplatten 14 können eine erste Elektrode 16 auf einer ersten, oberen Seite der TVS-Diode 12 und eine zweite Elektrode 18 auf einer zweiten, unteren Seite der TVS-Diode 12 definieren. Während eines normalen Betriebs der Vorrichtung 10 fließt elektrischer Strom durch die TVS-Diode 12 zwischen der ersten und zweiten Elektrode 16, 18 wie im Folgenden näher beschrieben. Wie von den Fachleuten wahrgenommen wird, kann die TVS-Diode 12 eine Durchbruchs-Sperrspannung und eine Spannungseinstufung aufweisen, die durch die Anzahl, Größe, Anordnung und Zusammensetzung der Siliziumplatten 14 bestimmt werden.
Die Vorrichtung 10 kann ferner eine Isolierplatte 20 beinhalten, die an der ersten Elektrode 16 angeordnet ist. Die Isolierplatte 20 kann an der ersten Elektrode 16 befestigt oder verbunden werden (z. B. mit nicht-leitfähigem Klebstoff), aber dies ist nicht kritisch. Die Isolierplatte 20 kann aus irgendeinem elektrisch isolierenden, wärmebeständigen Material gebildet werden, einschließlich Keramik, Glas, Kunststoff, Gummi, verschiedener Verbundwerkstoffe usw., aber nicht beschränkt auf. Eine elektrisch leitfähige erste Anschlussleitung 22 kann mit der Isolierplatte 20 verbunden sein, beispielsweise mit Klebstoff oder anderen Befestigungsmitteln. Eine elektrisch leitfähige zweite Anschlussleitung 24 kann direkt mit der zweiten Elektrode 18 der TVS-Diode 12 (d. h. ohne dazwischenliegende Isolierplatte) verbunden sein, beispielsweise mit einem Lotmittel oder einem leitfähigen Klebstoff, um eine direkte elektrische Verbindung damit herzustellen. Die erste und zweite Anschlussleitung 22, 24 können die elektrische Verbindung der Vorrichtung 10 mit anderen Vorrichtungen innerhalb einer Schaltkreises erleichtern.
Die Vorrichtung 10 kann weiterhin Bezug nehmend auf 1a ferner ein thermisches Trenn- bzw. Abschaltungselement 26 enthalten, das zwischen der ersten Anschlussleitung 22 und der ersten Elektrode 16 der TVS-Diode 12 angeordnet ist. Das thermische Trennelement 26 kann ein Sicherungselement 28 enthalten, das mit der ersten Anschlussleitung 22 und der ersten Elektrode 16 elektrisch leitende Niedertemperatur-Verbindungen 30, 32 verbunden ist. Die Niedertemperatur-Verbindungen 30, 32 können beispielsweise aus Niedertemperatur-Leitpaste oder Niedertemperatur-Lot gebildet sein. Das Sicherungselement 28 und die Niedertemperatur-Verbindungen 30, 32 können eine Schmelztemperatur aufweisen, die nahe und vorzugsweise unterhalb einer vorgegebenen „Sicherheitstemperatur“ der TVS-Diode 12 liegt. Die „Sicherheitstemperatur“ kann eine höchste, sichere Betriebstemperatur der TVS-Diode 12 sein, oberhalb der die TVS-Diode 12 ausfallen und sich kurzschließen kann. Wenn also das Sicherungselement 28 und die Niedertemperatur-Verbindungen 30, 32 auf Temperaturen erwärmt werden, die sich der Sicherheitstemperatur nähern (z. B. durch Wärme, die von der TVS-Diode 12 während eines transienten (vorübergehenden) Zustands abgestrahlt wird), können das Sicherungselement 28 und die Niedertemperatur-Verbindungen 30, 32 schmelzen, wodurch der leitende Pfad zwischen der ersten Anschlussleitung 22 und der ersten Elektrode 16 unterbrochen wird. Das Sicherungselement 28 kann auch eine Nennstromstärke (Strombemessung) bzw. einen Nennstrom aufweisen, die einem Überstrom entspricht, der dazu führt, dass das Sicherungselement 28 schmilzt und sich trennt, wenn das Sicherungselement 28 einem solchen Überstrom (z. B. während eines transienten Zustands) auf die Art einer herkömmlichen Sicherung ausgesetzt wird.
