CN104520956A - 可回熔焊接的电路保护装置 - Google Patents

Abstract

一种电路保护装置(100)，其包括壳体(108)，所述壳体包括第一电极和第二电极(112、114)。装置包括壳体内部的导电滑动件(102)。在壳体中的第一位置处，滑动件在第一电极和第二电极之间提供电连接，并且在壳体中的第二位置处，滑动件不提供电连接。弹簧(104)被固定到壳体的内侧和滑动件之间并且在此之前拉伸，从而弹簧在延伸的状态下保持张紧。滑动件通过滑动件与第一电极和第二电极之间的焊剂而被保持在第一位置处。在装置保险状态之后，探测到的超温状态导致焊剂开始熔化，并且导致弹簧压缩并且将滑动件拉到壳体中的第二位置处，因此断开第一电极和第二电极之间的电连接。

Description

可回熔焊接的电路保护装置

技术领域

本发明总体上涉及一种保护式电子电路。更具体地，本发明涉及一种可回熔焊接的表面式安装的电路保护装置，该装置还可以适用于焊接式安装或插入式安装。

背景技术

保护电路经常用在电子电路中以将失效的电路与其他电路隔离。例如，保护电路可用于防止在诸如锂离子电池组等的电路中产生电故障状态或热故障状态。保护电路还可以用于防范更严重的问题，诸如由电源电路故障所造成的火灾。

一种类型的保护电路是热熔丝。热熔丝的作用与典型的玻璃管熔丝作用类似。即，在正常的操作条件下，熔丝表现得像短路，并且在故障条件下，熔丝表现得像开路。当热熔丝的温度超过额定温度时，热熔丝在这两种操作模式之间转换。为了便于这些模式，热熔丝包括能够从导电状态切换到非导电状态的导电元件，诸如可熔电线，一组金属触点或一组钎焊金属触点。热熔丝还可以包括传感元件。传感元件的物理状态可随着传感元件的温度而变化。例如，传感元件可以对应于低熔点金属合金或者在激活温度下熔化的不连续熔化的有机化合物。当传感元件的状态改变时，导电元件通过物理地中断导电路径可从导电状态转换到非导电状态。

在操作中，电流流过熔丝元件。在传感元件达到了额定温度时，则该传感元件的状态改变，并且导电元件从导电状态转换到非导电状态。

一些目前的热熔丝的一个缺点是在热熔丝的安装期间，必须小心地防止热熔丝到达传感元件的状态改变的温度。结果，一些目前的热熔丝不能经由在将导致传感元件过早地断开的温度下操作的回熔焊炉安装到电路板。

2009年3月24日提交的且作为2010/0245022号美国出版物出版的12/383,595号美国专利申请，以及2009年3月24日提交的作为2010/0245027号美国出版物出版的12/383,560号美国专利申请描述的热熔丝解决了上述的缺点，所述专利的内容通过引用被全部纳入此文。虽然在提供改进的电路保护装置方面已经取得了进步，但是还存在对于改进的电路保护装置的需求。

发明内容

一种电路保护装置，其包括壳体，壳体包括第一电极和第二电极。装置包括壳体内部的导电滑动件。在壳体中的第一位置处，滑动件在第一电极和第二电极之间提供电连接，并且壳体中的在第二位置处，滑动件不提供电连接。弹簧被固定到滑动件和壳体的内侧之间并且在此之前拉伸，从而弹簧在拉伸状态下保持张紧。滑动件通过滑动件与第一和第二电极之间的焊剂而被保持在第一位置处。在装置处于保险状态之后，探测到的超温状态导致焊剂开始熔化，导致弹簧压缩并且将滑动件拉到壳体中的第二位置处，因此断开第一电极和第二电极之间的电连接。

