ES2638297T3 - Dispositivo de protección de circuito de reflujo de triple función - Google Patents
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Abstract
Dispositivo (100) de protección de circuito, que comprende: un sustrato (102) que comprende un primer electrodo (124), y un segundo electrodo (126); un contacto (108) deslizante colocado sobre el sustrato (102) en una primera ubicación, en el que en la primera ubicación el contacto (108) deslizante se conecta a, y proporciona una trayectoria de conducción entre, el primer electrodo (124) y el segundo electrodo (126), por medio de un elemento de detección; un elemento (106) de resorte configurado para mover el contacto (108) deslizante hasta una segunda ubicación con una pérdida de resiliencia del elemento de detección, en el que en la segunda ubicación el contacto (108) deslizante no proporciona una trayectoria de conducción entre el primer electrodo (124) y el segundo electrodo (126), en el que el elemento de detección está configurado para perder resiliencia con la detección de una cualquiera de las siguientes condiciones de activación: una condición de sobreintensidad de corriente; y una condición de sobretemperatura; caracterizado porque: (i) el dispositivo (100) de protección de circuito es un dispositivo de protección de circuito de triple función; (ii) el sustrato (102) comprende además un elemento (104) calentador, estando el elemento calentador configurado para recibir una corriente de control de activación; (iii) en la primera ubicación, el contacto (108) deslizante se conecta a y proporciona una trayectoria de conducción entre, el primer electrodo (124), el segundo electrodo (126) y el elemento (104) calentador por medio del elemento de detección; (iv) en la segunda ubicación, el contacto (108) deslizante no proporciona una trayectoria de conducción entre ninguno del primer electrodo (124), el segundo electrodo (126) y el elemento (104) calentador; y (v) el elemento de detección también está configurado para perder resiliencia con la detección de una condición de activación de una corriente de control de activación recibida por el elemento (104) calentador.
Description
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DISPOSITIVO DE PROTECCION DE CIRCUITO DE REFLUJO DE TRIPLE FUNCION
DESCRIPCION
Antecedentes
La presente invencion se refiere generalmente a circuitena de proteccion electronica. Mas, espedficamente, la presente invencion se refiere a un dispositivo de proteccion de circuito montado en superficie de triple funcion activado electricamente.
A menudo se utilizan circuitos de proteccion en circuitos electronicos para aislar circuitos con fallos de otros circuitos. Por ejemplo, el circuito de proteccion puede utilizarse para evitar una condicion de fallo termico o electrico en circuitos electricos, tales como en conjuntos de batenas de ion litio. Tambien pueden utilizarse circuitos de proteccion para proteger contra problemas mas serios, tales como un incendio provocado por un fallo de un circuito de fuente de alimentacion.
Un tipo de circuito de proteccion es un fusible termico. Un fusible termico funciona de manera similar a un fusible de vidrio tfpico. Es decir, en condiciones de funcionamiento normales el fusible se comporta como un cortocircuito y durante una condicion de fallo el fusible se comporta como un circuito abierto. Los fusibles termicos pasan entre estos dos modos de funcionamiento cuando la temperatura del fusible termico supera una temperatura especificada. Para facilitar estos modos, los fusibles termicos incluyen un elemento de conduccion, tal como un hilo fusible, un conjunto de contactos metalicos o un conjunto de contactos metalicos soldados, que puede conmutar de un estado conductor a uno no conductor. Tambien puede incorporarse un elemento de deteccion. El estado ffsico del elemento de deteccion cambia con respecto a la temperatura del elemento de deteccion. Por ejemplo, el elemento de deteccion puede corresponder a una aleacion metalica de bajo punto de fusion o un compuesto organico de fusion diferenciada que se funde a una temperatura de activacion. Cuando el elemento de deteccion cambia de estado, el elemento de conduccion conmuta del estado conductor al no conductor interrumpiendo ffsicamente una trayectoria de conduccion electrica.
En funcionamiento, fluye corriente a traves del elemento de fusible. Una vez que el elemento de deteccion alcanza la temperatura especificada, cambia de estado y el elemento de conduccion conmuta del estado conductor al no conductor.