Unter Bezugnahme auf 1b kann eine Menge an nicht-leitfähigem Niedertemperatur-Klebstoffmaterial 34 auf dem thermischen Trennelement 26 angeordnet werden (das Klebematerial 34 ist in 1a aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt). In einem nicht beschränkenden Beispiel kann das Klebstoffmaterial 34 ein Schmelzkleber sein, obwohl andere nicht-leitfähige Niedertemperatur-Klebstoffmaterialien in Betracht gezogen werden und ebenfalls implementiert werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Wenn das Klebstoffmaterial 34 fest ist (d. h. bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur des Klebstoffmaterials34), kann das Klebstoffmaterial 34 das thermische Trennelement 26 umgeben, sodass, wenn die Vorrichtung 10 von einer schützenden, elektrisch isolierenden äußeren Umhüllung 36 (z. B. Kunststoff) wie in 1c gezeigt umgeben wird, wird die äußere Umhüllung 36 einen gewölbten oder erhöhten Abschnitt 38 definieren, der das thermische Trennelement 26 umgibt. Das Klebstoffmaterial 34 kann eine Schmelztemperatur aufweisen, die nahe und vorzugsweise unterhalb der oben beschriebenen Sicherheitstemperatur der TVS-Diode 12 liegt. Wenn das Klebstoffmaterial also auf Temperaturen erwärmt wird, die sich der Sicherheitstemperatur annähern (z. B. durch Wärme, die von der TVS-Diode 12 während eines transienten Zustands abgestrahlt wird), kann das Klebstoffmaterial 34 schmelzen und einen leeren Raum innerhalb des erhöhten, das thermische Trennelement 26 umgebenden Abschnitts 38 bilden.
Wenn das Sicherungselement 28 und die Niedertemperatur-Verbindungen 30, 32 des thermischen Abschaltungselements 26 schmelzen, die nach oder im Wesentlichen gleichzeitig mit dem Schmelzen des Klebstoffmaterials 34 auftreten können und die infolge von Wärme entstehen können, die von der TVS-Diode 12 während eines transienten Zustands und/oder infolge eines Überstroms über dem Nennstrom des Sicherungselements 28 während eines transienten Zustands abgestrahlt wird, können das geschmolzene Sicherungselement 28 und die Niedertemperatur-Verbindungen 30, 32 in den umgebenden, durch das geschmolzene Klebstoffmaterial 34 freigegebenen leeren Raum fließen oder sich ausbreiten, wodurch elektrische Lichtbogenbildung abgeschwächt wird, die sonst auftreten könnte, wenn die geschmolzenen leitenden Komponenten auf einen engen Raum begrenzt würden und keine Ausbreitung zugelassen würde.
Während des normalen Betriebs der Vorrichtung 10 kann ein elektrischer Stromfluss zwischen der ersten und zweiten Anschlussleitung 22, 24 durch das thermische Trennelement 26 und die TVS-Diode 12 zugelassen werden und die TVS-Diode 12 kann auf herkömmliche Weise arbeiten, um Spannungen festzuhalten, die die Durchbruchspannung der TVS-Diode 12 überschreiten, um angeschlossene Vorrichtungen zu schützen. Wenn jedoch die Spannung über der Vorrichtung 10 die Nennspannung der TVS-Diode 12 übersteigt, kann die Temperatur der TVS-Diode 12 über die Sicherheitstemperatur ansteigen und die TVS-Diode 12 kann eine Wärmemenge abstrahlen, die dazu führt, dass das Sicherungselement 28, die Niedertemperatur-Verbindungen 30, 32 und das Klebstoffmaterial 34 auf ihre jeweilige Schmelztemperatur erwärmt werden. Zusätzlich oder alternativ kann der durch das Sicherungselement 28 fließende Strom den Nennstrom des Sicherungselements 28 überschreiten. So können das Sicherungselement 28, die Niedertemperatur-Verbindungen 30, 32 und das Klebstoffmaterial 34 schmelzen und sich auf die vorstehend beschriebene Weise trennen, wodurch der leitfähige Pfad zwischen der ersten Anschlussleitung 22 und der ersten Elektrode 16 der TVS-Diode 12 unterbrochen wird. Selbst wenn ein transienter Überspannungszustand die TVS-Diode 12 schädigt und kurzschließt, wird somit ein Fluss von Folgeströmen durch die Vorrichtung 10 verhindert.
