CN102362331A - 可回流热熔断器 - Google Patents

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Abstract

一种可回流热熔断器(100)，包括：正温度系数(PTC)装置(105)，限定有第一端和第二端；传导元件(110)，限定有第一端和第二端，传导元件的第一端与PTC装置的第二端电连通；和限制元件(115)，限定有与PTC装置的第一端电连通的第一端和与传导元件的第二端电连通的第二端。该限制元件适于在热熔断器的安装状态中防止传导元件脱离与PTC装置的电连通。在故障状态期间，施加至热熔断器的热量将在PTC装置的第一端和传导元件的第二端之间流动的电流转向限制元件，引起限制元件释放传导元件并激活熔断器。

Description

可回流热熔断器
技术领域
本发明大体上涉及电子保护电路。更具体地，本发明涉及自激活表面安装热熔断器。
背景技术
保护电路通常用在电子电路以将故障电路与其它电路隔开。例如，保护电路可以用来防止电动汽车发动机控制器中的电路模块的级联故障。保护电路还可以用来预防更严重的问题，如由电源电路故障引起的火灾。
一种类型的保护电路是热熔断器。热熔断器以类似于典型的玻璃管熔丝的方式起作用。也就是说，在正常操作状态下，熔断器像短路一样作用，在故障状态期间，熔断器像开路一样作用。当热熔断器的温度超过指定温度时，热熔断器在这两种操作模式之间转换。为了有利于这些模式，热熔断器包括传导元件，如可熔电线、一组金属接触件、或一组焊接的金属接触件，其可以从传导状态切换至非传导状态。还可以结合感测元件。感测元件的物理状态根据感测元件的温度变化。例如，感测元件可以相当于在激活温度融化的低熔点金属合金或离散熔点有机化合物。当感测元件改变状态时，传导元件通过实际上中断导电路径而从传导状态切换至非传导状态。
在操作中，电流流过熔丝元件。一旦感测元件达到指定温度，它改变状态，并且传导元件从传导状态切换至非传导状态。
现有的热熔断器的一个缺点在于，在热熔断器的安装期间，必须小心以防止热熔断器达到感测元件改变状态的温度。结果，现有的热熔断器不能经由在将引起感测元件过早地断开的温度处操作的回流焊炉安装至电路板。
发明内容
在一个方面中，一种可回流热熔断器，包括：正温度系数(PTC)装置，限定有第一端和第二端；传导元件，限定有第一端和第二端，传导元件的第一端与PTC装置的第二端电连通；和限制元件，限定有第一端和第二端，限制元件的第一端与PTC装置的第一端电连通，且限制元件的第二端与传导元件的第二端电连通，该限制元件适于在热熔断器的安装状态中防止传导元件脱离与PTC装置的电连通。在故障状态期间，施加至热熔断器的热量将在PTC装置的第一端和传导元件的第二端之间流动的电流转向限制元件，引起限制元件释放传导元件并激活熔断器。
在另一个方面中，一种用于将可回流热熔断器放置在配电板上的方法，包括提供如上所述的可回流热熔断器。随后将可回流热熔断器放置在配电板上，该配电板包括用于将可表面安装的熔断器焊接至配电板的焊垫。随后使配电板通过回流焊炉以将可表面安装的熔断器焊接至配电板。
附图说明
图1为可回流热熔断器的示意性图示。
图2为可以与可回流热熔断器一起使用的壳体的实施方式的底部透视图。
图3为使出与可回流热熔断器一起使用的PTC装置的电阻和温度之间的关系的曲线图。
图4为图1的可回流热熔断器的示例性机械图示。
图5为描述图1的可回流热熔断器的操作的流程图。
具体实施方式
为了克服上述问题，提供了一种可回流热熔断器。大体上，该可回流热熔断器包括负载电流从中流过的传导元件、正温度系数(PTC)装置和限制元件。限制元件用来在回流工艺期间将传导元件保持在关闭状态。
在正常操作状态下，流入可回流热熔断器的电流主要流过PTC装置和传导元件。一部分电流还流过限制元件。在高温和/或大电流故障状态期间，PTC装置的电阻增加。这又引起流过PTC装置的电流转向限制元件，直到限制元件机械地断开。在限制元件断开之后，允许传导元件进入断开状态。在一些实施方式中，可回流热熔断器周围的高的环境温度使传感器失去弹性和/或熔化。这使得传导元件能够进入断开状态。在其它实施方式中，流入可回流热熔断器并流过PTC装置的电流使PTC装置产生足够的热量，以使传感器失去弹性和/或熔化，并由此释放传导元件。
在下文中详细阐述了可回流热熔断器的细节结构。包括附图以提供进一步的理解，并且附图结合在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1为可回流热熔断器100的示意性图示。可回流热熔断器100包括正温度系数(PTC)装置105、传导元件110和限制元件115。PTC装置105、传导元件110和限制元件115可以设置在壳体内，如图2中使出的壳体200。
如图2所示，壳体200可以包括第一安装焊垫210和第二安装焊垫205。第一安装焊垫210和第二安装焊垫205可以用来使设置在电路板上的电路与设置在壳体200内的PTC装置105、传导元件110、和/或限制元件115电连通。在可替换实施方式中，PTC装置105、传导元件110和限制元件115可以设置在基板、电路板、或基板、电路板和/或壳体的组合上。
返回参照图1，PTC装置105相当于具有第一端和第二端的电子装置。PTC装置105可以相当于具有电阻关于PTC装置105的温度变化的非线性装置。PTC装置105的电阻和温度之间的关系在图3的曲线图中示出。