附图说明

图1是处于保险状态之前的可回熔焊接的表面安装式电流保护装置。

图2示出了在闭合位置处的如图1所示的装置的剖视图。

图3示出了在断开位置处的如图1所示的装置的剖视图。

图4a是用于保护电路保护装置之外的电路的示例性电路保护装置的电路示意图。

图4b是图4a的带有断开的可熔连接件和处于闭合位置处的滑动件的电路的电路示意图。

图4c是图4b的带有处于断开位置处的滑动件的电路的电路示意图。

图5a至5f示出了电路保护装置的示例性组装步骤。

图6是可回熔焊接的电路保护装置的另一示例。

图7示出了可焊接的电路保护装置的示例。

图8示出了可焊接的电路保护装置的另一示例。

图9示出了可焊接的电路保护装置的又一示例。

图10示出了图8的装置内部的子组件结构的示例。

图11示出了可插入的电路保护装置的示例。

图12a至12d示出了选自可回熔焊接的电路保护装置的部件。

图13示出了包括细长间隔的电路保护装置的剖视图。

图14示出了在图13中示出的装置的电极的放大视图。

具体实施方式

图1是处于保险状态之前的可回熔焊接的表面安装式电路保护装置100。该装置100包括滑动件102、弹簧104和壳体108内部的可熔元件106。在图1中，弹簧104是螺旋拉伸弹簧。壳体108包括保险销110和电极112、114。电极可以是例如用于将装置100连接到待保护的电路的表面安装式焊垫。壳体108包括臂116。臂116的端部的底面包括经由壳体108而被电连接到保险销110的保险焊垫。(下文所述的)保险电流经由保险焊垫被施加到保险销110。

滑动件102可以由诸如铜的导电材料制成。在如图1所示的实施例中，滑动件102包括延伸自滑动件102的上表面的两个突出部118。可熔元件106包括安装在突出部118上的两个开口，从而将可熔元件106固定到滑动件102。虽然图1示出了具有两个突出部的滑动件，但是应当理解在其他实施例中，滑动件可以包括不同数量的突出部，并且可熔元件可以包括多个与滑动件中的突出部的数量相匹配的开口。还可以使用的其他安装方法包括激光焊接以及诸如粘合剂、螺钉、铆钉等的机械紧固件。在使用其他安装方法的一些实施例中，滑动件102可省略突出部118。

装置100还包括可熔连接件120和连接到可熔连接件120的保险销连接件122。可熔连接件120可由与可熔元件106相同的材料制成并且与可熔元件106一体地连接。保险销连接件122包括钩住保险销110的环或开口，从而在保险销和可熔连接件120之间提供电连接。可熔连接件120在可熔元件106和保险销110之间提供电连接和机械连接，直到可熔连接件120被烧断(如下所述)。

滑动件102包括弹簧104的一部分被插入其中的容纳部。在图1中，容纳部是被限定在滑动件102中的凹部，该凹部足够深，从而弹簧104的插入到容纳部中的那部分的全部或基本上大部分位于滑动件102的上表面之下。应当理解，在其他实施例中，容纳部可以更浅并且容纳弹簧104的头部的一部分，如图6所示。在图1中，弹簧104被示出为在拉伸状态下张紧。弹簧104的一端124被插入到滑动件102的容纳部中。弹簧104的另一端126被拉伸和插入到壳体108的成型部128中。可熔元件106可以包括的部分覆盖弹簧104的一部分以助于将弹簧104保持在适当的位置处。

滑动件102可被钎焊到壳体108内的底部，从而在装置100被安装到待保护的电路中之后将滑动件102保持在适当的位置处(保持处于张紧状态中的弹簧104的压缩力)。滑动件102在电极112和114之间提供电连接。

将滑动件102保持在适当的位置处的焊剂的熔点可以比回熔焊接温度低。制成可熔连接件120所用的材料允许可熔连接件120在比回熔焊接温度高的温度下断开并且因此可以具有比回熔焊接温度高的熔点，因而可熔连接件120可被设置为在回熔焊接期间将滑动件102和可熔元件106保持在适当的位置处。在回熔焊接之后并且当装置100被安装在待保护的装置中时，保险电流被施加到保险销110并且流过可熔连接件120，从而导致可熔连接件120断开。在可熔连接件120断开时，装置100处于保险状态。如果待保护的电路过热，导致将滑动件102保持在适当位置的焊剂开始熔化，则弹簧104的力将滑动件102拉到断开位置处，在该断开位置处，在电极112和114之间不存在电连接，因此防止电路过热。

下文是装置的尺寸的示例。装置100可以长约11.6mm，在装置100的具有臂116的一端处宽约8.2mm、在装置100的另一端处宽约6.2mm并且高约3.4mm。壳体的臂116可以宽约1.4mm。

