CN116648839A - 保护元件和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明的保护元件具备：第一端子；以及第二端子和第三端子，分别连接于所述第一端子，就连接所述第一端子与所述第二端子的熔丝元件的电阻而言，连接所述第一端子与所述第三端子的熔丝元件的至少一部分的电阻比连接所述第一端子与所述第二端子的熔丝元件的电阻高。

Description

保护元件和电子设备
技术领域
本发明涉及保护元件和电子设备。
本申请基于在2020年12月28日向日本提出申请的日本特愿2020－219150号要求优先权，并将其内容援引于此。
背景技术
作为保护元件，已知一种如下构成的保护元件：在电路基板中流通超过额定的过电流时，熔丝元件自身会发热而熔断，由此使电流路径断开。此外，作为保护元件，已知一种如下构成的保护元件：在内部具有发热体(加热器)，在过电流的产生以外的异常时，使电流在发热体中流通，由此使发热体发热，利用该热量来使熔丝元件熔断。
专利文献1中公开了一种保护元件，其具有串联连接的第一熔丝元件和第二熔丝元件以及连接于第一熔丝元件与第二熔丝元件之间的发热体。该保护元件构成为：在过电流流过第一熔丝元件和第二熔丝元件时，第一熔丝元件比第二熔丝元件先断开。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2020－92085号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在移动设备这样的输出电压为20V以下的设备的电源中，为了使用熔丝来符合例如UL2054(电池组的标准)中所规定的限制电源(LPS：Limited Power Source)的必要条件，需要在放电侧使用额定电流值为5A以下的熔丝，因此需要提高熔丝的阻值(5.0mΩ以上)。另一方面，在近来的移动设备中，快速充电的需求也在增加，在快速充电的情况下，要使充电电流值高为5A以上的电流流过，因此需要将熔丝的阻值设为1.0mΩ以下。即，为了应对符合LPS的必要条件和快速充电的需求，要求相反的保护元件的特性。作为兼顾该相反的要求的方法，存在如下方法：使充电端子与放电端子分离，在充电时使用应用有阻值相对较低的熔丝元件的带发热体的保护元件，在放电时使用应用有阻值相对较高的熔丝元件的保护元件，即存在使用两种以上的保护元件的方法。然而，使用两种以上的保护元件存在电路的尺寸变大等问题。
本发明是鉴于上述的情况而完成的，其目的在于提供一种保护元件，其在放电时，即使是相对较低的电流值，也能使电流路径断开，在充电时，即使是相对较高的电流值，也不会使电流路径断开而能进行快速充电。此外，本发明的目的在于提供一种以具备这样的保护元件和电源的移动设备为代表的电子设备。
用于解决问题的方案
本发明为了解决上述问题而提供以下的方案。
(1)本发明的一个方案的保护元件具备：第一端子；以及第二端子和第三端子，分别连接于所述第一端子，连接所述第一端子与所述第三端子的熔丝元件的至少一部分的电阻比连接所述第一端子与所述第二端子的熔丝元件的电阻高。
(2)在上述(1)中所记载的方案中，也可以采用如下构成：所述保护元件还具备中间电极，所述保护元件具有：第一熔丝元件，将所述第一端子与所述中间电极连接；第二熔丝元件，将所述第二端子与所述中间电极连接；以及第三熔丝元件，将所述第三端子与所述中间电极连接，所述第三熔丝元件的电阻比所述第二熔丝元件的电阻高。
(3)在上述(1)中所记载的方案中，也可以采用如下构成：所述保护元件还具备中间电极，所述第二端子与所述中间电极直接连结，所述保护元件具有：第一熔丝元件，将所述第一端子与所述中间电极连接；以及第三熔丝元件，将所述第三端子与所述中间电极连接，所述第三熔丝元件的电阻比所述第一熔丝元件的电阻高。