Una desventaja de algunos fusibles termicos existentes es que durante la instalacion del fusible termico, debe tenerse cuidado para evitar que el fusible termico alcance la temperatura a la que el elemento de deteccion cambia de estado. Como resultado, algunos fusibles termicos existentes no pueden montarse en un panel de circuito por medio de hornos de reflujo, que funcionan a unas temperaturas que haran que se abra prematuramente el elemento de deteccion.
Los fusibles termicos descritos en la publicacion estadounidense n.° 2010/0245022 y la publicacion estadounidense n.° 2010/0245027 abordan las desventajas descritas anteriormente. Desventajas adicionales incluyen tamano y versatilidad. Los dispositivos de proteccion de circuito son a menudo demasiado altos como para satisfacer las restricciones de altura para dispositivos montados en placas de circuitos. Los dispositivos de proteccion de circuito a menudo tampoco proporcionan una versatilidad como para permitir que el dispositivo de proteccion de circuito se active en todas las condiciones necesarias para proteger adecuadamente el circuito. Aunque se han realizado avances al proporcionar dispositivos de proteccion de circuito mejorados, sigue habiendo una necesidad de dispositivos de proteccion de circuito mejorados.
Un dispositivo de proteccion de circuito adicional de la tecnica anterior (en el que se basa el preambulo de la reivindicacion 1) se da a conocer en el documento de patente DE 10 2009 036 578 B3. El dispositivo incluye una placa de circuito sobre la que se colocan dos secciones de pista conductora. Las partes de contacto de un contacto en puente deslizable se sueldan a estas secciones de pista conductora. A una determinada temperatura la soldadura se funde y el resorte mueve el contacto en puente de manera que sus partes de contacto ya no estan en contacto con las secciones de pista conductora.
Sumario
Segun la invencion se proporciona un dispositivo de proteccion de circuito que comprende: un sustrato que comprende un primer electrodo, y un segundo electrodo; un contacto deslizante colocado sobre el sustrato en una primera ubicacion, en el que en la primera ubicacion el contacto deslizante se conecta a, y proporciona una trayectoria de conduccion entre, el primer electrodo y el segundo electrodo, por medio de un elemento de deteccion; un elemento de resorte configurado para mover el contacto deslizante hasta una segunda ubicacion con una perdida de resiliencia del elemento de deteccion, en el que en la segunda ubicacion el contacto deslizante no proporciona una trayectoria de conduccion entre el primer electrodo y el segundo electrodo, en el que el elemento de deteccion esta configurado para perder resiliencia con la deteccion de una cualquiera de las siguientes condiciones de activacion: una condicion de sobreintensidad de corriente; y una condicion de sobretemperatura; caracterizado
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porque: (i) el dispositivo de proteccion de circuito es un dispositivo de proteccion de circuito de triple funcion; (ii) el sustrato comprende ademas un elemento calentador, estando el elemento calentador configurado para recibir una corriente de control de activacion; (iii) en la primera ubicacion el contacto deslizante se conecta a y proporciona una trayectoria de conduccion entre, el primer electrodo, el segundo electrodo y el elemento calentador por medio del elemento de deteccion; (iv) en la segunda ubicacion el contacto deslizante no proporciona una trayectoria de conduccion entre ninguno del primer electrodo, el segundo electrodo y el elemento calentador; y (v) el elemento de deteccion tambien esta configurado para perder resiliencia con la deteccion de una condicion de activacion de una corriente de control de activacion recibida por el elemento calentador. El elemento calentador se coloca entre los electrodos primero y segundo. El elemento de resorte se mantiene en tension por, y ejerce una fuerza paralela a la longitud del sustrato contra, el contacto deslizante. La conexion proporcionada por el elemento de deteccion entre el contacto deslizante y el primer electrodo, el segundo electrodo y el elemento calentador resiste la fuerza ejercida por el elemento de resorte. Con la deteccion de una cualquiera de las condiciones de activacion, el elemento de deteccion libera el contacto deslizante y la fuerza ejercida por el elemento de resorte mueve el contacto deslizante hasta otra ubicacion sobre el sustrato en la que el contacto deslizante ya no proporciona una trayectoria de conduccion entre el primer electrodo, el segundo electrodo y el elemento calentador.
