CN104218553A - 可抑制突波的过电流保护组件 - Google Patents
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Abstract
一种可抑制突波的过电流保护组件包括PTC材料层、第一导电层及第二导电层。该PTC材料层具有相对的第一和第二表面。第一导电层物理接触第一表面，包含分隔的多个第一导电区块。第二导电层物理接触第二表面，包含分隔的多个第二导电区块。其中该第一导电层、PTC材料层和第二导电层形成包含第一导电路径和第二导电路径的电路结构。该PTC材料层在第一导电路径中构成第一串接电阻，该第一串接电阻包含至少二个电阻组件，该PTC材料层在第二导电路径中构成第二串接电阻，该第二串接电阻包含至少二个电阻组件。
Description
技术领域
本发明关于一种过电流保护组件，特别是关于一种可抑制突波(surge)的过电流保护组件。
背景技术
防突波(Anti-Surge)保护设计，可侦测过电压的状况，并实时阻止电压突波持续，同时也会主动切断过电压电源以保护系统。其保护驱动条件是在供电出现瞬间跟标准值有±10%以上的波动时会自动断电保护。
在USB应用上，有时在插拔的瞬间会因低阻造成突波电流，进而导致电压波动过大。此时传统的正温度系数(PTC)组件虽可达成过电流保护，然而PTC组件反应时间较慢(约为毫秒等级)，而搭载的上述防突波保护装置因为半导体制程组件，具有极短的反应时间(约为奈秒等级)，故已早一步通知系统关机或重新启动。惟，这种突波现象并不致于损害相关电子组件，且即使有损害的疑虑亦可由PTC组件触发加以保护，且系统关机或重新启动是在使用者不预期的状况下发生，容易有数据未储存或等候重新启动等不便的问题发生。另外，即使作为突波保护装置的半导体制程组件可变更设计加以改良，但半导体制程组件的成本较高，在应用于有多个USB端口的电子装置时，也会有成本较高的问题。
发明内容
为了达到上述目的，本发明公开了一种可抑制突波或电路短路的一种过电流保护组件。其中采用串联设计以增加电流路径的电阻值，从而抑制或减低突波电流的大小。另外，本发明于单颗组件中采双端口设计，占据较小空间，故可因应在零件數较多的高阶主板上，而提升客户设计上的弹性。
本发明公开了一种可抑制突波的过电流保护组件，其包括PTC材料层、第一导电层及第二导电层。该PTC材料层具有相对的第一和第二表面。第一导电层物理接触第一表面，包含分隔的多个第一导电区块。第二导电层物理接触第二表面，包含分隔的多个第二导电区块。其中该第一导电层、PTC材料层和第二导电层形成包含第一导电路径和第二导电路径的电路结构。该PTC材料层在第一导电路径中构成第一串接电阻，该第一串接电阻包含至少二个电阻组件，该PTC材料层在第二导电路径中构成第二串接电阻，该第二串接电阻包含至少二个电阻组件。
一实施例中，多个第一导电区块包括第一电流输入部、第一电流输出部及第一电流传输部，多个第二导电区块包括第二电流输入部、第二电流输出部及第二电流传输部；该第一电流输入部、第二电流传输部、第一电流输出部和设于其间的PTC材料层构成该第一导电路径；该第二电流输入部、第一电流传输部、第二电流输出部和设于其间的PTC材料层构成该第二导电路径。
另一实施例中，多个第一导电区块包括第一电流输入部、第一电流输出部、第二电流输入部及第二电流输出部，多个第二导电区块包括第一电流传输部和第二电流传输部。该第一电流输入部、第一电流传输部、第一电流输出部和设于其间的PTC材料层构成该第一导电路径。该第二电流输入部、第二电流传输部、第二电流输出部和设于其间的PTC材料层构成该第二导电路径。
又一实施例中，多个第一导电区块包括第一电流输入部、第一电流传输部、第二电流输出部及第二电流传输部，多个第二导电区块包括第三电流传输部、第四电流传输部及第一电流输出部及第二电流输入部；该第一电流输入部、第三电流传输部、第一电流传输部、第一电流输出部和设于其间的PTC材料层构成该第一导电路径；该第二电流输入部、第二电流传输部、第四电流传输部、第二电流输出部和设于其间的PTC材料层构成该第二导电路径。
本发明藉由于第一导电路径和第二导电路径中形成串接电阻，增加过电流保护组件的整体阻抗。如此一来，当突波电流或电压发生时，瞬间的突波电流或电压值会被大幅减低，使得与标准值间的差异降低于10%以下，如此即可防止启动不必要的自动保护措施，使得系统在用户不预期的情况下关闭或重新启动。
经实际验证防突波保护装置的保护方式，本发明的过电流保护组件可抑制突波电流的大小，即等同于抑制电压波动的大小，故过电流保护组件可在短路发生时达成过电流保护，而不会造成系统关机或重新启动。
附图说明