应当理解，(位于图1中的臂116的底面处的)保险焊垫可以位于壳体108上的不同位置处。例如，保险焊垫可以位于电极114和112之间，并且电连接到保险销122。在该示例中，壳体108可省略臂116。

图2示出了处于闭合位置处的装置100的剖视图。出于图解说明的目的，未示出装置100的某些元件，例如可熔元件106。滑动件102在电极112和114之间提供了导电路径。

图3示出了处于断开位置处的装置100的剖视图。例如，如果装置100所连接到的电路被过度加热到超温状态，导致将滑动件102保持在适当位置处的焊剂开始熔化，则弹簧104在由箭头300所示的方向上拉动滑动件102。以此方式，切断了电极112和114之间的电连接，因此防止了外侧电路被过度加热。元件130指示了将焊剂设置在电极112之上的位置。虽然在图3中未示出，但是焊剂被类似地设置在电极114上。

图4a-4c是用于保护电路保护装置之外的电路的示例性电路保护装置的电路示意图400。电路400包括可以分别与如图1所示的电极112和114相对应的电极402和404。电极406与如图1所示的保险销110相对应。电路400还包括被连接到电极406(保险销110)的可熔连接件408。保险电流可以经由电极406被施加到可熔连接件408。电路400还包括电极402和404之间的对应图1所示的滑动件102的导电元件410。为了便于解释，电路保护装置可以被串联地定位在诸如一个或多个FET的待保护的电路元件之间。应当理解电路保护装置可以被用在其他的电路构造中。

图4a示出了可熔连接件408被烧断之前，即装置处于保险状态之前，的电路400。图4b示出了可熔连接件408被烧断之后的电路400。此外，在图4a至4b中，滑动件410处于闭合位置，因此桥接在电极402和404之间并且在此之间设置电连接。图4c示出了处于断开位置的电路400，在该断开位置处，诸如在探测到过热条件之后，切断了电极402和404之间的电连接。

图5a至5f示出了诸如图1所示的装置100的电路保护装置的示例性组装步骤。图5a示出了提供滑动件500。滑动件500可以由诸如铜的导电材料制成。滑动件500包括形状形成为容纳弹簧的容纳部502(参见图5b)。滑动件500还包括从滑动件500的上表面向上延伸的突出部504。还可以使用的其他安装方法包括激光焊接以及诸如使用粘合剂、螺钉、铆钉等的机械紧固件。

图5b示出了弹簧506被放置在容纳部502中。弹簧506可以是螺旋弹簧或者具有弹性且能够通过拉伸而处于张紧状态的其他弹簧元件。

图5c示出了可熔元件508被放置在滑动件500的至少一部分的顶部上。可熔元件508包括安装在延伸自滑动件500的突出部504上的两个开口。可以使用已知的冲压技术将可熔元件508接合到滑动件500上。可熔连接件510在可熔元件508的与可熔元件508的靠近上述开口的一侧相反的一侧处连接到可熔元件508。保险销连接件512被连接到可熔连接件510的与可熔连接件510的被连接到可熔元件508一端相反的一端。保险销连接件512连接到作为装置壳体的一部分的保险销522(参见图5e)。

可熔元件508可以经由可熔连接件510和突出部504而被附接到滑动件500。具体地，可以经由施加到突出部504上的已知的冲压技术将可熔元件508固定到滑动件500，从而将可熔元件508保持在下面并且防止可熔元件508沿着突出部504向上滑回。根据用于滑动件500和/或可熔元件508的材料，其他的技术可以包括激光焊接或电阻焊接、或高温粘合、诸如螺钉或铆钉的机械紧固件。

可熔元件508可以由能够导电的材料制成。例如，可熔元件508可以由铜、不锈钢或合金制成。可熔连接件510的直径大小可以形成为使得能够使用保险电流烧断可熔连接件510。在装置被安装到待保护的电路中之后，诸如通过使得电流流过可熔连接件510来烧断可熔连接件510。换句话说，供给流过可熔连接件510的足够高强度的电流或保险电流可以导致可熔连接件510断开。在一个实施例中，保险电流可以约为2安培。然而，应当理解可以增大或减小可熔连接件510的直径和/或其他尺寸，从而允许更高或更低的激活电流。