Breve descripcion de los dibujos
La figura 1 es una vista en despiece ordenado de un dispositivo de proteccion de circuito de reflujo de triple funcion a modo de ejemplo sin ensamblar.
La figura 2a es una vista desde abajo de un dispositivo de proteccion de circuito ensamblado.
La figura 2b es una vista desde arriba del dispositivo de proteccion de circuito ensamblado mostrado en la figura 2a.
La figura 3a es un dispositivo de proteccion de circuito con el contacto deslizante en la posicion cerrada.
La figura 3b es el dispositivo de proteccion de circuito de la figura 3a con el contacto deslizante en la posicion abierta.
La figura 4 es una representacion esquematica de un circuito de conjunto de batenas a modo de ejemplo que va a protegerse mediante un dispositivo de proteccion de circuito antes de que se produzca el fundido del elemento de restriccion.
La figura 5 es una representacion esquematica del circuito de la figura 4 con el elemento de restriccion fundido y el contacto deslizante en la posicion cerrada.
La figura 6 es una representacion esquematica del circuito de la figura 5 con el contacto deslizante en la posicion abierta.
La figura 7 es otra realizacion para el sustrato de un dispositivo de proteccion de circuito de reflujo de triple funcion.
La figura 8 es una vista desde arriba de otra realizacion de un dispositivo de proteccion de circuito de reflujo de triple funcion.
La figura 9 es una vista desde abajo del dispositivo de proteccion de circuito de reflujo de triple funcion mostrado en la figura 8.
Descripcion detallada
La figura 1 es una vista en despiece ordenado de un dispositivo 100 de proteccion de circuito de reflujo de triple funcion a modo de ejemplo sin ensamblar. El dispositivo 100 de proteccion de circuito incluye un sustrato 102, un elemento 104 calentador, un elemento 106 de resorte, un contacto 108 deslizante y un separador 110. El dispositivo 100 de proteccion de circuito tambien puede incluir una cubierta 112.
El sustrato 102 puede incluir una placa de circuito impreso (PCB). Por motivos de explicacion, se describe el sustrato 102 como una PCB de multiples capas que incluye una PCB 114 superior y una PCB 116 inferior. Se entendera que el sustrato 102 tambien puede fabricarse como una unica capa.
La PCB 114 superior incluye una abertura 118 que recibe el elemento 104 calentador. La altura de la PCB 114 superior puede establecerse para permitir que la parte superior del elemento 104 calentador, cuando se coloca en la abertura 118, sea coplanaria con la superficie superior del sustrato 102, es decir, con la superficie superior de la PCB 114 superior. En otra realizacion mostrada en la figura 7 y descrita en mas detalle a continuacion, el elemento 104 calentador puede disponerse en el interior del sustrato 102 durante el procedimiento de fabricacion. En este ejemplo, el sustrato 102 puede no incluir la abertura 118.
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La PCB 114 superior tambien puede incluir otra abertura 120 para recibir una parte 122 en voladizo del contacto 108 deslizante. La abertura 120 en la figura 1 se extiende en paralelo a la longitud del sustrato 102, permitiendo que el contacto 108 deslizante se deslice en una direccion paralela a la longitud del sustrato 102. En otra realizacion mostrada en las figuras 8-9 y descrita en mas detalle a continuacion, la parte 122 en voladizo puede extenderse alejandose del sustrato 102 hacia la cubierta 112. En este ejemplo, el sustrato 102 puede no incluir la abertura 120.
La PCB 114 superior incluye zonas de apoyo/electrodos, 124, 126 y 128. Los electrodos 124 y 126 pueden colocarse en lados opuestos de la abertura 118 a lo largo de la anchura de la PCB 114 superior. El electrodo 128 puede colocarse en un lado de la abertura 118 opuesto al lado en el que esta ubicada la abertura 120 en lados opuestos de la abertura 118. Tal como se muestra en las figuras 3a-3b, el contacto 108 deslizante forma un puente entre los electrodos 124 y 126 y el elemento 104 calentador cuando el contacto 108 deslizante esta en una posicion cerrada o preparada, facilitando por tanto una conexion electrica entre el elemento 104 calentador, el electrodo 124 y el electrodo 126.