图1至图3为本发明第一实施例的可抑制突波的过电流保护组件的示意图；
图4为本发明第一实施例的可抑制突波的过电流保护组件的电路结构示意图；
图5和图6为本发明第二实施例的可抑制突波的过电流保护组件的PTC材料层和其表面导电层的组合示意图；
图7和图8为本发明第三实施例的可抑制突波的过电流保护组件的PTC材料层和其表面导电层的组合示意图；以及
图9为本发明第三实施例的可抑制突波的过电流保护组件的电路结构示意图。
其中，附图标记说明如下：
10 过电流保护组件
11 PTC材料层
12、13、52、53、32、33 导电层
14、15 绝缘层
17、41 第一导电路径
18、42 第二导电路径
19、39 第一串接电阻
20、40 第二串接电阻
25、26、35、36 电阻件
21、22、23、24 电极
27、28 绝缘防焊层
41、42、43、44 导电连接件
111 第一表面
112 第二表面
121 第一电流输入部
122 第一电流输出部
123 第一电流传输部
131 第二电流输入部
132 第二电流输出部
133 第二电流传输部
221 第一电流输入部
222 第一电流输出部
223 第二电流输入部
224 第二电流输出部
231 第一电流传输部
232 第二电流传输部
321 第一电流输入部
322 第一电流传输部
324 第二电流输出部
323 第二电流传输部
331 第三电流传输部
332 第一电流输出部
334 第四电流传输部
333 第二电流输入部
具体实施方式
为让本发明的上述和其他技术内容、特征和优点能更明显易懂，下文特举出相关实施例，并配合附图，作详细说明如下。
图1为本发明第一实施例的可抑制突波电流的过电流保护组件的分解示意图，图2为其立体组合图。图3则为该过电流保护组件中的PTC材料层和其上下导电层的仰视示意图。图4为该过电流保护组件的相应电路结构示意图。根据第一实施例，一可抑制突波电流的过电流保护组件10包含PTC材料层11、导电层12、导电层13、绝缘层14、绝缘层15、第一电极21、第二电极22、第三电极23和第四电极24。导电层11和12可为例如铜箔、镍箔或镀镍铜箔等金属箔片。PTC材料层11具有相对应的第一表面111及第二表面112。导电层12物理接触第一表面111，包含分隔的多个第一导电区块。多个第一导电区块包括第一电流输入部121、第一电流输出部122及第一电流传输部123。导电层13物理接触第二表面112，包含分隔的多个第二导电区块。多个第二导电区块包括第二电流输入部131、第二电流输出部132及第二电流传输部133。第二电流传输部133于垂直方向上与第一电流输入部121和第一电流输出部122有重迭。第一电流传输部123于垂直方向上与第二电流输入部131和第二电流输出部132有重迭。
绝缘层14和15分别设于该导电层12和13表面，且于绝缘层14和15表面设置上下金属电极层。绝缘层14和15可为预浸玻纤材料(prepreg)，例如含玻纤的树脂材料FR4。当组件进行压合时，该预浸玻纤材料因具有流动性会填充多个第一和第二导电区块中的分隔区域。上下金属电极层可经由蚀刻在组件四个角落形成第一电极21、第二电极22、第三电极23及第四电极24，其间可设置绝缘防焊层27和28。上下的第一电极21利用位于相应角落的导电连接件41连接，且电气连接于第一电流输入部121。上下的第二电极22利用位于相应角落的导电连接件42连接，且电气连接于第一电流输出部122。上下的第三电极23利用位于相应角落的导电连接件43连接，且电气连接于第二电流输入部131。上下的第四电极24利用位于相应角落的导电连接件44连接，且电气连接于第二电流输出部132。进一步言的，过电流保护组件10为表面黏着型的组件，电极21、22、23和24作为焊接于电路板的接口。过电流保护组件10实质上为长方体结构，导电连接件41、42、43和44分别位于相邻两侧表面的交接处，且延垂直方向延伸。
当电流经由第一电极21流入第一电流输入部121时，因为第一电流输入部121和第一电流输出部122和第一电流传输部123间有分隔，电流将流经PTC材料层11至重迭于其下方的第二电流传输部133。之后电流再次经过PTC材料层11至重迭于其上方的第一电流输出部122。因此第一电流输入部121、第二电流传输部133、第一电流输出部122和设于其间的PTC材料层11构成第一导电路径17。类似地，第二电流输入部131、第一电流传输部123、第二电流输出部132和设于其间的PTC材料层11构成该第二导电路径18。易言之，导电层12、PTC材料层11和导电层13形成包含第一导电路径17和第二导电路径18的电路结构。该PTC材料层11在第一导电路径17中构成第一串接电阻19，该第一串接电阻19包含二个电阻件25。该PTC材料层11在第二导电路径18中构成第二串接电阻20，该第二串接电阻20包含二个电阻件26。
