CN101093763A - 电路断开装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可与工作条件无关地可靠地使电路断开的、布线损失较小、小型且成本低的电路断开装置。本发明的电路断开装置具有：第一端子以及第二端子，具有良好的导电性，彼此以焊锡接合；加热器，用于使焊锡熔融，从与通过第一、第二端子的电流路径不同的电流路径向其提供电力，其周围被绝缘，在焊锡熔融的情况下，第一、第二端子由于弹力而分离并绝缘。

Description

电路断开装置

技术领域

本发明涉及一种在通有大电流的变换器等功率半导体装置中所使用的电路断开装置，特别涉及一种能够可与工作条件无关地可靠地使电路断开的、布线损失较小、小型且成本较低的电路断开装置。

背景技术

安装在混合式汽车等上的电动机驱动用变换器的元件被破环而处于短路状态，从而存在再生电流从以发动机动力进行旋转的电动机逆流的情况。为了防止在这种异常时在电路中流过大电流的情况，采用电路断开装置。并且，作为电路断开装置，提出有利用加热器的热量来切断保险丝的装置(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：特开平6-119858号公报

在现有技术的电路断开装置中，加热器串联地插入到电流路径中，在异常时，流过大于正常工作时的电流，从而切断保险丝。但是，在混合式车辆等情况下，由于正常工作时的电动机驱动用的电流值与异常时的来自电动机的再生电流值之间没有大幅度的差别，所以，不能够可靠地切断保险丝。并且，在现有技术的电路断开装置中，由于使用串联地插入到电流路径中的电阻作为加热器，所以，存在布线损失较大的问题。另外，如果使用电磁开闭器代替保险丝，则能够可靠地进行断开，但是，存在接触电阻、成本以及空间上的问题。

发明内容

本发明是为解决上述课题而提出的，其目的是得到一种可与工作条件无关地可靠地使电路断开的、布线损失较小、小型且成本较低的电路断开装置。

本发明的电路断开装置具有：第一端子以及第二端子，具有良好的导电性，彼此以焊锡接合；以及加热器，用于使焊锡熔融，从与通过第一、第二端子的电流路径不同的电流路径向其提供电力，其周围被绝缘，在使焊锡熔融的情况下，第一、第二端子由于弹力而分离并被绝缘。本发明的其他特征在下面阐明。

根据本发明，能够得到一种可与工作条件无关地可靠地使电路断开的、布线损失较小、小型且成本低的电路断开装置。

附图说明

图1是表示本发明第一实施方式的电路断开装置的上面图。

图2是用于说明本发明第一实施方式的电路断开装置的工作的上面图。

图3是表示本发明第二实施方式的电路断开装置的上面图。

图4是表示本发明第三实施方式的功率半导体装置的电路图。

图5是表示本发明第四实施方式的电路断开装置的剖面图。

图6是表示本发明第四实施方式的电路断开装置的剖面图。

图7是表示本发明第五实施方式的电路断开装置的剖面图。

图8是表示本发明第六实施方式的电路断开装置的剖面图。

图9是表示本发明第六实施方式的电路断开装置的剖面图。

图10是表示本发明第七实施方式的电路断开装置的剖面图。

图11是表示本发明第八实施方式的电路断开装置的剖面图。

图12是表示本发明第九实施方式的电路断开装置的剖面图。

具体实施方式

第一实施方式

图1是表示本发明第一实施方式的电路断开装置的上面图。该电路断开装置使用于通有大电流的变换器等功率半导体装置中。

如图所示，铜材料等具有良好导电性的第一端子11以及第二端子12彼此以焊锡13接合在一起。并且，为了使焊锡13熔融，在第二端子12的前端部的背面设置有加热器14。在这里，将第二端子12的前端部折弯成U字形，并且，将加热器14安装在该U字形的部分。由此，能够将由加热器14产生的热量更有效地施加在焊锡13上，且能够容易地固定加热器14。另外，加热器14的周围由陶瓷等绝缘。

在未用焊锡13接合的状态下，第一端子11以及第二端子12如图2所示。将第一端子11作成具有弹性的形状，由铜合金等形成。另外，以如下方式设计第一端子11的形状：在未用焊锡13接合的状态下，能够在第一端子11和第二端子12之间形成间隙S。另一方面，在用焊锡13接合的状态下，第一端子11在弹性工作范围内变形。但是，为了确保可靠性，将利用第一端子11的弹性的弹力设定为非加热时的焊锡13的疲劳限度以下的力。

然后，对本实施方式的电路断开装置的工作进行说明。首先，在正常工作时，如图1所示，第一端子11以及第二端子12彼此以焊锡13接合在一起。然后，在功率半导体装置发生异常时，向加热器14提供电力而使焊锡13熔融。这样一来，如图2所示，利用第一端子11的弹性的弹力而使第一、第二端子11、12分离开间隙S并绝缘，从而电路被断开。