La PCB 116 inferior incluye zonas 130, 132 y 134 de apoyo correspondientes a la ubicacion de los electrodos 124, 126 y 128, respectivamente, de la PCB 114 superior. La PCB 116 inferior tambien puede incluir una zona 136 de apoyo correspondiente a la ubicacion del elemento 104 calentador. Tal como se muestra en la figura 2a, el lado inferior de la PCB 116 inferior incluye terminales correspondientes a las zonas 130, 132, 134 y 136 de apoyo para la conexion al circuito que va a protegerse.
Tal como se indica, el elemento 104 calentador encaja en la abertura 118 en el sustrato 102. El elemento 104 calentador tambien puede constituir otro electrodo del dispositivo 100 de proteccion de circuito. El elemento 104 calentador puede ser un dispositivo de coeficiente de temperatura positivo (PTC), tal como el dispositivo PTC dado a conocer en la publicacion estadounidense n.° 2010/0245027. Otros elementos calentadores, tales como un calentador de material compuesto conductor, que genera calor como resultado de la corriente que fluye a traves del dispositivo, puede utilizarse ademas de o en lugar del dispositivo PTC. En otro ejemplo, el elemento 104 calentador puede ser un elemento de coeficiente de temperatura nulo o calentador de vatiaje constante. Tal como se muestra en la figura 7, en otra realizacion el elemento calentador tambien puede ser una resistencia de pelfcula delgada o dispositivo de calentamiento dispuesto en el interior del sustrato durante un procedimiento de PCB.
El contacto 108 deslizante puede ser un elemento plano y conductor con la parte 122 en voladizo. La parte 122 en voladizo encaja en la abertura 120. El elemento 106 de resorte esta ubicado entre la parte 122 en voladizo y un lado de la abertura 120. El contacto 108 deslizante puede fundir al elemento 104 calentador y los electrodos 124, 126 con, por ejemplo, un elemento de deteccion de bajo punto de fusion (no mostrado). Cuando el elemento de deteccion cambia de estado, por ejemplo, se funde a una temperatura umbral, el contacto 108 deslizante ya no funde a los electrodos 124, 126 y el elemento 104 calentador, y el elemento 106 de resorte se expande y empuja el contacto 108 deslizante hacia abajo del canal 120. Por tanto, el elemento de deteccion puede proporcionar un contacto mecanico y electrico entre el contacto 108 deslizante y los electrodos 124, 126 y el elemento 104 calentador.
El elemento de deteccion puede ser, por ejemplo, una aleacion metalica de bajo punto de fusion, tal como una soldadura. Por motivos de explicacion, el elemento de deteccion se describe en el presente documento como una soldadura. Se entendera que pueden usarse otros materiales adecuados como elemento de deteccion tales como, por ejemplo, un material termoplastico conductor que tiene un punto de reblandecimiento o punto de fusion.
Con el contacto 108 deslizante soldado al elemento 104 calentador y los electrodos 124, 126, el elemento 106 de resorte entre la parte 122 en voladizo y el lado de la abertura 120 se mantiene en un estado comprimido. Cuando se funde la soldadura que sujeta el contacto 108 deslizante al elemento calentador y los electrodos 124, 126, se permite que se expanda el elemento 106 de resorte, empujando contra la parte 122 en voladizo y haciendo que esta se deslice hacia debajo de la abertura 120, que empuja a su vez al contacto 108 deslizante fuera del elemento 104 calentador y los electrodos 124, 126. De esta manera, se rompe la conexion electrica entre el elemento 104 calentador, el electrodo 124 y el electrodo 126. Las figuras 3a y 3b, descritas a continuacion, muestran un dispositivo de proteccion de circuito en una posicion cerrada y una abierta, respectivamente.
