CN1564412A - 保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种保护电路，该保护电路在本发明中能够用更少的部件简便地低成本地进行制造、能够适应过电流及过电压。利用更少量的部件数简便地低成本地制造能够对应过电流及过电压的保护元件。由一个PTC材料(1’)和设于其上的至少3个电极(11a、11b、11c)构成保护元件，使该PTC材料(1’)具有2个以上的PTC元件(1a、1b)的作用。

Description

保护电路
本申请是下述申请的分案申请：
发明名称：保护元件
申请日：2000年7月28日
申请号：00122242.2
技术领域
本发明涉及一种保护电路，该保护电路利用PTC元件的断路、在有过电流或过电压时使被保护电路受到保护。
背景技术
众所周知，迄今为止作为遮断向被保护电路的过电流的保护元件有由铅、锡、锑等低熔点金属体组成、利用过电流发热而熔断的电流保险丝。
另外，在过电流时发热、由此电阻升高、控制在被保护电路中流动的电流的元件为PTC(Positive Temperature Coefficient：正温度系数)元件已为人知。
进而提出了，将这些保护元件和电压检测装置组合、不仅在过电流情况而且在过电压时也保护被保护电路的保护装置。
图6为这样的保护装置的电路图，图7为在该电流中使用的保护元件20X的平面图(同图(a))及剖面图(同图(b))(参照特开平8-236305号公报)。在图6的电路中，端子A1、A2连接于锂离子电池等的被保护装置的电极端子上，端子B1、B2连接于充电器等的电极端子上。
在该电路中，在该第1端子a和第2端子b之间，串联地连接PTC元件1和低熔点金属体2，发热体3连接在读连接点(电极5d)和第3端子c之间，低熔点金属体2和发热体3紧邻配置。并且由这些PTC元件1、低熔点金属体2及发热体3构成1个保护元件20X。
该保护元件20X如下制造，如图7所示在基板4上设置电极5a、5b’、5c、5d，在该电极5c和电极5d之间设置发热体3，利用绝缘层6包覆发热体3，将PTC元件1层压于电极5a上，在PTC元件1和基板4上的电极5b和5d上架桥地设置低熔点金属体2，进而用保护罩7覆盖其上。
另外，在该保护装置上作为电压检测装置及开关装置设有稳压二极管和晶体管。
根据该保护装置，在通常时不向发热体3通电，PTC元件1及低熔点金属体2形成锂离子电池等的被保护装置的电极端子和充电器等的电极端子之间的通电线，而在稳压二极管上施加所定的降伏电压以上的逆电压时、急剧地流动基本电流ib，这样，大的集电极电流ic，被通向发热体3从而使发热体3发热，熔断紧邻于发热体3的位置上的低熔点金属体2，阻止连接于端子A1、A2上的锂离子电池等的被保护装置上进行过充电。
另一方面，在端子A1、B1间流动有规定值以上的过电流上时，首先PTC元件发挥电流抑制机能，然后熔断低熔点金属体2而遮断电流。
图8为不同的保护装置的电路图，图9为在该电路中使用的保护元件20Y的正面图(同图(a))及侧面图(同图(b))(参照特开平10-98829号公报)。在该电路中保护元件20Y如下设置：将第1PTC元件1a和第2PTC元件1b配置于不锈板8的两面，用弹簧9a、9b弹性地将其夹住、装入聚合物制保护箱7中。另外，作为电压检测装置及开关装置和所述的图6的电路同样地设有稳压二极管和晶体管。
所以，利用图8的保护电路通常时只向第1PTC元件1a通电，在由过电压时急剧地在第2PTC元件1b上流动电流从而第2PTC元件发热，该热快速地传向第1PTC元件，第1PTC元件断路从而向被保护电路的通电被抑制。
但是，在利用所述的PTC元件的保护元件中，为了使异常时抑制通电线的电流的PTC元件1、1a(图6、图8)发挥其作用，必须分别使用发热体3(图6)及第2PTC元件1b(图8)。
而且，为了利用这些PTC元件1、1a、1b及发热体3而构成保护元件20X、20Y也需要基板4及箱7。
