CN104682335B - 过电流防止装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供能确切检测电流的过电流防止装置，其不需增添复杂的结构也不需占用特别大的空间。其包括如下构件：线路基板，其A面形成有第一线路电路、B面形成有第二线路电路；贯通构件，贯通线路基板，将热量从A面传到B面；发热线路部，在第一线路电路的一部分上同贯通构件的一部分相连形成且通过电流发热；断续单元，插入在第一线路电路中并进行电流接通或切断；热量检测构件，接近或抵接在B面的贯通构件的另一端部，并检测通过贯通构件传来的热量并输出温度检测信号；控制部，基于温度检测信号控制断续单元，发热线路部的构成：稳态电流时比不发热的宽幅窄，过电流时窄成温度上升宽幅；控制部在发热线路部的温度升到规定阈值以上时切断电流。

Description

过电流防止装置

技术领域

本发明涉及一种能够防止过电流流入电路基板上配设的线路图案以及元件的装置。

背景技术

近年来，人们对于电路基板小型化的要求非常高，而与之相应的，电子配件等也都呈现小型化的趋势。然而，电子配件等变得小型化，并不意味着所使用的电力也会被尽可能地减少，因此可以说电子配件等会更加容易发热。

可是在电子配件当中，有时候会因为过热而导致运转不顺畅的情况，如此一来也会对于相关配件造成影响，有可能会成为导致一些意想不到的事故发生的原因。而为了防患于未然，其中一个方法就是通过防止过电流来抑制过量的发热。

以往，作为防止上述过电流的方法，人们想出了许多种方案，例如有一种方法就是监控串联连接的电阻器的电压下降情况。其他方面的例子还有这样一种方法：使用一种元件，该元件在通电电流增大的时候，会增大电阻，从而抑制电流。

然而，无论哪一种方法都需要监控或者抑制电流，为此所需要的配件将会占据大量空间，从而会出现电压大幅度下降、耗费较多反应时间的状况，由此产生各种各样的问题。之外，也可以想到其他的不同的方法。

例如，在典型的以往技术当中，配件的发热将会传递到线路图案上，而通过检测该线路图案的温度，从而监控配件温度。然而这样的技术在设计时所考虑到的适用范围应该是高压线图那样幅度很广的线路图案。由此，假设线路图案幅度很小的情况、线路图案的形状比较复杂的情况下，热阻抗将会变大，不能传递热量而无法精准地检测温度了。

此外，其他典型的以往技术当中，在没有线路图案的基板素材上设置了热敏电阻，从而检测包围在热敏电阻周围的配线图案温度。

然而，和线路图案素材的热传导率相比，通常电路基板素材的热传导率会非常低，例如为大约1/2000。如此一来，即便在没有线路图案的部分设置热敏电阻，也几乎不会传递热量，因此温度的检测精确度很低。

另外，作为便宜并且能够确切检测温度的装置，也有其他的技术可以提供，不过它们不能防止过电流。

发明内容

本发明是鉴于这些涉及到的问题而发明出来的，其目的之处在于提供一种过电流防止装置，该过电流防止装置只形成发生过电流时发热的部分，不需要增加复杂的架构、不占用大量的空间，就能检测出跟发热部分几乎相同的温度，从而能够确切地检测电流。

本发明的过电流防止装置，其特征在于包括如下述构件所构成：绝缘构件，其可形成有在第一面上通过电流的第一线路电路，同时在所述第一面的反面即第二面上可形成有第二线路电路；贯通构件，其贯通所述绝缘构件，可将热量从所述第一面传递到所述第二面；发热线路部，其在所述第一线路电路的一部分上同所述贯通构件的一部分相连接而形成，并且通过所述电流发热；断续单元，其插入在所述第一线路电路中，并进行所述电流的接通或切断；热量检测构件，其接近或抵接在所述第二面的所述贯通构件的另一个端部而配置，并且检测通过所述贯通构件从所述发热线路部传递过来的热量，输出所述发热线路部的温度检测信号；控制部，其基于所述温度检测信号，控制所述断续单元；其构成为：所述发热线路部在稳态电流时通过的所述电流的情况下，相较温度不能上升到规定阈值以上时的第一线宽要狭窄，而当该电流为过电流的时候，狭窄成温度可上升到规定阈值以上的第二线宽；所述控制部在利用所述热量检测构件检测到所述发热线路部的温度上升到所述规定阈值以上的时候，判断所述电流为过电流，控制所述断续单元，切断所述电流。