El elemento 106 de resorte puede ser un resorte helicoidal fabricado de cobre, acero inoxidable, plastico, caucho, u otros materiales conocidos o contemplados para usarse para resortes helicoidales. El elemento 106 de resorte puede ser de otras estructuras y/o materiales que pueden comprimirse conocidos por los expertos en la tecnica. Por motivos de explicacion, el elemento 106 de resorte se describe como que se mantiene en tension en un estado comprimido por el contacto 108 deslizante. Se entendera que un elemento de resorte tambien puede estar configurado para mantenerse en tension un estado expandido o estirado, como si el elemento de resorte comprendiera un material elastico. En este ejemplo, cuando se detecta una condicion de activacion y la soldadura se funde, el elemento de resorte puede tirar del contacto deslizante fuera de un elemento calentador y los electrodos del sustrato.
El dispositivo 100 de proteccion de circuito esta configurado para abrirse en al menos tres condiciones. La soldadura puede fundirse por una condicion de sobreintensidad de corriente, es decir, por una corriente a traves de los
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electrodos 124 y 126. Cuando la corriente que pasa a traves de los electrodos 124 y 126 (es dedr, los electrodos primero y segundo) alcanza una corriente umbral, es dedr, una corriente que supera una corriente de mantenimiento designada, el calentamiento por efecto Joule hara que se funda la soldadura, o que pierda resiliencia de otro modo, y el contacto 108 deslizante se mueva hasta la posicion abierta al abrirse por el empuje del elemento 106 de resorte.
La soldadura puede fundirse por una condicion de sobretemperatura en la que la temperatura del dispositivo 100 supera, tal como por un FET que se sobrecalienta o altas temperaturas ambientales, el punto de fusion de la soldadura que sujeta el contacto 108 deslizante a los electrodos 124, 126 y el elemento 104 calentador. Por ejemplo, la temperatura ambiental que rodea el dispositivo 100 de proteccion de circuito puede alcanzar una temperatura umbral, tal como 140°C o mayor, que hace que se funda la soldadura o pierda resiliencia de otro modo. Despues de que se funda la soldadura, el contacto 108 deslizante se empuja hacia abajo del canal 120 y a una posicion abierta, evitando por tanto que fluya corriente electrica entre los electrodos 124, 126 y el elemento 106 calentador.
La soldadura tambien puede fundirse por una condicion de activacion controlada en la que el elemento 104 calentador se activa mediante una corriente de control suministrada por el circuito en el que se instala el dispositivo 100 de proteccion de circuito. Por ejemplo, el dispositivo de proteccion de circuito puede hacer pasar una corriente hasta el elemento 104 calentador con la deteccion de un sobrevoltaje en el circuito, que hace que el dispositivo actue como un fusible de activacion controlada. A medida que aumenta la corriente que fluye a traves del elemento 104 calentador, puede aumentar la temperatura del elemento 104 calentador. El aumento de temperatura puede hacer que se funda la soldadura, o pierda resiliencia de otro modo, mas rapidamente, dando como resultado que el contacto 108 deslizante se mueva hasta una posicion abierta.
El dispositivo 100 de proteccion de circuito tambien incluye un elemento de restriccion (no mostrado) que mantiene el contacto 108 deslizante en la posicion cerrada durante el reflujo. Durante un procedimiento de reflujo, puede fundirse la soldadura que sujeta el contacto 108 deslizante al elemento 104 calentador y los electrodos 124, 126, lo que dara como resultado que el contacto 108 deslizante se mueva hasta la posicion abierta debido a la fuerza del resorte 106 comprimido. Por ejemplo, el punto de fusion de la soldadura puede ser de aproximadamente 140°C, mientras que la temperatura durante el reflujo puede alcanzar mas de 200°C, por ejemplo 260°C. Por tanto, durante el reflujo se fundina la soldadura, haciendo que el elemento 106 de resorte mueva prematuramente el contacto 108 deslizante hasta la posicion abierta.
Para evitar que la fuerza aplicada por el elemento 106 de resorte abra el dispositivo 100 de proteccion de circuito durante la instalacion, el elemento de restriccion puede utilizarse para mantener el contacto 108 deslizante de mantenimiento en su lugar y resistir la fuerza de expansion del resorte 106. Despues de que se instala el fusible termico de reflujo en un circuito o panel y se hace pasar a traves de un horno de reflujo, puede producirse el fundido del elemento de restriccion aplicando una corriente de armado a traves del elemento de restriccion. Esto arma a su vez el fusible termico de reflujo.