从与通过第一、第二端子11、12的电流路径不同的电流路径向加热器14提供电力。因此，可与工作条件无关地可靠地使电路断开。另外，与像以往那样使用串联地插入到电流路径中的电阻作为加热器的情况相比，布线损失较小。并且，本发明实施方式的电路断开装置可由小型且成本较低的结构实现。

此外，在如上所述的例子中，加热器14设置在第一、第二端子11、12中的一个上，但是，也可以在这二者上都设置。另外，在如上所述的例子中，弹力利用了第一、第二端子11、12中的一个的弹性。但是，也可以利用它们两个的弹性。

第二实施方式

图3是表示本发明第二实施方式的电路断开装置的上面图。在第一实施方式中，根据利用了第一端子11的弹性的弹力使第一、第二端子11、12分离，但是，在第二实施方式中，利用第一、第二端子11、12以外的弹簧材料15来得到弹力。由此，不对第一、第二端子11、12附加弹性就起到与第一实施方式同样的效果。

第三实施方式

图4是表示本发明第三实施方式的功率半导体装置的电路图。该功率半导体装置是利用变换器电路22将来自电池电源21的电流变换为AC从而对三相电动机23进行驱动的电路。另外，具有对变换器电路22进行控制的变换器控制电路24、断开控制电路25、开关26、以及与第一或第二实施方式相同的电路断开装置。并且，第一、第二端子11、12分别与三相电动机23、对三相电动机23进行驱动的变换器电路22相连接。

当变换器控制电路24检测到变换器电路22异常时，向断开控制电路25发送信号，接收了该信号的断开控制电路25向开关26输出ON信号。并且，若开关26输入来自断开控制电路25的ON信号，则从电池电源21向加热器14提供电力。由此，利用加热器14所产生的热量来使焊锡13熔融，第一、第二端子11、12分离并绝缘，电路被断开。

然后，当变换器控制控制电路24检测到变换器电路22没有流过电流时，向断开控制电路25发送信号，接收了该信号的断开控制电路25向开关26输出OFF信号。然后，开关26输入来自断开控制电路25的OFF信号时，停止从电池电源21向加热器14提供电力。此外，也可以从电池电源21以外的电源向加热器14提供电力，另外，也可以使用半导体开关作为开关26。

由此，在利用变换器电路将来自电池电源的电流变换为AC而对三相电动机进行驱动的电路中，起到与第一或第二实施方式同样的效果。

第四实施方式

图5是表示本发明第四实施方式的功率半导体装置的剖面图。如图所示，铜材料等具有良好导电性的第一端子11以及第二端子12离开彼此绝缘所需的空间距离并配置在绝缘体31上。并且，利用焊锡13将使铜板成形而形成的电桥32(金属导体)与第一、第二端子11、12分别接合。并且，为了使焊锡13熔融，以与电桥32接触的方式设置加热器14。在这里，通过使电桥32的一部分成形来固定加热器14。由此，能够将由加热器14产生的热量更有效地施加在焊锡13上，且能够容易地固定加热器14。另外，加热器14的周围由陶瓷等绝缘。另外，为了在焊锡13熔融时赋予可靠地进行分离的力，在电桥13上安装重物33。

然后，对本实施方式的电路断开装置的工作进行说明。首先，如图5所示，在正常工作时，由电桥32以焊锡13接合第一端子11以及第二端子12。接着，在功率半导体装置发生异常时，向加热器14提供电力，首先对电桥32进行加热，然后将热量传递给焊锡13。在这里，铜的热传导率为395W/mK，与其相对，以例如Sn为主体的焊锡的热传导率低于65W/mK，可以说发挥绝热材料的作用。因此，与电桥32接触的焊锡13的温度上升，焊锡13熔融。此外，电桥32的温度达到主要经由焊锡13向第一、第二端子11、12传导的热量与加热器14的发热量平衡为止。因此，将加热器14的容量设计成达到焊锡13熔融的温度这样的容量。

当焊锡13熔融时，如图6所示，电桥32由于自重或者重物33而从第一、第二端子11、12落下并与其分离，第一、第二端子11、12分离预定的空间距离而绝缘，电路被断开。只要采用在地面上使用且上下的方向没有变化的使用方法，则使用重力来施加分离力就能够得到不随时间变化的稳定的力，所以，能够进行可靠的断开。另外，由于能够正确地控制针对焊锡13的应力，所以，可靠性设计是容易的。另外，通过将加热器14安装在电桥32侧，从而在焊锡13的一部分熔融断开的情况下，能够抑制朝向第一、第二端子11、12的热传导，电桥32的温度上升，使焊锡13的熔融进一步加速，从而进行可靠的熔断。

从与通过第一、第二端子11、12的电流路径不同的电流路径向加热器14提供电力。因此，可与工作条件无关地可靠地断开电路。另外，与像以往那样使用串联地插入到电流路径的电阻作为加热器14的情况相比，布线损失较小。并且，本发明实施方式的电路断开装置可由小型且成本低的结构实现。