(4)在上述(2)或(3)中所记载的方案中，也可以采用如下构成：所述保护元件还具备第四端子，所述第四端子经由发热体与所述中间电极连接。
(5)在上述(1)～(4)中所记载的方案中，也可以采用如下构成：所述第一端子与能进行充放电的电源连接，所述第二端子与充电线连接，所述第三端子与放电线连接。
(6)本发明的一个方案的电子设备具备：电源；以及如上述(1)～(5)中所记载的保护元件，连接于所述电源。
(7)在上述(6)中所记载的方案中，也可以采用如下构成，即具备：控制设备，检测所述电源的电压；以及开关，基于所述检测到的电压，在所述电源发生了过度充电的情况下工作。
(8)在上述(6)或(7)中所记载的方案中，所述电源为锂离子二次电池或电容器。
发明效果
根据本发明，能提供一种保护元件，其在放电时，即使是相对较低的电流值，也能使电流路径断开，在充电时，即使是相对较高的电流值，也不会使电流路径断开而能进行快速充电。此外，根据本发明，其目的在于提供一种以具备上述的保护元件和电源的移动设备为代表的电子设备。
附图说明
图1是具备本发明的第一实施方式的保护元件的电子设备的电源部的电路图。
图2是表示本发明的第一实施方式的保护元件的一个例子的俯视图。
图3是图2所示的保护元件的仰视图。
图4是图2所示的保护元件的IV－IV线剖视图。
图5是图2所示的保护元件的V－V线剖视图。
图6是表示本发明的第一实施方式的保护元件的另一个例子的俯视图。
图7是表示本发明的第一实施方式的保护元件的又一个例子的俯视图。
图8是表示本发明的第一实施方式的保护元件的又一个例子的俯视图。
图9是表示本发明的第一实施方式的保护元件的又一个例子的俯视图。
图10是具备本发明的第二实施方式的保护元件的电子设备的电源部的电路图。
图11是表示本发明的第二实施方式的保护元件的一个例子的俯视图。
图12是表示本发明的第二实施方式的保护元件的另一个例子的俯视图。
具体实施方式
以下，适当参照附图对本发明的保护元件的实施方式进行详细说明。有时为了便于理解特征，以下的说明中所使用的附图会以方便的方式将成为特征的部分放大示出，有时各构成要素的尺寸比率等会与实际不同。以下的说明中所举例示出的材料、尺寸等为一个例子，本发明不限于此，可以在起到本发明的效果的范围内适当地变更实施。可以在不脱离本发明的主旨的范围内对位置、数量、比率、种类、大小、形状等进行变更、省略、追加、替换、其他变更。只要没有特别的问题，也可以相互共有各例中的优选的特征、条件。
图1是具备本发明的第一实施方式的保护元件的电子设备的电源部的电路图。电子设备例如为便携式电话、智能手机、平板电脑等移动设备、数码相机。
如图1所示，保护元件1具备第一端子10、第二端子20、第三端子30、第四端子40以及中间电极50。第一端子10、第二端子20、第三端子30以及第四端子40配置为：第一端子10与第三端子30对置，第二端子20与第四端子40对置。
第一端子10经由第一熔丝元件15与中间电极50连接。此外，第一端子10与配备于电子设备的电源60连接。电源60被设为能进行充放电。作为电源60，例如可以使用二次电池、电容器。在本实施方式中，作为电源60，使用了锂离子二次电池。
第二端子20与中间电极50直接连结。因此，连接第一端子10与第二端子20的熔丝元件是第一熔丝元件15。就第一熔丝元件15而言，优选的是，额定电流值为10A以上，更优选的是，额定电流值处于15A以上且30A以下的范围内。此外，就第一熔丝元件15而言，优选的是，阻值为1.0mΩ以下，更优选的是，阻值处于0.15mΩ以上且0.6mΩ以下的范围内。