Puede colocarse un separador 110 sobre el sustrato 102. El separador 100 es un material aislante, tal como un material ceramico, un material polimerico, o un vidrio, o una combinacion de los mismos. Por ejemplo, el separador 100 puede fabricarse de una resina epoxfdica reforzada con vidrio o con fibras. El separador 100 incluye una abertura que forma un canal que permite que el contacto 108 deslizante se deslice en las condiciones comentadas anteriormente. El separador 110 puede tener una altura ligeramente mayor que la altura del contacto 108 deslizante de manera que cuando la cubierta 112 se coloca sobre el dispositivo 100 de proteccion de circuito, el lado inferior de la cubierta hace tope con el separador 110, permitiendo que el contacto 108 deslizante se deslice libremente y evitando cualquier friccion entre el contacto 108 deslizante y la cubierta 112.
Se describe a continuacion un procedimiento a modo de ejemplo para ensamblar el dispositivo 100 de proteccion de circuito. El sustrato 102 puede fabricarse mediante un procedimiento de panel de PCB, en el que las zonas de apoyo de placa de circuito forman terminales primarios y vfas chapadas realizan la conexion de estos terminales a las zonas de apoyo de montaje en superficie. Pueden cortarse hendiduras usando procedimientos de rebaje y perforacion conocidos. Como alternativa, pueden usarse piezas moldeadas por inyeccion diferenciadas con terminales que se moldean por insercion, o instalarse en una operacion posterior al moldeo.
Despues de que el sustrato 102 se fabrique y se le aplique un patron, el elemento 104 calentador puede instalarse en el sustrato 102, tal como soldando la parte inferior del elemento 104 calentador al sustrato 102. El elemento 106 de resorte se inserta en el interior del canal 120. El contacto 108 deslizante se inserta y desliza para colocar el elemento 106 de resorte en un estado comprimido entre la parte 122 en voladizo y un lado del canal 120. El contacto 108 deslizante se suelda al elemento 104 calentador y los electrodos 124, 126.
El elemento de restriccion esta unido al contacto 108 deslizante en un extremo, y al electrodo 128 en el otro extremo. Alternativamente, un extremo del elemento de restriccion puede unirse al contacto 108 deslizante antes de que se suelde el contacto deslizante al elemento 104 calentador y los electrodos 124, 126. En este ejemplo, el otro extremo del elemento de restriccion se une al electrodo 128 despues de soldar el contacto 108 deslizante. El elemento de restriccion puede unirse mediante soldadura por resistencia, soldadura laser o mediante otras tecnicas de soldadura conocidas.
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El separador 110 puede colocarse entonces encima del sustrato 102, teniendo la abertura dentro del separador una anchura suficiente para que encaje dentro del contacto 108 deslizante. La cubierta 112 puede instalarse entonces para mantener las diversas piezas en su sitio.
Las figuras 2a-2b muestran vistas desde arriba y desde abajo, respectivamente, de un dispositivo 200 de proteccion de circuito ensamblado. La parte inferior del dispositivo de proteccion de circuito puede incluir terminales 202, 204, 206, 208 que facilitan la conexion electrica de los electrodos 124, 126, 128 y el elemento 106 calentador, respectivamente, a los elementos de placa de circuito externos. De esta manera, los terminales 202, 204, 206, 208 pueden utilizarse para montar el dispositivo 200 de proteccion de circuito en una superficie de un panel de circuito (no mostrado) y poner el elemento 106 calentador, los electrodos 124, 126, 128 en comunicacion electrica con la circuitena en el exterior del dispositivo 200.
Con el fin de lograr un perfil bajo, la altura del dispositivo 200 de proteccion de circuito puede ser de 1,5 mm o menos. La anchura del dispositivo 200 de proteccion de circuito puede ser de 3,8 mm o menos. La longitud del dispositivo 200 de proteccion de circuito puede ser de 6,0 mm o menos. En una realizacion, el dispositivo de proteccion de circuito puede ser de 6,0 mm x 3,8 mm x 1,5 mm. Debido a que la fuerza de expansion del elemento de resorte es paralela al plano de la superficie del sustrato, lo que da como resultado que el contacto deslizante tambien se deslice en paralelo al plano del sustrato, se logra un dispositivo 200 de proteccion de circuito sustancialmente delgado.