第五实施方式

图7是表示本发明第五实施方式的电路断开装置的剖面图。在本第五实施方式中，电桥32的一部分设置在第一端子11的端部和第二端子12的端部之间。另外，加热器14沿纵向配置。由此，能够使装置整体变薄。

第六实施方式

图8是表示本发明第六实施方式的电路断开装置的剖面图。在该第六实施方式中，设置加热器14，使其与用焊锡13接合第一、第二端子11、12的面的相反面接触。另外，加热器14以及电桥32沿纵向配置。由此，能够使装置整体变薄。

当使焊锡13熔融时，如图9所示，电桥32利用自重而从第一、第二端子11、12落下并与其分离，第一、第二端子11、12分离预定的空间距离而绝缘，从而电路被断开。其中，由于加热器14与第一、第二端子11、12直接接触，所以，热量容易向第一、第二端子11、12散失，第一、第二端子11、12的温度上升变得缓慢。因此，通过在第一端子11的A部开孔或者使A部的宽度变窄等来抑制热量的散失，由此，能够加速焊锡13的温度上升。此外，在本实施方式中，利用电桥32的自重作为分离力，但是也可以利用安装在电桥32上的重物或者弹簧作为分离力。

第七实施方式

图10是表示本发明第七实施方式的电路断开装置的剖面图。在该第七实施方式中，电桥32沿横向设置。其他结构和第六实施方式相同，并发挥同样的效果。

第八实施方式

图11是表示本发明第八实施方式的电路断开装置的剖面图。在该第八实施方式中，通过使第一、第二端子11、12的一部分成形来固定加热器14。并且，电桥32设置在第一、第二端子11、12之间。其他结构和第六实施方式相同，并发挥同样的效果。

第九实施方式

图12是表示本发明第九实施方式的电路断开装置的剖面图。在该第九实施方式中，通过使第一、第二端子11、12的一部分成形来固定加热器14。并且，以夹持第一、第二端子11、12的方式设置电桥32。其他结构和第六实施方式相同，并发挥同样的效果。

Claims (14)

1.一种电路断开装置，其特征在于，

具有：第一端子以及第二端子，具有良好的导电性，彼此以焊锡接合；加热器，用于使所述焊锡熔融，从与通过所述第一、第二端子的电流路径不同的电流路径向其提供电力，其周围被绝缘，

在使所述焊锡熔融的情况下，所述第一、第二端子由于弹力而分离并绝缘。

2.如权利要求1的电路断开装置，其特征在于，

所述弹力是利用了所述第一、第二端子中的一个或两个的弹性的力。

3.如权利要求1的电路断开装置，其特征在于，

所述弹力是利用所述第一、第二端子以外的弹簧材料获得的力。

4.如权利要求1的电路断开装置，其特征在于，

将所述弹力设定为在非加热时的所述焊锡的疲劳限度以下的力。

5.如权利要求1～4中任意一项的电路断开装置，其特征在于，

所述加热器设置在所述第一、第二端子中的一个或两个的前端部的背面。

6.如权利要求1～4中任意一项的电路断开装置，其特征在于，

所述第一、第二端子中的一个的前端部折弯成U字形，所述加热器安装在该U字形的部分上。

7.如权利要求1的电路断开装置，其特征在于，

还具有断开控制电路和开关，

所述第一、第二端子分别与电动机和对所述电动机进行驱动的变换器电路相连接，

所述断开控制电路在检测出所述变换器电路的异常时输出ON信号，

所述开关在输入来自所述断开控制电路的接通信号时从电源向所述加热器提供电力。

8.一种电路断开装置，其特征在于，

具有：第一端子以及第二端子，具有良好的导电性，分开彼此绝缘所需的空间距离来配置；金属导体，用焊锡分别与所述第一、第二端子接合；加热器，用于使所述焊锡熔融，从与通过所述第一、第二端子的电流路径不同的电流路径向其提供电力，其周围被绝缘，

在所述焊锡熔融的情况下，所述金属导体从所述第一、第二端子上分离，所述第一、第二端子被绝缘。

9.如权利要求8的电路断开装置，其特征在于，

在所述焊锡熔融的情况下，所述金属导体利用自重、安装在所述金属导体上的重物或者弹簧从所述第一、第二端子上分离，所述第一、第二端子被绝缘。

10.如权利要求8或9的电路断开装置，其特征在于，

所述金属导体的一部分设置在所述第一端子的端部和第二端子的端部之间。

11.如权利要求8或9的电路断开装置，其特征在于，

所述加热器以与所述金属导体接触的方式设置。

12.如权利要求11的电路断开装置，其特征在于，

通过使所述金属导体的一部分成形来固定所述加热器。

13.如权利要求8或9的电路断开装置，其特征在于，

所述加热器以与所述第一、第二端子接触的方式设置。

14.如权利要求13所述的电路断开装置，其特征在于，

通过使所述第一、第二端子的一部分成形来固定所述加热器。

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