Unter Bezugnahme nun auf die 2a-2d wird eine TVS-Vorrichtung (nachfolgend „die Vorrichtung 110“) gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Wie am besten in 2a dargestellt, kann die Vorrichtung 110 erste und zweite TVS-Dioden 112, 113 enthalten, die durch entsprechende Stapel oder Gruppen von miteinander verbundenen Siliziumplatten 114, 115 definiert sind. Die erste und zweite TVS-Diode 112, 113 können mit einem thermischen Trennelement 126, das ein Sicherungselement 128 sein kann oder enthalten kann (unten detaillierter beschrieben) in Reihe verbunden sein. Wie von den Durchschnittsfachleuten wahrgenommen wird, können die erste und zweite TVS-Diode 112, 113 eine jeweilige Durchbruchspannung und Nennspannung aufweisen, die durch die Anzahl, Größe, Anordnung und Zusammensetzung ihrer jeweiligen Siliziumplatten 114, 115 vorgegeben sind.
Das Sicherungselement 128 kann eine Schmelztemperatur aufweisen, die nahe und vorzugsweise unterhalb der vorgegebenen „Sicherheitstemperaturen“ der TVS-Dioden 112, 113 liegt. Die „Sicherheitstemperaturen“ können die höchsten, sicheren Betriebstemperaturen der TVS-Dioden 112, 113 sein, oberhalb der die TVS-Dioden 112, 113 ausfallen und kurzgeschlossen sein können. Wenn also das Sicherungselement 128 auf eine Temperatur erwärmt wird, die sich den Sicherheitstemperaturen nähert (z. B. durch Wärme, die von einer oder beiden TVS-Dioden 112, 113 während eines transienten Zustands abgestrahlt wird), kann das Sicherungselement 128 schmelzen und dadurch den leitenden Pfad zwischen den TVS-Dioden 112, 113 unterbrechen. Die Sicherheitstemperaturen der TVS-Dioden 112, 113 können die gleichen oder unterschiedlich sein. Das Sicherungselement 128 kann auch einen Nennstrom aufweisen, der einem Überstrom entspricht, der das Sicherungselement 128 zum Schmelzen und Trennen veranlasst, wenn das Sicherungselement 128 einem solchen Überstrom (z. B. während eines transienten Zustands) in der Art einer herkömmlichen Sicherung ausgesetzt wird.
Die Vorrichtung 110 kann ferner elektrisch leitende erste und zweite Anschlussleitungen 122, 124 enthalten, die mit einer ersten und zweiten Elektrode 116, 118 der ersten beziehungsweise der zweiten TVS-Diode 112, 113 verbunden werden können, wie beispielsweise mit einem Lötmittel oder einem leitfähigen Klebstoff, um direkte elektrische Verbindungen dazwischen herzustellen. Die erste und zweite Anschlussleitung 122, 124 können die elektrische Verbindung der Vorrichtung 110 mit anderen Vorrichtungen innerhalb einer Schaltung möglich machen.
Unter Bezugnahme auf 2b kann die Vorrichtung 110 ferner eine Isoliermanschette 134 (transparent dargestellt) beinhalten, die das Sicherungselement 128 des thermischen Trennelements 126 zwischen den TVS-Dioden 112, 113 umgibt. Die Isoliermanschette 134 kann von irgendeinem elektrisch isolierenden, wärmebeständigen Material gebildet werden, einschließlich Keramik, Glas, Kunststoff, Gummi, verschiedenen Verbundwerkstoffen usw., aber nicht darauf beschränkt. Die Isoliermanschette 134 kann eine hohle Innenkammer 135 (2c) definieren, die einen leeren, geschlossenen Raum bereitstellt, der das Sicherungselement 128 radial umgibt.
Wenn das Sicherungselement 128 schmilzt, was aufgrund von den TVS-Dioden 112, 113 abgestrahlter Wärme während eines transienten Zustands und/oder aufgrund eines Überstroms über dem Nennstrom des Sicherungselements 128 während eines transienten Zustands auftreten kann, kann das geschmolzene Sicherungselement 128 in den umgebenden, von der Innenkammer 135 bereitgestellten leeren Raum fließen oder sich ausbreiten, wodurch elektrische Lichtbogenbildung abgeschwächt wird, die sonst auftreten könnten, wenn das geschmolzene Sicherungselement 128 auf einen engen Raum begrenzt keine Ausbreitung zugelassen wird. Ausführungsformen der Vorrichtung 110 werden in Betracht gezogen, in denen die Innenkammer 135 der Isoliermanschette 134 mit einem Lichtbogen-Löschmaterial (z. B. Sand) gefüllt werden kann, das nach dem Schmelzen des Sicherungselements 128 weiter zur Abschwächung der Lichtbogenbildung beitragen kann. Wie in 2d gezeigt, können die TVS-Dioden 112, 113 und die Isoliermanschette 134 mit einer schützenden, elektrisch isolierenden äußeren Umhüllung 138 (z. B. Kunststoff) abgedeckt werden.