第三端子30经由第三熔丝元件35与中间电极50直接连结。因此，连接第一端子10与第三端子30的熔丝元件为第一熔丝元件15和第三熔丝元件35。将第一熔丝元件15与第三熔丝元件35以串联方式连接时的电阻被设定为比第一熔丝元件15的电阻高。此外，第三熔丝元件35被设定为电阻比第一熔丝元件15的电阻高。将第一熔丝元件15与第三熔丝元件35以串联方式连接时的额定电流值优选为5A以下，更优选为处于1A以上且5A以下的范围内。此外，将第一熔丝元件15与第三熔丝元件35以串联方式连接时的电阻值优选为处于5mΩ以上且20Ω以下的范围内。
第二端子20与电子设备的充电线连接。在对电源60进行充电时，电流以经过第一端子10、第一熔丝元件15、中间电极50、第二端子20的方式流动。因此，当在对电源60进行充电时流通有过电流时，第一熔丝元件15会发热而熔断，由此电流路径断开。另一方面，第三端子30与电子设备的放电线连接。在对电源60进行放电时，电流以经过第一端子10、第一熔丝元件15、中间电极50、第三熔丝元件35、第三端子30的方式流动。因此，当在对电源60进行放电时流通有过电流时，第三熔丝元件35会发热而熔断，由此电流路径断开。
此外，第四端子40经由发热体45与中间电极50连接。第四端子40与放电线连接。第四端子与配备于电子设备的开关61连接。开关61与控制设备62连接。控制设备62检测电源60的电压，基于检测到的电压，例如在电源60发生了过度充电等异常的情况下，使开关61工作。由此，向第四端子供给电流，使发热体45发热。发热体45的热量会传递至中间电极50，由此使第一熔丝元件15和第三熔丝元件35熔断。
在保护元件1中，将第一熔丝元件15与第三熔丝元件35以串联方式连接时的电阻被设定为比第一熔丝元件15的电阻高。因此，能使放电时的额定电流值相对低于充电时的额定电流值，因此能确保放电时的安全性。另一方面，能使充电时的额定电流值相对高于放电时的额定电流值，因此能在充电时以相对地比放电时的电流值高的电流值对电源60进行充电，从而能进行快速充电。此外，在过电流的产生以外的异常时，能通过使发热体45发热来使电流路径断开，因此能确保更高的安全性。
接着，参照图2～图5，对本实施方式的保护元件1的构成例子进行说明。
图2是表示本发明的第一实施方式的保护元件的一个例子的俯视图。图3是图2所示的保护元件的仰视图。图4是图2所示的保护元件的IV－IV线剖视图。图5是图2所示的保护元件的V－V线剖视图。
图2～图5所示的保护元件1a具有基板70、配备于基板70第一端子10、第二端子20、第三端子30、第四端子40以及中间电极50。基板70在俯视下为具有四条边的四边形，第一端子10和第三端子30以对置的方式并且第二端子20和第四端子40以对置的方式分别配备于基板70的各边。
第一端子10由配备于基板表面70a的第一表面电极11a、配备于基板背面70b的第一背面电极11b以及将第一表面电极11a与第一背面电极11b连接的第一通孔12构成。同样地，第二端子20由第二表面电极21a、第二背面电极21b以及第二通孔22构成。第三端子30由第三表面电极31a、第三背面电极31b以及第三通孔32构成。第四端子40由第四表面电极41a、第四背面电极41b以及第四通孔42构成。需要说明的是，第四端子可以作为第四背面电极41b单体而省略第四表面电极41a和第四通孔42。
中间电极50配备于基板70的基板表面70a。中间电极50与第二端子20的第二表面电极21a直接连结。中间电极50以穿过第一端子10与第三端子30之间的方式延长。中间电极50配置于第三端子30与中间电极50之间的距离L3比第一端子10与中间电极50之间的距离L1长的位置。
将第一端子10与中间电极50连接的第一熔丝元件15和将第三端子30与中间电极50连接的第三熔丝元件35连结，构成带状的一个熔丝连结体71。熔丝连结体71经由导电性连接材料72而将中间电极50与第一端子10和第三端子30连接。