此外，还可以是这样的结构，其由下述结构构成：绝缘构件，其在第一面上可形成有第一线路电路，同时在所述第一面的反面即第二面上可形成有第二线路电路；贯通构件，其贯通所述绝缘构件，可将热量从所述第一面传递到所述第二面；电元件，其因经由所述第一线路电路通过的电流而发热；断续单元，其插入在所述第一线路电路中，并进行所述电流的接通或切断；热量检测构件，其被接近或抵接在所述第二面的所述贯通构件的另一个端部而配置，并检测通过利用该贯通构件从所述电元件传递过来的热量，输出所述电元件的温度检测信号；控制部，其基于所述检测信号，控制所述断续单元；其中，所述电元件的主体同所述第一面上的所述贯通构件的一部分接近或者抵接而配置；所述控制部在通过所述热量检测构件检测到所述电元件的温度上升到所述规定阈值以上的时候，判断所述电流为过电流，控制所述断续单元，切断所述电流。

或者，还可以是这样的结构，其由下述结构构成：绝缘构件，其在第一面上可形成有第一线路电路，同时在所述第一面的反面即第二面上可形成有第二线路电路；贯通构件，其贯通所述绝缘构件，可将热量从所述第一面传递到所述第二面，同时一个端部连接在所述第一线路电路上；电元件，其突出了金属端口，所述金属端口用于输入经由所述第一线路电路通过的电流，同时通过该电流发热；断续单元，其插入在所述第一线路电路中，并进行所述电流的接通或切断；热量检测构件，其接近或抵接在所述第二面的所述贯通构件的另一个端部配置，并检测通过该贯通构件从所述发热线路部过来的热量，输出所述电元件的温度检测信号；控制部，其基于所述检测信号，控制所述断续单元；其中，所述金属端口被固定在所述贯通构件的一个端部附近；所述控制部在通过所述热量检测构件检测到所述电元件的温度上升到所述规定阈值以上的时候，判断所述电流为过电流，控制所述断续单元，切断所述电流。

如上所述，利用本发明能够起到如下效果：为不影响线路布局而节省空间检测过电流。

此外，由于能够精确地检测出发热部分的温度，因此可以在发热部分的元件和图案破损之前检测到过电流，从而切断电流。

进一步，与保险丝等这样的不具有复原性的结构不同，无需更换过电流保护元件。

附图说明

图1为表示涉及于本发明第一实施方式的图像形成装置的过电流防止装置结构的框图。

图2为涉及于本发明第一实施方式的图像形成装置所涉及的电路基板两面的平面图以及剖面图。

图3为表示本发明第一实施方式中的配线图案幅度同电流温度上升值之间关系的一个例子的图。

图4为表示本发明第一实施方式中的动作顺序流程的一个例子的流程图。

图5为表示涉及于本发明第二实施方式中的图像形成装置的过电流防止装置结构的框图以及电路基板的剖面图。

图6为表示涉及于本发明第三实施方式中的图像形成装置的过电流防止装置结构的框图以及电路基板的剖面图。

具体实施方式

【第一实施方式】

以下参照图，具体说明本发明的第一实施方式。本发明的过电流防止装置适用于驱动下述结构要素的装置：例如从供给的商用电源电力当中生成直流电，利用该直流电如同马达等一般地增大电流变动，或者形成瞬间的巨大电流。

如图1所示，本实施例也是利用电源10输出的直流电，从而驱动马达等的负荷即电元件20的电路，不过在电源10与电元件20之间利用线路图案30a和 30b(第一线路电路)、线路图案30c(发热线路部)以及线路图案30d(第一线路电路)进行连接的。设想该线路图案30a、30b、30c、30d将通过较大的电流，因此即使在图1的电路图上，为了方便起见也使用幅度较宽的线条来表现。

在线路图案30a和线路图案30b之间，连接有FET(Field Effect Transistor、场效应晶体管)等开关元件40即断续单元。该开关元件40进行打开/关闭来控制向电元件20的电力供给，利用PWM(Pulse Width Modulation、脉冲宽度调制) 波等控制信号，控制施加在电元件20上的电压。