而且存在有由于在现有的保护元件中部件数多所以难于小型化、制造成本高等问题。
发明内容
对于这样的现有的技术问题，本发明的目的在于提供保护元件，该保护元件在本发明中能够用更少的部件简便地低成本地进行制造、能够适应过电流及过电压。
本发明者发现，当将3个以上的电极设于一个PTC材料上时，用其中的2个电极夹着的PTC材料分别作为1个PTC元件使用，从而完成本发明的保护元件。另外，当将向被保护电路的通电线中并联地连接2个PTC元件时，通常时向2个PTC元件的两个方向通电，异常时，只向其中的一个方向通电，如上所述地构成电路时，即使相对通常时的异常时的电流为比较小时，也能够使PTC元件断路，完成本发明的保护电路。
也就是本发明提供一种保护元件，其特征为，该保护元件由一个PTC材料和设于其上的至少3个电极组成，该PTC材料具有2个以上的PTC元件的作用。
另外，本发明提供一种保护电路，该保护电路，第1PTC元件和串联地连接有开关元件及第2PTC元件、并列地连接，该开关元件在通常时能够向第2PTC元件通电，被保护电路的端电压在所定电压以上时使向第2PTC元件的通电遮断，实现第1PTC元件利用通电电流断路。
附图说明
图1为本发明的保护元件的平面图(同图(a))及剖面图或(同图(b))。
图2为显示本发明的保护电路的电路图。
图3为本发明的保护元件的平面图(同图(a))及剖面图或(同图(b))。
图4为本发明的保护元件的平面图(同图(a))及剖面图或(同图(b))。
图5为本发明的保护元件的平面图(同图(a))及剖面图或(同图(b))。
图6为现有的保护装置的电路图。
图7为现有的保护元件的平面图(同图(a))及剖面图或(同图(b))。
图8为现有的保护装置的电路图
图9为现有的保护元件的正面图(同图(a))及剖面图或(同图(b))。
具体实施方式
下面，参照图详细地说明本发明。另外，在各图中，同一符号表示同一或同等的构成元件。
图1为本发明的保护元件20A的平面图(同图(a))及剖面图或(同图(b))。
该保护元件20A将第1电极11a、第2电极11b、第3电极11c分别带状地设于矩形板状的PTC材料1’的单面上。这里，作为PTC材料1’的对该PTC原材料本身没有特别限制，可以使用使导电性离子分散于结晶性高分子(例如聚烯烃类树脂)的所谓聚合物-PTC、钛酸钡类PTC、方英石类PTC(特开平10-261505号公报)。
另外，电极11a、11b、11c的形成材料及形成方法也没有特别限制，例如，利用喷镀可以形成电极11a、11b、11c。
该保护元件20A如上所述由一个PTC材料1’组成，虽然可以简便地制造，但也可以使笫1电极11a和第2电极11b和这之间的材料1’用作第1PTC元件1a，使第2电极11b和第3电极11c和这之间的材料1’用作第2PTC元件1b。
另外，该保护元件20A由于各电极11a、11b、11c设于PTC材料1’的单面上，所以适于表面安装。
图2为显示利用所述的保护元件20A的本发明的保护电路的电路图，在该保护电路中，端子A1、A2连接于锂离子电池等的被保护装置的电极端子上，端子B1、B2连接于充电器等的电极端子上。
另外，在该保护电路上FBT(场效应晶体管)作为开关元件使用，FBT的源极子S/漏极端子D和第2PTC元件1b串联地连接，这些和第1PTC元件1a并联地连接着。
另一方面，FBT的门极端子G和检测被保护电路的端子电压IC连接，IC对应检测的被保护电路的端子电压的值而控制FET的门端子G的电位。即，IC没有检测异常时、即被保护电路的端子电压比所定电压低时，IC将FET设为ON状态、FET使向第2PTC元件1b的通电成为可能。所以，这时向第1PTC元件1a和第2PTC元件1b的双方通入相应于该电阻值的电流。另外，当这样在双方的PTC元件1a、1b通电时产生有过电流时，可以利用各个的PTC元件1a、1b的断路控制电流。