Während des normalen Betriebs der Vorrichtung 110 kann ein elektrischer Stromfluss zwischen der ersten und zweiten Anschlussleitung 122, 124 durch die erste und zweite TVS-Diode 112, 113 und das thermische Trennelement 126 zugelassen werden und die erste und zweite TVS-Diode 112, 113 können auf herkömmliche Weise betrieben werden, Spannungen festzuhalten, die die Sperrspannungs-Durchbruchspannungen der ersten und zweiten TVS-Diode 112, 113 überschreiten, um angeschlossene Vorrichtungen zu schützen. Wenn die Spannung über der Vorrichtung 110 die Nennspannung einer oder beider der ersten und zweiten TVS-Diode 112, 113 übersteigt, kann die Temperatur einer oder beider der ersten und zweiten TVS-Diode 112, 113 jedoch über ihre jeweilige Sicherheitstemperatur ansteigen, was dazu führt, dass eine oder beide der ersten und zweiten TVS-Diode 112, 113 eine Wärmemenge abstrahlen, die bewirkt, dass das Sicherungselement 128 auf seine Schmelztemperatur erwärmt wird. Zusätzlich oder alternativ kann der durch das Sicherungselement 128 fließende Strom die Nennstromstärke des Sicherungselements 128 überschreiten. Das Sicherungselement 128 kann daher in der vorstehend beschriebenen Weise schmelzen, wodurch der leitende Pfad zwischen der ersten und zweiten TVS-Diode 112, 113 unterbrochen wird. Selbst wenn ein transienter Überspannungszustand die erste und zweite TVS-Diode 112, 113 beschädigt und kurzgeschlossen hat, wird verhindert, dass Folgeströme durch die Vorrichtung 110 fließen.
Unter Bezugnahme nun auf die 3a - 3c wird eine TVS-Vorrichtung (nachfolgend „die Vorrichtung 210“) gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Unter Bezugnahme auf 3a kann die Vorrichtung 210 eine TVS-Diode 212 beinhalten, die von einem Stapel oder einer Gruppe von miteinander verbundenen Siliziumplatten 214 definiert wird. Die Siliziumplatten 214 können eine erste Elektrode 216 auf einer ersten, oberen Seite der TVS-Diode 212 und eine zweite Elektrode 218 auf einer zweiten, unteren Seite der TVS-Diode 212 definieren. Während des normalen Betriebs der Vorrichtung 210 wird ein elektrischer Stromfluss durch die TVS-Diode 212 zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 216, 218 wie unten detaillierter beschrieben ermöglicht. Wie von den Durchschnittsfachleuten wahrgenommen wird, kann die TVS-Diode 212 eine Sperrspannungs-Durchbruchspannung und eine Nennspannung aufweisen, die durch die Anzahl, Größe, Anordnung und Zusammensetzung der Siliziumplatten 214 bestimmt werden.
Die Vorrichtung 210 kann ferner eine elektrisch leitfähige erste und eine elektrisch leitfähige zweite Anschlussleitung 222, 224 enthalten, die elektrisch mit der ersten beziehungsweise der zweiten Elektrode 216, 218 der TVS-Diode 212 verbunden sein können, um eine elektrische Verbindung der Vorrichtung 210 mit anderen Vorrichtungen innerhalb einer Schaltung möglich zu machen. Die zweite Anschlussleitung 224 kann mit der zweiten Elektrode 218 durch ein thermisches Trennelement 226 verbunden sein, das eine elektrisch leitfähige Niedertemperatur-Verbindung 232 sein kann oder beinhalten kann. Die Niedertemperatur-Verbindung 232 kann beispielsweise von einer leitfähigen Niedertemperatur-Paste oder einem Niedertemperatur-Lötmittel gebildet werden. Die Niedertemperatur-Verbindung 232 kann eine Schmelztemperatur aufweisen, die nahe und vorzugsweise unterhalb einer vorgestimmten „Sicherheitstemperatur“ der TVS-Diode 212 liegt. Die „Sicherheitstemperatur“ kann eine höchste, sichere Betriebstemperatur der TVS-Diode 212 sein, oberhalb der die TVS-Diode 212 ausfallen und sich kurzschließen kann. Wenn also die Niedertemperatur-Verbindung 232 auf eine Temperatur erwärmt wird, die sich der Sicherheitstemperatur annähert (z. B. durch Wärme, die von der TVS-Diode 212 während eines transienten Zustands abgestrahlt wird), kann die Niedertemperaturverbindung 232 somit schmelzen und der leitende Pfad durch die Vorrichtung 210 kann wie unten näher beschrieben unterbrochen werden.