图5和图6显示本发明第二实施例的过电流保护组件中的PTC材料层11和其上下表面导电层52和53的结构，其中图5为俯视立体图，图6则为仰视立体图。导电层52分隔成多个导电区块，其中包括第一电流输入部221、第一电流输出部222、第二电流输入部223及第二电流输出部224。导电层53分隔成多个导电区块，其中包括第一电流传输部231和第二电流传输部232。第一电流传输部231于垂直方向上和第一电流输入部221和第一电流输出部222有重迭。第二电流传输部232于垂直方向上和第二电流输入部223和第二电流输出部224有重迭。上述PTC材料层11和其上下表面的导电层52和53同样可加上如图1所示的绝缘层和电极层，而形成表面黏着型过电流保护组件结构。为便于清楚说明本发明着重的PTC材料层和其上下表面的导电层结构，绝缘层和电极层未图示。
当电流流入第一电流输入部221时，因为第一电流输入部221与第一电流输出部222、第二电流输入部223以及第二电流输出部224间有分隔，电流将流经PTC材料层11至重迭于其下方的第一电流传输部231。之后电流再次经过PTC材料层11至重迭于其上方的第一电流输出部222。类似地，当电流流入第二电流输入部223时，因为第二电流输入部223与第一电流输入部221、第一电流输出部222以及第二电流输出部224间有分隔，电流将流经PTC材料层11至重迭于其下方的第二电流传输部232。之后电流再次经过PTC材料层11至重迭于其上方的第二电流输出部224。
本实施例的PTC材料层11和其上下表面的导电层52和53同样加上如图1所示的绝缘层、电极层和导电连接件，其电路结构同样如图4所示。在本实施例中，第一电流输入部221、第一电流传输部231、第一电流输出部222和设于其间的PTC材料层11构成该第一导电路径17。第二电流输入部223、第二电流传输部232、第二电流输出部224和设于其间的PTC材料层11构成该第二导电路径18。易言之，导电层52、PTC材料层11和导电层53形成包含第一导电路径17和第二导电路径18的电路结构。该PTC材料层11在第一导电路径17中构成第一串接电阻19，该第一串接电阻19包含二个电阻件25。该PTC材料层11在第二导电路径18中构成第二串接电阻20，该第二串接电阻20包含二个电阻件26。
图7和图8显示本发明第三实施例的过电流保护组件中的PTC材料层11和其上下表面的导电层32和33结构，其中图7为俯视立体图，图8则为仰视立体图。导电层32分隔成多个第一导电区块，其中包括第一电流输入部321、第一电流传输部322、第二电流输出部324及第二电流传输部323。导电层33分隔成多个第二导电区块，其中包括第三电流传输部331、第四电流传输部334、第一电流输出部332及第二电流输入部333。第一电流传输部322于垂直方向上和第一电流输出部332和第三电流传输部331有重迭。第二电流传输部323于垂直方向上和第二电流输入部333和第四电流传输部334有重迭。第三电流传输部331于垂直方向上和第一电流输入部321和第一电流传输部322有重迭。第四电流传输部334于垂直方向上和第二电流输出部324和第二电流传输部323有重迭。
第一电流输入部321、第三电流传输部331、第一电流传输部322、第一电流输出部332和设于其间的PTC材料层11构成第一导电路径41。第二电流输入部333、第二电流传输部323、第四电流传输部334、第二电流输出部324和设于其间的PTC材料层11构成该第二导电路径42。本实施例中，该PTC材料层11在第一导电路径41构成第一串接电阻39，其中该第一串接电阻39由三个电阻件35组成。该PTC材料层11在第二导电路径42中构成第二串接电阻40，其中该第二串接电阻40由三个电阻件36组成。
前述第一至第三实施例的过电流保护组件可作成包含多个PTC材料层的并联结构，如中华民国专利公告第415624号所示的包含两层PTC层的并联结构，如此即可提高组件的维持电流(hold current)。
在此需说明的是，本发明的重点在于PTC材料层和其表面的导电层结构，于单一组件内构成具有串接电阻的二导电路径。本发明并不限定于表面黏着型式的组件，亦可应用不同型式的外接电极而构成轴型(axial-type)、插件式(radial type)等过电流保护组件。
本发明藉由于第一导电路径和第二导电路径中形成串接电阻，增加过电流保护组件的整体阻抗。如此一来，当突波电流或电压发生时，瞬间的突波电流或电压值会被大幅减低，使得与标准值间的差异降低于10%以下。如此即可防止启动不必要的自动保护措施。