第四端子40的第四背面电极41b与发热体45的一个端部连接。发热体45的另一个端部与第二端子20的第二背面电极21b连接。发热体45被绝缘层46包覆。
作为基板70的材料，只要是具有绝缘性的材料即可，没有特别限制，例如除了可以使用陶瓷基板、玻璃环氧基板这样的印刷布线基板中使用的基板之外，还可以使用玻璃基板、树脂基板、绝缘处理金属基板等。需要说明的是，这些当中，优选的是作为耐热性优异、导热性良好的绝缘基板的陶瓷基板。
作为第一端子10、第二端子20、第三端子30、第四端子40以及中间电极50的材料，例如可以使用银、铜、钨或包含这些金属的合金等。作为熔丝连结体71的材料，可以使用以往被用作熔丝材料的各种低熔点金属。作为低熔点金属的例子，可以列举SnSb(锡锑)合金、BiSnPb(铋锡铅)合金、BiPbSn(铋铅锡)合金、BiPb(铋铅)合金、BiSn(铋锡)合金、SnPb(锡铅)合金、SnAg(锡银)合金、PbIn(铅铟)合金、ZnAl(锌铝)合金、InSn(铟锡)合金、PbAgSn(铅银锡)合金等。作为导电性连接材料72，例如可以使用焊料。
作为发热体45的材料，例如可以使用高阻导电性材料。作为高阻导电性材料，可以使用镍铬合金、W(钨)、Mo(钼)、Ru(钌)等、或者包含这些金属的材料。作为绝缘层46的材料，例如可以使用玻璃。
在保护元件1a中，当在放电时流通有过电流时，熔丝连结体71的第三熔丝元件35会发热而熔断，由此使电流路径断开。此外，当在充电时流通有过电流时，熔丝连结体71的第一熔丝元件15会发热而熔断，由此使电流路径断开。而且，在过电流的产生以外的异常时，会向第四端子供给电流，使发热体45发热。发热体45的热量会传递至第二端子20的第二背面电极21b，然后该热量会经由第二通孔22和第二表面电极21a传递至中间电极50，由此第一熔丝元件15和第三熔丝元件35会被熔断。
在保护元件1a中，熔丝连结体71的第三端子30与中间电极50之间的距离L3比第一端子10与中间电极50之间的距离L1长，因此第三熔丝元件35的电阻比第一熔丝元件15的电阻高。因此，保护元件1a能确保放电时的安全性，并且能在充电时进行快速充电。
图6是表示本发明的第一实施方式的保护元件的另一个例子的俯视图。
图6所示的保护元件1b与上述的保护元件1a在以下的点上不同，在其他点上是共同的。因此，对于保护元件1b与保护元件1a共同的部分，标注相同的附图标记并省略说明。
(1)将第一端子10与中间电极50连接的第一熔丝元件15和将第三端子30与中间电极50连接的第三熔丝元件35分离这一点。
(2)中间电极50配置于第一端子10与第三端子30的中间的位置这一点。
(3)第三熔丝元件35的宽度W3比第一熔丝元件15的宽度W1窄这一点。
在保护元件1b中，第三熔丝元件35的宽度W3比第一熔丝元件15的宽度W1窄，由此第三熔丝元件35的电阻比第一熔丝元件15的电阻高。因此，与保护元件1a同样地，保护元件1b能确保放电时的安全性，并且能在充电时进行快速充电。
图7是表示本发明的第一实施方式的保护元件的又一个例子的俯视图。
图7所示的保护元件1c与上述的保护元件1a在以下的点上不同，在其他点上是共同的。因此，对于保护元件1c与保护元件1a共同的部分，标注相同的附图标记并省略说明。
(1)将第一端子10与中间电极50连接的第一熔丝元件15和将第三端子30与中间电极50连接的第三熔丝元件35分离这一点。
(2)中间电极50配置于第一端子10与第三端子30的中间的位置这一点。
(3)第一熔丝元件15和第三熔丝元件35分别由熔丝元件片73形成，第一熔丝元件15由多个(图7中为三个)熔丝元件片73构成，而第三熔丝元件35由一个熔丝元件片73构成这一点。