夹在配线路图案30b和线路图案30d之中的线路图案30c是温度检测部50 的构成要素之一，除此之外，温度检测部50还由通孔(也叫via)54即贯通构件、热敏电阻56即热量检测构件、线路图案58、59即第二线路电路等构成。

构成温度检测部50的热敏电阻56通过线路图案58，连接在控制电路部60 即控制部上。控制电路部60具有用于演算对比的CPU(Central Processing Unit、中央处理器)62以及A/D(Analog-to-Digital converter)64，所述A/D64对于通过线路图案58、从热敏电阻56传送过来的模拟检测信号进行数字变换；一般是相对于开关元件40发送控制信号，从而控制施加在电元件20上的电压，此外在检测通过电元件20的过电流的情况时，通过开关元件40来切断供给电元件20 的电力。

此外，作为连接在控制电路部60的操作部51的一个例子，其由扬声器、具有触控面板的液晶显示板等构成，除了相对于控制电路部60发送各种操作命令外，控制电路部60还显示文字和图像等，并且发出引起人们注意的声音等。

接下来利用图2，对于温度检测部50的结构进行说明。图2(a)、图2(b) 以及图2(c)所示的左倾斜线部为线路基板70即绝缘构件。在本发明当中，线路基板70只要是绝缘体，那么可以是任何材质。另外为了方便起见，我们将图2(a)表示的面称为A面、图2(b)表示的面称为B面。此外图2(c)是表示图2(a)或者图2(b)的、通过X－X’的截面。

在图2(a)、图2(b)、图2(c)中，线路图案30b～30d以及线路图案58、 59是利用铜箔等形成在线路基板70表面(分别在A面、B面)的，作为一个例子，其厚度t为16μm。

这些线路图案30b与线路图案30c相连，此外线路图案30c跟线路图案30d 也相连。

作为一个例子，线路图案30b的宽幅W1和线路图案30d的宽幅W3形成为等尺寸。该宽幅W1和宽幅W3的情况下，可无视流通在线路图案30b或者线路图案30d的电流I所引起的温度上升。

另一方面，线路图案30c的宽幅W2由于电流I的关系而发热，因此会形成为比宽幅W1或者宽幅W3要窄。关于该宽幅W2的详情，在后文详述。

线路图案30c的附近形成有通孔54。作为一个例子，通孔54被形成为：拥有与线路图案30b～30d、58、59相同的材质和厚度，内径d为0.8mm，并且从线路基板70的A面贯通到B面。该通孔54的A面一端一体化地形成有垫片(也叫做land)54a，B面一端一体化地形成有垫片54b。对于垫片54a、54b，作为一个例子也形成为：拥有与线路图案30b～30d、58、59相同的材质和厚度。

该垫片54a中，一部分外缘同线路图案30c相连；垫片54b被形成为：将线路图案58和线路图案59隔开。

还有，如图2(a)～图2(c)所示，在线路基板70的A面以及B面的最外面，除了安装有热敏电阻56之类的构件、以及焊接有焊接部72的部位等之外，还涂布了右倾斜线所示的光阻剂层74。该光阻剂层74用于防止各线路图案和垫片被腐蚀，以及防止焊接部的附着。

另外，如图2(b)所示的线路基板70的B面上，原本热敏电阻56覆盖通孔54而被安装。因此，无法直接用肉眼看到通孔54以及垫片54b。

热敏电阻56被安装在线路基板70的B面。即，形成于热敏电阻56一端部上的端56-2、形成于热敏电阻56另一个端部的端56-3，分别通过焊接部72固定在线路图案58以及线路图案59上。此时，与热敏电阻56的主体56-1上的线路基板70相对的一面接近于或抵接在与通孔54一体形成垫片54b上。

在本实施例当中，由于通孔54的材料为铜，因此很容易传递热量。另一方面，通常使用在线路基板70上的环氧玻璃树脂以及酚醛紙树脂等材料很难导热。

这些热传导率，使用在线路基板70上的材料大概为0.1～0.3[W/(m·K)] 左右，与此相比，铜的热传导率约为398[W/(m·K)]。因此在实施方式中，线路图案30c发出的热量，借助垫片54a、通孔54和垫片54b，有效地传递到热敏电阻56的主体56-1上。