本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域普通技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明构思的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示者，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为权利要求书所涵盖。
Claims (11)
1.一种可抑制突波的过电流保护组件，包含：
一PTC材料层，具有相对的第一和第二表面；
一第一导电层，物理接触第一表面，包含分隔的多个第一导电区块；以及
一第二导电层，物理接触第二表面，包含分隔的多个第二导电区块；
其中该第一导电层、该PTC材料层和该第二导电层形成包含第一导电路径和第二导电路径的电路结构；该PTC材料层在第一导电路径中构成第一串接电阻，该第一串接电阻包含至少二个电阻组件，该PTC材料层在该第二导电路径中构成第二串接电阻，该第二串接电阻包含至少二个电阻组件。
2.根据权利要求权利要求1的可抑制突波的过电流保护组件，其中该多个第一导电区块包括第一电流输入部、第一电流输出部及第一电流传输部，该多个第二导电区块包括第二电流输入部、第二电流输出部及第二电流传输部；该第一电流输入部、该第二电流传输部、该第一电流输出部和设于其间的该PTC材料层构成该第一导电路径；该第二电流输入部、该第一电流传输部、该第二电流输出部和设于其间的该PTC材料层构成该第二导电路径。
3.根据权利要求2的可抑制突波的过电流保护组件，其中该第二电流传输部于垂直方向上和该第一电流输入部和该第一电流输出部有重迭，该第一电流传输部于垂直方向上和该第二电流输入部和该第二电流输出部有重迭。
4.根据权利要求2的可抑制突波的过电流保护组件，其中该第一串接电阻由二个电阻组件组成，该第二串接电阻由二个电阻组件组成。
5.根据权利要求1的可抑制突波的过电流保护组件，其中该多个第一导电区块包括第一电流输入部、第一电流输出部、第二电流输入部及第二电流输出部，该多个第二导电区块包括第一电流传输部和第二电流传输部；该第一电流输入部、该第一电流传输部、该第一电流输出部和设于其间的该PTC材料层构成该第一导电路径；该第二电流输入部、该第二电流传输部、该第二电流输出部和设于其间的该PTC材料层构成该第二导电路径。
6.根据权利要求5的可抑制突波的过电流保护组件，其中该第一电流传输部于垂直方向上和该第一电流输入部和该第一电流输出部有重迭，该第二电流传输部于垂直方向上和该第二电流输入部和该第二电流输出部有重迭。
7.根据权利要求1的可抑制突波的过电流保护组件，其中该多个第一导电区块包括第一电流输入部、第一电流传输部、第二电流输出部及第二电流传输部，该多个第二导电区块包括第三电流传输部、第四电流传输部及第一电流输出部及第二电流输入部；该第一电流输入部、该第三电流传输部、该第一电流传输部、该第一电流输出部和设于其间的该PTC材料层构成该第一导电路径；该第二电流输入部、该第二电流传输部、该第四电流传输部、该第二电流输出部和设于其间的该PTC材料层构成该第二导电路径。
8.根据权利要求7的可抑制突波的过电流保护组件，其中该第一电流传输部于垂直方向上和该第一电流输出部和该第三电流传输部有重迭，该第二电流传输部于垂直方向上和该第二电流输入部和该第四电流传输部有重迭，该第三电流传输部于垂直方向上和该第一电流输入部和该第一电流传输部有重迭，以及该第四电流传输部于垂直方向上和该第二电流输出部和该第二电流传输部有重迭。
9.根据权利要求7的可抑制突波的过电流保护组件，其中该第一串接电阻由三个电阻组件组成，该第二串接电阻由三个电阻组件组成。
10.根据权利要求1的可抑制突波的过电流保护组件，其另包含：
第一电极，电气连接该第一电流输入部；
第二电极，电气连接该第一电流输出部；
第三电极，电气连接该第二电流输入部；以及
第四电极，电气连接该第二电流输出部；
其中该第一电极、该第二电极、该第三电极和该第四电极是作为焊接于电路板的接口。
11.根据权利要求10的可抑制突波的过电流保护组件，其另包含：
第一导电连接件，连接该第一电极及该第一电流输入部；
第二导电连接件，连接该第二电极及该第一电流输出部；
第三导电连接件，连接该第三电极及该第二电流输入部；以及
第四导电连接件，连接该第四电极及该第二电流输出部；
其中该过电流保护组件为长方体结构，该第一、第二、第三及第四导电连接件是位于各相邻两侧表面的交接处。
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