Die TVS-Diode 212 und die erste und zweite Anschlussleitung 222, 224 können in einem schützenden, elektrisch isolierenden Gehäuse 233 angeordnet sein, das beispielsweise aus Kunststoff gebildet werden kann. Eine Epoxidharzgussverbindung oder ein ähnliches Material kann auf die Vorrichtung 210 aufgebracht werden, um das Innere der Vorrichtung 210 abzudichten und ausgehärtet eine Vorderwand 237 (gezeigt in 3c) des Gehäuses 233 zu definieren, von welcher die erste und zweite Anschlussleitung 222, 224 hervorstehen. Die Vorderwand 237 ist in den 3a und 3b aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen worden. Das Gehäuse 233 kann integrierte Feststelleinrichtungen 236a - d enthalten, die die TVS-Diode 212 umgeben und die Bewegung der TVS-Diode 212 in Richtung der ersten und zweiten Anschlussleitung 222, 224 einschränken (z. B. auf und ab, wie in 3a dargestellt). Das Innere der Vorrichtung 210 einschließlich der ersten und zweiten Anschlussleitung 222, 224 und der Feststellelemente 236a - d kann mit einem wärmebeständigen Material (z. B. Silikongel) beschichtet sein. Das wärmebeständige Material kann das Innere der Vorrichtung 210 thermisch isolieren, um die die Vorrichtung 210 umgebenden Vorrichtungen vor Wärme zu schützen, die von der TVS-Diode 212 während eines transienten Zustands erzeugt werden kann. Das wärmebeständige Material kann die TVS-Diode 212 zusätzlich gegen das Eindringen von Ionen abschirmen. Darüber hinaus kann das wärmebeständige Material, während es im Vergleich zu der vorstehend beschriebenen Epoxidharzgussverbindung, nachdem die Epoxidharzgussverbindung ausgehärtet worden ist, relativ weich ist, einen physikalischen Halt für die die Epoxidharzgussverbindung bereitstellen, wenn die die Epoxidharzgussverbindung in einem ungehärteten Zustand aufgetragen wird, und als Pufferschicht fungieren, die verhindert, dass die Epoxidharzgussverbindung um die zweite Anschlussleitung 224 umschließt und aushärtet. Da das wärmebeständige Material im Vergleich zur ausgehärteten die Epoxidharzgussverbindung relativ weich ist, kann zugelassen werden, dass sich die zweite Anschlussleitung 224 innerhalb des wärmebeständigen Materials (wie weiter unten beschrieben) bewegt, obwohl die zweite Anschlussleitung 224 von dem wärmebeständigen Material umgeben ist.
Die Vorrichtung 210 kann weiterhin unter Bezugnahme auf 3a ein Federelement 235 beinhalten, das während des normalen Betriebs der Vorrichtung 210 zwischen dem Inneren des Gehäuses 233 und einem Teil der zweiten Anschlussleitung 224 in einer Weise zusammengedrückt gehalten wird, die die zweite Anschlussleitung 224 von der zweiten Elektrode 218 der TVS-Diode 212 weg vorspannt. So kann zum Beispiel, wie in 3a gezeigt, das Federelement 235 zwischen der Feststelleinrichtung 236d und einem horizontal ausgerichteten Abschnitt 240 der zweiten Anschlussleitung 224, der in einem Winkel von 90 Grad zu einem vertikal ausgerichteten Abschnitt 242 der zweiten Anschlussleitung 224 gebogen ist, der sich unmittelbar von der die zweite Elektrode 218 erstreckt, unter Druck gehalten sein. Wenn die Niedertemperatur-Verbindung 232 fest ist (d. h. bei niedrigen Temperaturen), kann die von der Niedertemperatur-Verbindung 232 bereitgestellte Verbindung stark genug sein, um der Kraft des komprimierten Federelements 235 zu widerstehen und eine elektrische Verbindung zwischen der zweiten Anschlussleitung 224 und der zweiten Elektrode 218 aufrechtzuerhalten. Wenn die Niedertemperatur-Verbindung 232 geschmolzen ist, kann die Verbindung jedoch aufgebrochen werden und das Federelement 235 kann die zweite Anschlussleitung 224 verbiegen oder wie in 3b gezeigt von der zweiten Elektrode 218 wegkrümmen oder -biegen, wodurch ein erheblicher Zwischenraum zwischen der zweiten Anschlussleitung 224 und der zweiten Elektrode 218 entsteht, um elektrische Lichtbogenbildung abzuschwächen, die sonst auftreten könnten, wenn die zweite Anschlussleitung 224 während eines transienten Zustandes in unmittelbarer Nähe der zweiten Elektrode 218 verbliebe.