也就是说，通过使用通孔54，配设在线路基板70的B面上的热敏电阻56 能够高精确度地检测出线路基板70的A面发热而产生的线路图案30c的温度。

若是电流从线路图案30b流到线路图案30d，则线路图案30c会发热。在该线路图案30c的宽幅W2为代表性的数值时的，上升温度(℃)与电流I之间的关系如图3所示。另外图3表示周围温度在25℃的情况。

从图3可知，在线路图案30c中，若是电流I增大，则发热量会增加，温度上升也加大。

本实施方式中，根据图3所示的各种数值，在假设稳态电流时通过的电流I 为1.4A以下、而过电流为3A以上的情况下，通过将宽幅W2设定为0.5mm，从而能够利用热敏电阻56检测过电流。

也就是说，原本相对于周围温度，线路图案30c的温度应该上升10℃，然而当温度上升到45℃的情况下，可以判断这是明显的过电流，因此将温度的上升阈值设定为45℃。

接下来，利用图4来说明本实施方式中防止过电流的步骤。在本实施方式中，第一个步骤为：操作部51对于控制电路部60发送打开电源的命令。

在接到这个命令之后，在第二个步骤中，从控制电路部60，对于开关元件 40输出控制信号，打开开关元件40。

在此，利用线路图案30a、开关元件40、线路图案30b、线路图案30c以及线路图案30d，令电流I开始从电源10流向电元件20，而作为第三个步骤，控制电路部60开始检测过电流。在第三个步骤中，设定控制电路部60对于CPU62 进行过电流判断用的温度上升阈值，例如有将阈值设定为45℃。

接下来在第四个步骤中，控制电路部60由A/D64取得通过热敏电阻56测定的温度相关的信号，通过CPU62计算出温度上升值，将温度上升值同阈值进行比较。

在该第四个步骤中，当判断温度上升值为阈值以上的情况下，作为第五个步骤：控制电路部60停止对于电元件40的控制信号，切断电流I；作为第六个步骤：控制电路部60通过文字和声音，从操作部51报告发生过电流。从而结束所有步骤。

另外，第四个步骤是为了判断过电流的发生而监控线路图案30c的温度上升的步骤，在温度上升值不足阈值的情况下，将重复第四个步骤，监控线路图案30c 的温度上升。

【第二实施例】

上述的第一实施方式的结构为，在电流通过的电路基板上形成有宽幅较窄的线路图案30c，该线路图案30c作为发热源，监控过电流。不过也可以形成直接监控晶体管、FET、半导体元件和IC(Integrated Circuit、集成电路)等电元件发热的结构。

以下，利用图5(a)和图5(b)说明通过监控电元件发热来防止过电流的结构例子。另外，在图5(a)和图5(b)中，同图1或图2(a)～图2(c)所示各部分相对应的部分附加统一的符号，并且省略详细的说明。

在图5(a)中，由电源10输出的直流电借助线路图案30a以及开关元件40、线路图案30b、还有电端口20a-2来提供给电元件20a。该电元件20a为在控制高速处理时因大电流流动而发热的CPU、以及在控制提供给负荷的电流之际发热的驱动元件。

温度检测部50a由通孔54、热敏电阻56、线路图案58、59等构成。

接下来参照图5(b)，电元件20a为利用树脂等成模的结构，从该电元件20a 的主体20a-1突出的电端口20a-2通过焊接部72固定连接在线路图案30b的上面。此外在这个例子当中，通孔54形成在与电元件20a的主体20a-1的底面相对的位置。

如此一来，与电元件20a的主体20a-1上的线路基板70相对的一面，同跟通孔54一体化形成的垫片54a接近、或者抵接。

由此，配设在线路基板70的B面上的热敏电阻56能够高精度地检测出由于线路基板70的A面发热而产生的电元件20a的温度。

另外，与通孔54一体化形成的垫片54a不需要连接其他线路图案等。此外电元件20a不仅可以由树脂等成模，也可以是封装在陶瓷容器中的类型，以及可以是主体部有金属电极即端口的类型。