Las figuras 3a-3b muestran un dispositivo 300 de proteccion de circuito con el contacto 302 deslizante en las posiciones abierta y cerrada, respectivamente. En la posicion cerrada, el contacto 302 deslizante forma un puente y proporciona una conexion electrica entre los electrodos 304, 306 y el elemento 308 calentador. En la posicion abierta, cuando se funde la soldadura que sujeta el contacto 302 deslizante a los electrodos 304, 306 y el elemento 308 calentador, la fuerza de un elemento de resorte que se expande empuja el contacto 302 deslizante hacia abajo del canal 310 en el sustrato 312, cortando la conexion electrica entre los electrodos 304, 306 y el elemento 308 calentador. Tal como se comento anteriormente, el dispositivo 300 de proteccion de circuito es un fusible termico de reflujo de triple funcion que esta configurado para abrirse en tres condiciones: sobreintensidad de corriente, sobretemperatura y activacion controlada.
La figura 3a muestra tambien el elemento 314 de restriccion comentado anteriormente. El elemento 314 de restriccion puede ser un hilo de restriccion fusible soldado que mantiene el contacto 302 deslizante en su lugar durante el reflujo. En particular, el elemento 314 de restriccion esta adaptado para mantener el contacto 302 deslizante en un estado que evita que se deslice hacia abajo del canal 310 durante el reflujo. Por ejemplo, el elemento 314 de restriccion puede habilitar que se mantenga el elemento de resorte en un estado comprimido incluso la soldadura u otro material que sujeta el contacto 302 deslizante a los electrodos 304, 306 y el elemento 308 calentador se funde, evitando de ese modo que el elemento de resorte se expanda y empuje el contacto 302 deslizante hacia debajo del canal 310.
El elemento 314 de restriccion puede fabricarse de un material que puede conducir la electricidad. Por ejemplo, el elemento 314 de restriccion puede fabricarse de cobre, acero inoxidable o una aleacion. El diametro del elemento 314 de restriccion puede dimensionarse para permitir que se produzca el fundido del elemento 314 de restriccion con una corriente de armado. Se produce el fundido del elemento 314 de restriccion a medida que discurre una corriente a traves del elemento 314 de restriccion, despues de que se instala el dispositivo 300. Dicho de otro modo, suministrando una corriente suficientemente alta, o una corriente de armado, a traves del elemento 314 de restriccion puede hacerse que se abra el elemento 314 de restriccion. En una realizacion, la corriente de armado puede ser de aproximadamente 2 amperios. Sin embargo, se entendera que el elemento 314 de restriccion puede aumentarse o disminuirse en cuanto al diametro, y/u otra dimension, permitiendo corrientes de armado mayores o menores.
Para facilitar la aplicacion de una corriente de armado, un primer extremo 314a y un segundo extremo 314b del elemento 314 de restriccion pueden estar en comunicacion electrica con diversas zonas de apoyo dispuestas alrededor de la carcasa. El primer extremo 314a puede conectarse al electrodo 316, que corresponde al electrodo 128 en la realizacion de las figuras 1-2. Haciendo referencia a la realizacion de las figuras 1-2, el electrodo 316 (o 128) esta en comunicacion electrica con el terminal 206. El segundo extremo 314b puede conectarse al contacto 302 deslizante. La corriente de armado puede suministrarse al electrodo 316 a traves del terminal 206.
Se describe a continuacion un procedimiento a modo de ejemplo para instalar los dispositivos de proteccion de circuito de reflujo de triple funcion descritos en el presente documento. El dispositivo de proteccion de circuito se coloca sobre un panel. Puede imprimirse pasta de soldadura sobre una placa de circuito antes de que se coloque el dispositivo de proteccion de circuito. El panel, con el dispositivo de proteccion de circuito, se coloca entonces en el interior de un horno de reflujo que hace que se funda la soldadura sobre las zonas de apoyo. Despues del reflujo, se permite que se enfne el panel.