Während eines normalen Betriebs der Vorrichtung 210 kann ein elektrischer Stromfluss zwischen der ersten und zweiten Anschlussleitung 222, 224 durch die TVS-Diode 212 zugelassen werden, und die TVS-Diode 212 kann auf konventionelle Weise betrieben werden, um Spannungen zu halten, welche die Sperrspannungs-Durchbruchspannung der TVS-Diode 212 überschreiten, um angeschlossene Vorrichtungen zu schützen. Wenn die Spannung über der TVS-Diode 212 die Nennspannung der TVS-Diode 212 übersteigt, kann die Temperatur der TVS-Diode 212 jedoch über die Sicherheitstemperatur ansteigen und die TVS-Diode 212 kann eine Wärmemenge abstrahlen, die dazu führt, dass die Niedertemperatur-Verbindung 232 auf ihre Schmelztemperatur erwärmt wird. Die Niedertemperatur-Verbindung 232 kann daher schmelzen, wobei dem Federelement 235 ermöglicht wird, die zweite Anschlussleitung 224 wie vorstehend beschrieben von der zweiten Elektrode 218 wegzubewegen, wodurch der leitende Pfad durch die Vorrichtung 210 unterbrochen wird. Selbst wenn ein transienter Überspannungszustand die TVS-Diode 212 beschädigt und kurzschließt, wird somit verhindert, dass Folgeströme durch die Vorrichtung 210 fließen.
Wie hierin benutzt sollte ein in dem Singular rezitiertes und mit dem Wort „ein“ oder „eine“ eingeführtes Element oder Vorgang als mehrere Elemente oder Vorgänge nicht ausschließend verstanden werden, soweit ein Ausschluss nicht explizit vorgebracht wird. Weiter sind Bezugnahmen auf „eine Ausführungsform“ der vorliegenden Offenbarung nicht beabsichtigt, als die Existenz zusätzlicher Ausführungsformen, die die angegebenen Merkmale auch enthalten, ausschließend interpretiert zu werden.
Während die vorliegende Offenbarung auf bestimmte Ausführungsformen verweist, sind zahlreiche Modifikationen, Änderungen und Umstellungen der beschriebenen Ausführungsformen möglich, ohne von dem Gebiet und dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert sind. Dementsprechend ist beabsichtigt, dass sich die vorliegende Offenbarung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern dass sie den vollen Umfang hat, der durch die Sprache der folgenden Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist.

Claims

Transiente Spannungsunterdrückung-(TVS)-Vorrichtung umfassend: eine TVS-Diode mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode; eine auf der ersten Elektrode angeordnete Isolierplatte; eine erste, mit der Isolierplatte verbundene Anschlussleitung; eine zweite, mit der zweiten Elektrode verbundene Anschlussleitung; ein thermisches, die erste Anschlussleitung mit der ersten Elektrode verbindendes Trennelement, wobei das thermische Trennelement konfiguriert ist, eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Anschlussleitung und der ersten Elektrode zu schmelzen und zu unterbrechen, wenn eine Temperatur der TVS-Diode eine vorbestimmte Sicherheitstemperatur übersteigt.
TVS-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die TVS-Diode einen Stapel von Siliziumplatten umfasst.
TVS-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das thermische Trennelement ein Sicherungselement umfasst, das konfiguriert ist, zu trennen, wenn das Sicherungselement einem Strom ausgesetzt wird, der eine Strombemessung des Sicherungselements übersteigt.