根据这些图5(a)以及图5(b)所示的结构，在电源与负荷即电元件之间的线路图案上，不需要设计窄小的宽幅部位，因此能够有助于线路基板的小型化。

【第三实施例】

还有，利用图6(a)以及图6(b)说明通过监控电元件的发热来防止过电流的其他结构例子。该图6(a)以及图6(b)当中，也将同图1或者图2(a)～图 2(c)、图5(a)、图5(b)中所示的各部位相对应的部分附加统一的符号，并且省略详细说明。

在图6(a)中，由电源10输出的直流电借助线路图案30a以及开关元件40、线路图案30b、还有金属端口20b-2来提供给电元件20b。该电元件20b也是一种在控制高速处理时因大电流流动而发热的CPU、以及在控制提供给负荷的电流之际发热的驱动元件。

温度检测部50b由通孔54、热敏电阻56、线路图案58、59等构成。

接下来参照图6(b)，电元件20b也为利用树脂等成模的结构，从该电元件 20b的主体20b-1突出的金属端口20b-2通过焊接部72固定连接在线路图案30b 的上面。

通孔54形成于：线路图案30b上固定连接金属端口20b-2的部位附近；同时一体化形成在通孔54的A面端上的垫片54a同线路图案30b形成为一体。

图6(b)所示的结构中，在形成于线路基板70的A面上的垫片54a上面也涂布了由右倾斜线所示的光阻剂层74，与此同时，电元件20b形成为：主体20b-1 被从线路基板70以及光阻剂层74处分离并安装的形状。因此，难以从电元件20b 向通孔54传递热量。

但是，金属端口20b-2是由热传导率高的铜等金属形成的。因此，在同金属端口20b-2附近的线路图案30b一体化形成的通孔54上，主体20b-1的热量借助金属端口20b-2和线路图案30b，容易地将热量传递到通孔54。

因此，配设在线路基板70的B面上的热敏电阻56能够高精度地检测出线路基板70的A面发热而产生的电元件20b的温度。

根据如上所述的各实施方式，由电流产生的发热利用热传导率高的通孔传递给热敏电阻，基于热敏电阻输出的信号有效检测电流的增加，在判断发生过电流的情况时，能够在发热部分即元件以及图形损伤之前切断电流。

此外用于上述各实施方式中的热敏电阻同熔丝等没有还原性的结构不同，不需要更换过电流保护元件。

另外，在上述的各实施方式中，在通孔上使用了同各线路图案和各垫片相同的材料作为示例，例如也可以在通孔上使用银。作为一个例子，银的热传导率约为420[W/(m·K)]，热传导性比铜良好。

还有，上述构成构件的数量、位置、形状等并不局限于上述实施方式，在实施本发明时，可以使用适宜的数量、位置、形状等。另外，在各图中，对于相同的构成元件附加了统一符号。

Claims (2)

1.一种过电流防止装置，其特征在于，包括：

绝缘构件，其形成有在第一面上通过电流的第一线路电路，同时在第二面上形成有第二线路电路，所述第二面为所述第一面的反面；

贯通构件，其贯通所述绝缘构件，能够将热量从所述第一面传递到所述第二面；

发热线路部，其在所述第一线路电路的一部分上同所述贯通构件的一个端部相连接而形成，并且因所述电流通过而发热；

断续单元，其插入在所述第一线路电路中，并进行所述电流的接通或切断；

热量检测构件，其接近或抵接在所述第二面的所述贯通构件的另一个端部而配置，并且检测通过所述贯通构件从所述发热线路部传递过来的热量，并输出所述发热线路部的温度检测信号；

控制部，其基于所述温度检测信号，控制所述断续单元；

其中，所述发热线路部的构成为：在通过的电流为定常流动的情况下，相较温度不能上升到规定阈值以上的第一线宽要窄，当该电流为过电流的时候，则狭窄成温度能够上升到所述规定阈值以上的第二线宽；

所述控制部在利用所述热量检测构件检测到的所述发热线路部的温度上升到所述规定阈值以上的时候，判断所述电流为过电流，控制所述断续单元，切断所述电流，所述控制部还具备在判断是否为过电流的处理开始之前设定所述规定阈值的功能。

2.根据权利要求1所述的过电流防止装置，其特征在于，所述贯通构件由与所述第一线路电路或所述第二线路电路的材料相同的材料构成。