在保护元件1c中，构成第三熔丝元件35的熔丝元件片73的数量比构成第一熔丝元件15的熔丝元件片73的数量少，由此使第三熔丝元件35的电阻比第一熔丝元件15的电阻高。因此，与保护元件1a同样地，保护元件1c能确保放电时的安全性，并且能在充电时进行快速充电。需要说明的是，在图7中，构成第一熔丝元件15的熔丝元件片73的数量为三个，但对于熔丝元件片73的数量，没有特别限制。熔丝元件片73的数量只要为两个以上的多个即可，例如处于2个～20个的范围内。
图8是表示本发明的第一实施方式的保护元件的又一个例子的俯视图。
图8所示的保护元件1d与上述的保护元件1a在以下的点上不同，在其他点上是共同的。因此，对于保护元件1d与保护元件1a共同的部分，标注相同的附图标记并省略说明。
(1)中间电极50配置于第一端子10与第三端子30的中间的位置这一点。
(2)熔丝连结体71中的将第三端子30与中间电极50连接的第三熔丝元件35的宽度W3比将第一端子10与中间电极50连接的第一熔丝元件15的宽度W1窄这一点。
在保护元件1d中，第三熔丝元件35的宽度W3比第一熔丝元件15的宽度W1窄，由此第三熔丝元件35的电阻比第一熔丝元件15的电阻高。因此，与保护元件1a同样地，保护元件1d能确保放电时的安全性，并且能在充电时进行快速充电。
图9是表示本发明的第一实施方式的保护元件的又一个例子的俯视图。
图9所示的保护元件1e与上述的保护元件1a在以下的点上不同，在其他点上是共同的。因此，对于保护元件1e与保护元件1a共同的部分，标注相同的附图标记并省略说明。
(1)第一熔丝元件15与第三熔丝元件35分离这一点。
(2)中间电极50配置于第一端子10与第三端子30的中间的位置这一点。
(3)第三熔丝元件35被设为通过印刷法而形成的细线状的图案熔丝元件这一点。
在保护元件1e中，第三熔丝元件35被设为通过印刷法而形成的细线状的图案熔丝元件，由此第三熔丝元件35的电阻比第一熔丝元件15的电阻高。因此，与保护元件1a同样地，保护元件1e能确保放电时的安全性，并且能在充电时进行快速充电。
图10是具备本发明的第二实施方式的保护元件的电子设备的电源部的电路图。
图10所示的保护元件2在配置为第一端子10与第二端子20对置且第三端子30与第四端子40对置这一点、以及第二端子20与中间电极50经由第二熔丝元件25连接这一点上与第一实施方式的保护元件1不同，在其他点上是共同的。因此，对于保护元件2与保护元件1共同的部分，标注相同的附图标记并省略说明。
在保护元件2中，将第一端子10与第二端子20连接的熔丝元件为第一熔丝元件15和第二熔丝元件25。将第一熔丝元件15与第二熔丝元件25以串联的方式连接时的额定电流值优选为10A以上，更优选为处于15A以上且30A以下的范围内。此外，将第一熔丝元件15与第二熔丝元件25以串联方式连接时的电阻值优选为1.0mΩ，更优选为处于0.15mΩ以上且0.6mΩ以下的范围内。
在保护元件2中，第三熔丝元件35的电阻被设定为比第二熔丝元件25的电阻高。因此，能使放电时的额定电流值相对低于充电时的额定电流值，因此能确保放电时的安全性。另一方面，能使充电时的额定电流值相对高于放电时的额定电流值，因此能在充电时以比放电时相对较高的电流值高的电流值对电源60进行充电，能进行快速充电。
图11是表示本发明的第二实施方式的保护元件的一个例子的俯视图。
就图11所示的保护元件2a而言，第一熔丝元件15和第二熔丝元件25被设为宽度较大的带状的熔丝连结体71，与熔丝连结体71相比，带状的第三熔丝元件35的宽度窄。
在保护元件2a中，将第一端子10与中间电极50连接的第一熔丝元件15是共同的，但第三熔丝元件35的宽度比第二熔丝元件25的宽度窄，由此第三熔丝元件35的电阻比第二熔丝元件25的电阻高。因此，与保护元件1a同样地，保护元件2a能确保放电时的安全性，并且能在充电时进行快速充电。