TVS-Vorrichtung nach Anspruch 3, worin das thermische Trennelement ferner Niedertemperatur-Verbindungen umfasst, die Enden des Sicherungselements mit der ersten Anschlussleitung und der ersten Elektrode verbinden.
TVS-Vorrichtung nach Anspruch 1 ferner umfassend eine Menge an nicht leitfähigem Klebstoffmaterial, das das thermische Trennelement bedeckt.
TVS-Vorrichtung nach Anspruch 5 wobei das nicht-leitende Klebstoffmaterial ein Schmelzkleber ist.
TVS-Vorrichtung nach Anspruch 5 ferner umfassend eine elektrisch isolierende äußere, die TVS-Diode, das thermische Trennelement und das nicht-leitende Klebstoffmaterial einkapselnde Umhüllung.
Transiente Spannungsunterdrückung (TVS) Vorrichtung umfassend: eine erste TVS-Diode und eine zweite TVS-Diode, die durch ein thermisches Trennelement miteinander verbunden sind, wobei das thermische Trennelement konfiguriert ist, um eine elektrische Verbindung zwischen der ersten TVS-Diode und der zweiten TVS-Diode zu schmelzen und zu unterbrechen, wenn eine Temperatur von mindestens einer der ersten TVS-Diode und der zweiten TVS-Diode eine vorbestimmte Sicherheitstemperatur übersteigt; eine Isoliermanschette, die das thermische Trennelement umgibt und eine hohle Innenkammer definiert; eine erste, mit einer Elektrode der ersten TVS-Diode verbundene Anschlussleitung; und eine zweite, mit einer Elektrode der zweiten TVS-Diode verbundene Anschlussleitung.
TVS-Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei mindestens eine der ersten TVS-Diode und die zweite TVS-Diode einen Stapel von Siliziumplatten bzw. Siliziumplättchen umfasst.
TVS-Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das thermische Trennelement ein Sicherungselement umfasst, das konfiguriert ist, zu trennen, wenn das Sicherungselement einem Strom ausgesetzt wird, der eine Strombemessung des Sicherungselements übersteigt.
TVS-Vorrichtung nach Anspruch 8 ferner umfassend eine elektrische Isoliermanschette, die zwischen der ersten TVS-Diode und der zweiten TVS-Diode angeordnet ist und eine hohle Innenkammer definiert, die das thermische Trennelement umgibt.
TVS-Vorrichtung nach Anspruch 8 ferner umfassend ein Lichtbogenlöschmaterial, das innerhalb der elektrischen Isoliermanschette angeordnet ist.
TVS-Vorrichtung nach Anspruch 8 ferner umfassend eine elektrisch isolierende äußere, die erste und zweite TVS-Diode und das thermische Trennelement einkapselnde Umhüllung.
Transiente Spannungsunterdrückung-(TVS)-Vorrichtung umfassend: eine TVS-Diode mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode; eine erste, mit der ersten Elektrode verbundene Anschlussleitung; eine zweite, über ein thermisches Trennelement mit der zweiten Elektrode verbundene Anschlussleitung, wobei das thermische Trennelement konfiguriert ist, um eine elektrische Verbindung zwischen der zweiten Anschlussleitung und der zweiten Elektrode zu schmelzen und zu unterbrechen, wenn eine Temperatur der TVS-Diode eine vorbestimmte Sicherheitstemperatur übersteigt; die TVS-Diode, die erste Anschlussleitung und die zweite Anschlussleitung, die innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind, umfassend: ein Feststellelement, das die Bewegung der TVS-Diode in Richtung der zweiten Anschlussleitung einschränkt; und ein Federelement, das zwischen einem Abschnitt des Gehäuses und der zweiten Anschlussleitung unter Druck gehalten wird, wobei das Federelement die zweite Anschlussleitung von der zweiten Elektrode weg vorspannt.
TVS-Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die TVS-Diode einen Stapel von Siliziumplatten bzw. Siliziumplättchen umfasst.
TVS-Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei das thermische Trennelement einen leitenden Klebstoff umfasst.
TVS-Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei ein Innenraum des Gehäuses mit einem wärmebeständigen Material beschichtet ist.
TVS-Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei das wärmebeständige Material ein Silikongel ist.
TVS-Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei sich das Federelement auf einem ersten Abschnitt der zweiten Anschlussleitung abstützt, der sich unter einem Winkel von einem zweiten Abschnitt der zweiten Anschlussleitung erstreckt, der mit der zweiten Elektrode verbunden ist.