参照图3，曲线图的水平轴表示PTC装置105的温度。曲线图的纵轴表示PTC装置105的电阻305和流过PTC装置105的电流310。如图所示，在较冷的温度处，PTC装置105的电阻305相对低。例如，电阻305可以小于约10毫欧姆。当温度增加时，电阻305开始急剧增加，如由区域1315表示。当温度继续增加时，电阻305进入线性区域2320。最后，温度的进一步增加使PTC装置105进入其中出现电阻305的另一个急剧增加的第三区域325。
通过PTC装置105的电流310对应于PTC装置105上的电压与PTC装置105的电阻305之比。电流310可以与PTC装置105的电阻305成反比例。如图所示，当电阻305增加时，电流310降低，直到几乎没有电流流过PTC装置105。
返回参照图1，传导元件110包括第一端和第二端，一端与PTC装置105电连通。在一些实施方式中，传导元件110包括传感器，其将传导元件可释放地固定为与PTC装置熔断器的第二端电连通。该传感器可以对应于在热熔断器的激活温度处熔化的任何材料。例如，该材料可以对应于在约200℃熔化的焊料。也可以使用在更高或更低温度熔化的其他材料。传导元件还可以包括处于弹簧状张力下的部分，使得当传感器熔化时，传导元件机械地断开，因此防止电流流过传导元件110。
限制元件115可以包括与PTC装置105的第一端电连通的第一端和与传导元件110的第二端电连通的第二端。限制元件115适于在可回流热熔断器100的安装状态期间防止传导元件110与PTC装置105脱离电连通。例如，限制元件115的一端可以物理地连接至传导元件110，另一端可以物理地连接至壳体和/或基板。
限制元件115可以对应于能够导电的任何材料。例如，限制元件115可以由铜、不锈钢或合金制成。限制元件115的直径大小可以形成为使得能够在故障状态期间烧断、断开限制元件115。在一种实施方式中，限制元件115在约1安培的电流流过它时断开。申请人预期限制元件115的直径和/或其它尺寸可以增加或减小，允许更高或更低的电流。
图4为图1的可回流热熔断器100的示例性机械图示400。在该示例性实施方式中，传导元件110包括传感器110a和弹簧部110b。传导元件110的第一端可以与第一焊垫205电连通，传导元件110的第二端可以与PTC装置105的第一端电连通。传导元件110的传感器110a可以由在诸如200℃的激活温度处熔化或失去其保持强度的材料制成。弹簧部110b可以处于张力下，使得当传感器110a失去其保持强度时，传导元件与PTC装置105分开。
PTC装置105可以设置在传导元件110的下面，如图所示。PTC装置105的第一端可以与第二焊垫210电连通。
限制元件115可以挂在传导元件110的一部分上并固定到第一焊垫205和第二焊垫210，如图所示。
图5为描述图1的可回流热熔断器100的操作的流程图。在方块300处，将可回流热熔断器100放置在配电板上。焊膏可以已经经由掩膜工艺预先涂敷至配电板上与可回流热熔断器100相关联的焊垫位置。随后，将配电板与可回流热熔断器一起放入回流焊炉中，回流焊炉使焊垫上的焊料熔化。
在回流工艺期间，传导元件的传感器可以失去其保持强度。例如，在由焊料制成的传感器中，焊料可以熔化。然而，焊料可以经由焊料的表面张力保持在合适的位置。限制元件可以防止传导元件在回流工艺期间机械地断开。在回流之后，允许配电板冷却，此时传感器可以再次恢复其保持强度。
在方块505处，可回流热熔断器100可以用在非故障状态中。参照图1，在该操作模式中，从源120流过可回流热熔断器100至负载125的电流可以流过形成在PTC装置105和传导元件110之间的串联电路，并还经由限制元件115并联流动。流过限制元件115的量可以小于用于机械地断开限制元件115所必需的电流的量。
在方块510处，故障状态可能发生。例如，可回流热熔断器100附近的环境温度可以增加至危险水平，如200℃。
在方块515处，PTC装置105的电阻可以开始随着环境温度增加，如在图2中描述的那样。当PTC装置105的电阻增加时，流入PTC装置105的电流可以转向限制元件115。
在方块520处，流过限制元件115的电流达到引起限制元件115机械地断开的点，因此释放传导元件110。
在方块525处，传导元件110可以机械地断开。传导元件110可以在限制元件115释放传导元件110之后立即断开。例如，传导元件110的传感器可以已经失去其保持强度。可替换地，可回流热熔断器100周围的环境温度可以继续增加，并且传感器可以在升高的温度处失去控制。在另一种替换方式中，流入可回流热熔断器100并流过PTC装置105的电流可以引起PTC装置105自身加热至足以引起传导元件110的传感器失去其保持强度的温度。
如从上文描述可以看出的那样，可回流热熔断器与经由回流焊炉将热熔断器放置在配电板上相关联的问题。限制元件使得能够在回流工艺期间固定传导元件。随后在故障状态期间，PTC装置将流过可回流热熔断器的电流有效地引向限制元件，这又引起限制元件断开。这又释放了传导元件。
虽然已经参照某些实施方式描述了可回流热熔断器和用于使用该可回流热熔断器的方法，但本领域技术人员将会理解，在不偏离本申请的范围的条件下可以进行多种改变，并可以用等同物替换。例如，本领域技术人员将认识到，上述发热装置可以适于与在此公开的任何可回流热熔断器实施方式或其任何等同物一起工作，以增强可回流热熔断器的操作特性。此外，可以进行多种修改，以使特定情况或材料适应所述教导而不偏离其范围。因此，目的是，可回流热熔断器和用于采用该可回流热熔断器将不限于所公开的特定实施方式，而且可以应用于落入权利要求的保护范围之类的任何实施方式。