图5d示出了壳体514的内部，在该内部中将放置滑动件500、弹簧506和可熔元件508。在壳体514的底部设置有焊剂预型516和518。壳体514的下侧可以包括电极，例如，与每个焊剂预型516和518相对应的表面安装式焊垫，因此在待保护的电路和将被放置在壳体514的内部中的滑动件之间提供电连接。壳体514还包括保险销520，其中保险电流经由该保险销520被提供到可熔连接件510。保险销520包括保险销连接件512可以置于其上的钩状突出部522。

图5e示出了包括滑动件500和弹簧506的组件，并且可熔元件508被放置在壳体514中。尤其是，保险销连接件512被固定到保险销520。滑动件500的底部被钎焊到焊剂预型516、518。在焊剂被冷却时，将弹簧506被拉伸时的滑动件保持在适当位置处(参见图5f)。

图5f示出了随后被拉伸的弹簧506。弹簧506的未被插入到滑动件500中的端部被拉伸到位于壳体的相反的一端处的成型部524。如图5b至5f所示，弹簧506的端部具有比弹簧506的中部更宽的直径，以允许弹簧506的端部被安装到成型部524和容纳部502中，并且保持张紧。

例如，在图1中示出了因此而形成的装置，该装置然后在回熔焊炉中经历回熔焊接。在回熔焊接过程中，将滑动件500保持至外侧电极的焊剂将导致滑动件500由于保持张紧的弹簧506的力而移动到断开位置处。例如，焊剂的熔点约为140℃，然而在回熔焊接过程中的温度可以达到例如260℃的200℃之上的温度。因此，在回熔焊接过程中，焊剂将熔化，导致弹簧506过早地将滑动件500拉到断开位置处。为了防止由弹簧506施加的力在安装期间将电路保护装置断开，具有熔点高于焊剂的熔点的可熔连接件510可以用于将滑动件500保持在适当位置处并且抵抗弹簧506的压缩力。

例如使用扣合连接而将盖(未示出)放置在壳体上，并且电路保护装置准备安装在待保护的电路中。在安装所述装置时，如上所述，通过经由保险销520向可熔连接件510施加保险电流而使得该装置处于保险状态。可熔连接件510断开，并且装置处于保险状态。

图6是可回熔焊剂的电路保护装置600的另一示例。装置600与图1的装置100的不同之处在于其省略了可熔元件。在图6中，可熔连接件602是滑动件604的一部分。例如，滑动件604和可熔连接件602可以是由铜冲压成型的一体件。在该示例中，滑动件604可以包括(在一个实施例中)钩住或者以其他方式被连接到壳体608的保险销的保险销连接件606。滑动件604可以由铜材料制成，并且可熔连接件602可以是被连接在滑动件604的主体610和保险销连接件606之间的薄铜条。作为滑动件604的一部分的可熔连接件602可以涂覆环氧树脂。在该实例中，由于铜丝602的电阻更低，因而可以需要相对于使得图1中的装置处于保险状态而所需求的保险电流更高的保险电流在回熔焊接之后使得装置600处于保险状态。在图6中，滑动件604包括将弹簧614的一端保持在滑动件604之上的适当位置处的抓紧部612。

与图1的装置类似，可熔连接件602在回熔焊接过程中将滑动件604保持在适当位置处。在回熔焊接之后，通过经由可熔连接件602施加保险电流而使得该装置600处于保险状态。在该装置处于保险状态时，如果装置过度加热，则滑动件604和电极616、618之间的焊剂熔化，导致拉伸的弹簧的力将滑动件604拉向成型部620。

图7示出了可焊接的电路保护装置700的示例。装置700被示出为包括安装在壳体上的盖702。该盖/壳体内部的结构可以是例如如图1或6所示的结构或如下所述的如图10所示的结构。对于可焊接装置700而言，电极704、706(即，焊接框架)相对于图1或图6中示出的表面安装式装置的电极是延长的。该可焊接装置允许用户例如使用电阻焊接来安装装置700。在一个实施例中，可焊接装置700可以不包括保险销或者连接在可熔元件和保险销之间的可熔连接件。