图12是表示本发明的第二实施方式的保护元件的另一个例子的俯视图。
图12所示的保护元件2b在第三熔丝元件35被设为通过印刷法而形成的细线状的图案熔丝元件这一点上是共同的。
在保护元件2b中，第三熔丝元件35被设为通过印刷法而形成的细线状的图案熔丝元件，由此第三熔丝元件35的电阻比第二熔丝元件25的电阻高。因此，与保护元件2a同样地，保护元件2b能确保放电时的安全性，并且能在充电时进行快速充电。
以上，对本发明的实施方式进行了详细描述，但本发明不限于上述实施方式，可以在权利要求书内所记载的本发明的主旨的范围内进行各种变形/变更。
例如，在第二实施方式的保护元件2中，也可以采用如下构成：将第一端子10与中间电极50直接连结，具有将第二端子20与中间电极50连接的第二熔丝元件25和将第三端子30与中间电极50连接的第三熔丝元件35，第三熔丝元件35的电阻比第二熔丝元件25的电阻高。在该构成的保护元件中，优选的是，通过控制设备62将开关61控制为：能在发热体45发热从而第二熔丝元件25和第三熔丝元件35熔断了时，停止对发热体45的通电。
附图标记说明
1、1a、1b、1c、1d、1e、2、2a、2b：保护元件；
10：第一端子；
11a：第一表面电极；
11b：第一背面电极；
12：第一通孔；
15：第一熔丝元件；
20：第二端子；
21a：第二表面电极；
21b：第二背面电极；
22：第二通孔；
25：第二熔丝元件；
30：第三端子；
31a：第三表面电极；
31b：第三背面电极；
32：第三通孔；
35：第三熔丝元件；
40：第四端子；
41a：第四表面电极；
41b：第四背面电极；
42：第四通孔；
45：发热体；
46：绝缘层；
50：中间电极；
60：电源；
61：开关；
62：控制设备；
70：基板；
70a：基板表面；
70b：基板背面；
71：熔丝连结体；
72：导电性连接材料；
73：熔丝元件片。

Claims (8)

1.一种保护元件，具备：
第一端子；以及
第二端子和第三端子，分别连接于所述第一端子，
连接所述第一端子与所述第三端子的熔丝元件的至少一部分的电阻比连接所述第一端子与所述第二端子的熔丝元件的电阻高。
2.根据权利要求1所述的保护元件，其中，
所述保护元件还具备中间电极，
所述保护元件具有：
第一熔丝元件，将所述第一端子与所述中间电极连接；
第二熔丝元件，将所述第二端子与所述中间电极连接；以及
第三熔丝元件，将所述第三端子与所述中间电极连接，
所述第三熔丝元件的电阻比所述第二熔丝元件的电阻高。
3.根据权利要求1所述的保护元件，其中，
所述保护元件还具备中间电极，
所述第二端子与所述中间电极直接连结，
所述保护元件具有：
第一熔丝元件，将所述第一端子与所述中间电极连接；以及
第三熔丝元件，将所述第三端子与所述中间电极连接，
所述第三熔丝元件的电阻比所述第一熔丝元件的电阻高。
4.根据权利要求2或3所述的保护元件，其中，
所述保护元件还具备第四端子，所述第四端子经由发热体与所述中间电极连接。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的保护元件，其中，所述第一端子与能进行充放电的电源连接，
所述第二端子与充电线连接，
所述第三端子与放电线连接。
6.一种电子设备，具备：
电源；以及
如权利要求1～5中任一项所述的保护元件，连接于所述电源。
7.根据权利要求6所述的电子设备，具备：
控制设备，检测所述电源的电压；以及
开关，基于所述检测到的电压，在所述电源发生了过度充电的情况下工作。
8.根据权利要求6或7所述的电子设备，其中，
所述电源为锂离子二次电池或电容器。
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