Claims (10)

1.一种热熔断器，包括：
正温度系数装置，限定有第一端和第二端；
传导元件，限定有第一端和第二端，传导元件的第一端与正温度系数装置的第二端电连通；和
限制元件，限定有第一端和第二端，限制元件的第一端与正温度系数装置的第一端电连通，且限制元件的第二端与传导元件的第二端电连通，该限制元件适于在热熔断器的安装状态下防止传导元件脱离与正温度系数装置的电连通。
2.根据权利要求1所述的热熔断器，其中在高温故障状态期间，施加至热熔断器的热量导致在正温度系数装置的第一端和传导元件的第二端之间流动的电流转向限制元件，因而引起限制元件释放传导元件，优选其中在限制元件释放传导元件之后，施加的热量引起传导元件电断开。
3.根据权利要求1所述的热熔断器，其中在大电流故障状态期间，流入热熔断器的故障电流导致在正温度系数装置的第一端和传导元件的第二端之间流动的电流转向限制元件，因而引起限制元件释放传导元件，并且故障电流引起正温度系数装置产生引起传导元件电断开的热量。
4.根据权利要求1所述的热熔断器，其中传导元件包括传感器，该传感器将传导元件可释放地固定为与正温度系数装置的第二端电连通。
5.根据权利要求4所述的热熔断器，其中传感器在约200℃时熔化，优选其中传导元件包括处于张紧状态下的弹簧部。
6.根据权利要求1所述的热熔断器，还包括壳体，该壳体包含所述正温度系数装置、传导元件和限制元件。
7.根据权利要求6所述的热熔断器，还包括至少部分地设置在壳体的外侧的能够将热熔断器表面安装至配电板的多个安装焊垫，优选其中正温度系数装置的第一端和限制元件的第一端与所述多个安装焊垫中的第一焊垫电连通，并且传导元件的第二端和限制元件的第二端与所述多个安装焊垫中的第二焊垫电连通。
8.根据权利要求1所述的热熔断器，其中正温度系数装置、传导元件和限制元件安装在基板上。
9.一种用于将热熔断器放置在配电板上的方法，包括下述步骤：
提供可回流热熔断器，该可回流热熔断器包括：
正温度系数装置，限定有第一端和第二端；
传导元件，限定有第一端和第二端，传导元件的第一端与正温度系数装置的第二端电连通；和
限制元件，限定有第一端和第二端，限制元件的第一端与正温度系数装置的第一端电连通，且限制元件的第二端与传导元件的第二端电连通，该限制元件适于在热熔断器的安装状态中防止传导元件脱离与正温度系数装置的电连通；
将可回流热熔断器放置在配电板上，该配电板包括用于将可表面安装的熔断器焊接至配电板的焊垫；以及
使配电板通过回流焊炉以将可表面安装的熔断器焊接至配电板。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括在故障状态期间，将在正温度系数装置的第一端和传导元件的第二端之间流动的电流转向限制元件，以引起限制元件释放传导元件。
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