对此，当IC检测有异常时、即被保护电路的终端电压检测到所定电压以上的过电压时，IC将FBT设定为OFF状态，FBT遮断向第2PTC元件1b的通电。其结果在异常时只向第1PTC元件通电，第1PTC元件1a利用通电电流快速地断路。
这样利用本发明的保护电路，用极简便地构成可以使被保护电路在有过电流及过电压时受到保护。
在本发明的保护电路中，第1PTC元件1a及第2PTC元件1b的通常时的电阻值及使产生断路的电流值可以适当地确定，但优选设定使第1PTC元件1a比第2PTC元件1b具有高电阻。这样，第2PTC元件1b在其电流大时断路，第1PTC元件1a即使其电流比较小时也断路，所以利用IC检测有过电压时可以使第1PTC元件1a极快速地断路。
另外，图2的保护电路只是如图示第1PTC元件1a和第2PTC元件1b并联地连接，将现有的2个PTC元件安装于基板上也能够实现，不一定使用本发明的保护元件20A也能够实现。
图3为本发明的其他的形式的保护元件20B的平面图(同图(a))及剖面图或(同图(b))。该保护元件20B将图1的保护元件20A中设于PTC材料1’的略中央部的第2的电极11b设置于笫3的电极11c的反面。只要利用该保护元件20B就能够使第1电极11a及.第3电极11c及其间的PTC材料1’具有第1PTC的元件1a的作用，使第2电极11b及第3电极11c及其间的PTC材料1’具有第2PTC元件1b的作用。
图4为不同的本发明的其他的形式的保护元件20C的平面图(同图(a))及剖面图或(同图(b))。该保护元件20C将图1的保护元件20A的电极形成面和相反侧的PTC材料1’的表面上进一步设置第4的电极11d。只要利用该保护元件20C就能够使电极11b及电极11c间的电阻比图1的保护元件20A低。
图5为不同的本发明的其他的形式的保护元件20D的平面图(同图(a))及剖面图或(同图(b))。只要利用该保护元件20D就能够使电极11b及电极11c间的电阻比图4的保护元件20C更低。
本发明的保护元件及保护电路不限于所述例，可以采取各种形式，PTC材料1’的形状、形成其上的电极数、电极的形状等可以适当地确定。例如图3-图5的保护元件在各个PTC材料的单面至少设有2个电极，在PTC材料的另一面再设有电极，这时在PTC材料的哪一个面上设有几个电极可以适当确定。
另外，在本发明的保护电路中，作为开关元件也可以使用FBT之外的其他的双极型晶体管、继电器等。
下面就实施例具体地说明本发明。
实施例1
制成图4所示的构成的保护元件。这时，PTC材料1’使用聚合物PTC，其大小为9mm×3mm×0.3(厚)。电极利用喷镀制成3mm×1.5mm。
得到的PTC元件20C的1电极11a及.第2电极11b间(第1PTC元件1a)为300mΩ、第2电极11b和第3电极11c间(第2PTC元件1b)为30mΩ。
当该PTC元件1a和PTC元件1b并联地流动电流时，PTC元件1a和PTC元件1b同时在5A断路。另一方面，只向PTC元件1a通入电流时，PTC元件1a在0.8A断路。
利用本发明可以简便地快速地利用一个PTC材料制造具有2个以上的PTC元件的保护元件。另外，使用该元件可以在过电流及过电压下保护被保护电路该保护元件。

Claims (3)

1.一种保护电路，其特征在于，第1PTC元件与串联连接的开关元件和第2PTC元件并联连接，该开关元件在通常时使向第2PTC元件的通电成为可能，在被保护电路的端电压变成规定电压以上时使向第2PTC元件的通电关断，以使第1PTC元件利用通电电流断开。
2.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，第1PTC元件比第2PTC元件电阻高。
3.如权利要求1或2所述的保护电路，其特征在于，开关元件为FET。
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