图8-9示出了其他示例性的可焊接装置800和900。每个装置800和900分别包括根据用户的需求而具有不同形状的电极802、804和902、904。

图10示出了装置900中的子组件结构的示例。如上所述，图10示出了，在一个实施例中，可焊接装置700可以不包括保险销或者连接在可熔元件和保险销之间的可熔连接件。装置900包括滑动件906和弹簧908。滑动件906包括将弹簧908的一端保持到滑动件906的抓紧部910。弹簧908的另一端由壳体914的成型部912保持。[[告诉我为什么在回熔焊接过程中不需要可熔连接件将装置保持在适当位置处。该装置是否未经历回熔焊接？是的，未经历回熔焊接。]]

图11示出了可插入的电路保护装置1100的一个示例。该装置1100被示出为包括安装到壳体上的盖1102。该盖/壳体内部的结构可以是例如如图1、6或10所示的结构。可插入的电路保护装置1100包括的电极1104、1106被构造为能够插入到电路板上的插座中或其他电路中。可插入的装置1100可以是构造为被插入到熔丝盒中的一次性熔丝。

图12a至12d示出了选自可回熔焊接的电路保护装置的部件。图12a示出了装置的包括冲压滑动件1202、可熔元件1204以及螺旋张力弹簧1206的滑动件子组件1200。子组件1200包括保险销连接件1208和连接在可熔元件1204和保险销连接件1208之间的可熔连接件1210。与图1类似，滑动件1202可以由铜制成。该示例中的可熔元件1204通过激光焊接被附接到滑动件1202。图1中的装置的滑动件包括插入有弹簧的大部分的容纳部。在图12a的子组件1200中，滑动件1202还可以包括的更小的容纳部接收弹簧1206的端部的一部分，从而允许弹簧1206在可熔元件1204上方的长度与可熔元件1204平齐。

图12b示出了图12a中的子组件被插入到壳体1212中。图12b还示出了应用在两个电极1218、1220上方的两个焊剂预型1214、1216。在应用焊剂预型1214、1216之后插入子组件1200。

图12c示出了盖1222被放置在壳体1212之上。在该实例中，盖1222扣合到壳体1212上。在盖1222扣合到壳体上之前，弹簧1206被拉伸，并且弹簧1206的未被固定到滑动件1202的一端被插入到壳体1212的成型部1224中，以将弹簧1206设置成张紧状态。另外，焊膏可以施加到壳体的保险销1226。焊膏的目的是保证保险销和保险销连接件之间的高可靠性导电连接。保险销还可以被预镀锡。

图12d示出了被组装的装置1228。在组装之后，装置1226可在回熔焊炉中经受回熔焊接。

图13示出了包括细长间隔的电路保护装置1300的剖视图。装置1300包括位于壳体1310中的滑动件1302、弹簧1304、可熔元件1306和可熔连接件1308。装置1300还包括安装在电路板1316上的电极1312和1314。

图14示出了图13的电极1314的放大视图。电极1312和1314的每个侧面都包括切口部1318，这些切口部1318形成至电极1312和1314的底侧的阶梯状轮廓，由此在壳体1310的底面和电路板1316之间创建了空间1320，即细长间隔。细长间隔通过毛细力防止电路板1316上的在回熔焊接期间可以熔化的液体溶剂流过细长路径1322。

虽然已经参考特定实施例说明了电路保护装置，但是本领域的技术人员应当理解可以在不脱离本发明的权利要求的范围的基础上进行各种修改，并且可以由等同方案替代。另外，在不脱离其范围的基础上，可以进行多种修改以使得特定情况或材料适应本学说。因此，旨在使得可可回熔焊接的电路保护装置不限于公开的特定实施例，而是包括落在权利要求的范围内的任何实施例。

Claims (11)

1.一种电路保护装置，其包括：

壳体，所述壳体包括：

第一电极；

第二电极；以及

保险销；

弹簧，所述弹簧位于壳体内部且包括第一端和第二端，所述弹簧的第一端被固定到所述壳体的内缘；

导电的滑动件，所述滑动件位于所述壳体内部且包括被限定在滑动件的至少一部分中的容纳部，所述容纳部接收弹簧的第一端的至少一部分，并且弹簧在容纳部和壳体的内缘之间保持张紧，所述滑动件被构造为在壳体中从第一位置滑动到第二位置，从而在第一位置处，滑动件在第一电极和第二电极之间提供电连接，并且在第二位置处，滑动件在第一电极和第二电极之间不提供电连接；以及

可熔连接件，所述可熔连接件在滑动件和保险销之间提供电连接，所述可熔连接件被构造为(i)在回熔焊接过程中将滑动件保持在第一位置处，以及(ii)在回熔焊接过程之后在保险电流施加到保险销时断开。

2.根据权利要求1所述的电路保护装置，还包括位于滑动件与所述第一电极和第二电极中的每一个电极之间的焊剂，优选地，其中，在通过施加保险电流而断开可熔连接件之后，焊剂将滑动件保持在第一位置处。

3.根据权利要求2所述的电路保护装置，其中，在检测到超温状态时，焊剂熔化并且弹簧被构造为压缩从而将滑动件拉到第二位置处，优选地，其中，所述第一位置和所述第二位置之间的滑动方向与滑动件的长度平行。

4.根据权利要求2所述的电路保护装置，其中，所述可熔连接件在比焊剂的熔点高的温度处断开。

5.根据权利要求1所述的电路保护装置，还包括附接到滑动件的可熔元件，其中，可熔连接件是可熔元件的一体部件，优选地，其中，(i)滑动件包括从滑动件的上表面向上延伸的至少一个突出部，(ii)可熔元件包括与所述至少一个突出部配合的至少一个开口，以及(iii)所述至少一个开口接收配合的所述至少一个突出部。

6.根据权利要求1所述的电路保护装置，其中，保险销位于(i)壳体的一端处，该端与壳体的被固定到弹簧的第一端的内缘所在的一端相反，或者该保险销(ii)位于第一电极和第二电极之间。

7.一种电路保护装置，其包括：

壳体，所述壳体包括：

第一电极；

第二电极；以及

保险销；

弹簧，所述弹簧位于壳体内部且包括第一端和第二端，所述弹簧的第一端被固定到所述壳体的内缘；

导电的滑动件，所述滑动件位于所述壳体内部，所述滑动件被构造为在壳体中从第一位置滑动到第二位置，从而在第一位置处，滑动件在第一电极和第二电极之间提供电连接，并且在第二位置处，滑动件在第一电极和第二电极之间不提供电连接，所述滑动件包括：

主体部，所述主体部具有被限定在滑动件的至少一部分中的容纳部，所述容纳部接收弹簧的第一端的至少一部分，并且弹簧在容纳部和壳体的内缘之间保持张紧；以及

可熔连接件，所述可熔连接件连接在滑动件的主体部和保险销之间，所述可熔连接件被构造为在回熔焊接过程中将滑动件保持在第一位置处，并且被构造为在回熔焊接过程之后在保险电流施加至保险销时断开。

8.根据权利要求7所述的电路保护装置，其中所述可熔连接件被包覆有环氧树脂。

9.根据权利要求7所述的电路保护装置，还包括位于滑动件与所述第一电极和第二电极中的每一个电极之间的焊剂，优选地，其中，在通过施加保险电流而断开可熔连接件之后，焊剂将滑动件保持在第一位置处，并且其中，在检测到超温状态时，焊剂熔化并且弹簧被构造为压缩从而将滑动件拉到第二位置处。

10.一种电路保护装置，其包括：

壳体，所述壳体包括：

第一电极；

第二电极；以及

导电的滑动件，所述滑动件位于所述壳体内部，其中在壳体中的第一位置处，滑动件在第一电极和第二电极之间提供电连接，并且在壳体中的第二位置处，滑动件在第一电极和第二电极之间不提供电连接；以及

弹簧，所述弹簧包括被固定到滑动件的第一端和被固定成邻接壳体的内侧的第二端，从而弹簧在伸长状态下保持张紧。

11.根据权利要求10所述的电路保护装置，还包括位于滑动件与所述第一电极和第二电极中的每一个电极之间的焊剂，优选地，其中，在通过施加保险电流而断开可熔连接件之后，焊剂将滑动件保持在第一位置处，并且其中，在检测到超温状态时，焊剂熔化并且弹簧被构造为压缩从而将滑动件拉到第二位置处。