Una corriente de armado discurre a traves de pines del dispositivo de proteccion de circuito para producir el fundido
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del elemento de restriccion. Haciendo referencia a la figura 2, puede aplicarse corriente suficiente, por ejemplo, 2 amperios, al terminal 206, que esta conectado electricamente al elemento de restriccion, para producir el fundido del elemento de restriccion y permitir que el elemento de resorte empuje el contacto deslizante en la posicion abierta en una de las tres condiciones descritas en el presente documento. El fundido del elemento de restriccion lleva al dispositivo de proteccion de circuito a un estado armado.
Las figuras 4-6 son una representacion esquematica de un circuito 400 de conjunto de batenas a modo de ejemplo que va a protegerse mediante un dispositivo de proteccion de circuito. En el ejemplo mostrado en las figuras 4-6, el circuito 400 utiliza el dispositivo 300 de proteccion de circuito de la figura 3. Por motivos de explicacion, el dispositivo 300 de proteccion de circuito puede colocarse en serie con dos terminales 402, 404 conectados a componentes de circuito que van a protegerse, tal como uno o mas FET. Se entendera que el dispositivo 300 de proteccion de circuito puede usarse en otras configuraciones de circuito. El elemento 308 calentador esta conectado electricamente a un controlador 406 de activacion.
La figura 4 muestra el dispositivo 300 de proteccion de circuito antes de que se produzca el fundido del elemento 314 de restriccion. La figura 5 muestra la proteccion 300 de circuito despues de que se produzca el fundido del elemento 314 de restriccion. Ademas, en las figuras 4-5 el contacto 302 deslizante esta en la posicion cerrada, por tanto formando un puente y proporcionando una conexion electrica entre el electrodo 304, el electrodo 306 y el electrodo 308 (es decir, el elemento calentador). La figura 6 muestra el dispositivo 300 de proteccion de circuito en la posicion abierta en la que se corta la conexion electrica entre los electrodos 304, 306, 308, tal como despues de que se detecte una condicion de fallo (sobreintensidad de corriente o sobretemperatura), o despues de una senal de activacion por el controlador 406 de activacion.
La figura 7 muestra otra realizacion para el sustrato 700 de un dispositivo de proteccion de circuito de triple funcion. En esta realizacion se utiliza un concepto de resistencia integrada usado en la construccion de PCB. El sustrato 700 incluye una capa 702 de PCB superior y una capa 704 de PCB inferior. La capa 702 de PCB superior incluye zonas 706, 708 de apoyo para la conexion electrica a los electrodos 710, 712 con patron, respectivamente, en la capa de PCB inferior. La capa 702 de PCB superior tambien incluye una conexion 714 de via al elemento 716 calentador que se dispone en el interior del sustrato 700 durante un procedimiento de PCB. En este ejemplo, el elemento 716 calentador es una resistencia de pelfcula delgada u otro dispositivo de calentamiento. Con la pelfcula en esta realizacion, la trayectoria de resistencia es transversal al plano de la pelfcula.
Las figuras 8-9 muestran vistas desde arriba y desde abajo, respectivamente, de otra realizacion de un dispositivo 800 de proteccion de circuito de reflujo de triple funcion. En el dispositivo 800 de proteccion de circuito, el elemento 802 de resorte esta ubicado en la cubierta 804 en lugar de dentro del sustrato 806. La parte 808 en voladizo del contacto 810 deslizante se adentra hacia arriba en la cubierta 804 en lugar de hacia abajo en una abertura en el sustrato 806. No es necesario que se le aplique un patron al sustrato 806 en las figuras 8-9 para que incluya una abertura que recibe la parte 808 en voladizo del contacto 810 deslizante.
El lado inferior de la cubierta 804 (mostrado en la figura 9) incluye una depresion, o canal 902, en la que puede insertarse la parte 808 en voladizo, y a traves de la que puede deslizar la parte 808 en voladizo cuando se funde la soldadura que sujeta el contacto 810 deslizante a los electrodos del sustrato 806.
El elemento 802 de resorte puede instalarse en el interior de la cubierta 804 a traves de un lado de la cubierta 804. Un cartucho 812 puede insertarse entonces en el lado de la cubierta 804 para mantener un extremo del elemento 802 de resorte en su lugar de manera que cuando el elemento 802 de resorte se expande en las condiciones de activacion descritas en el presente documento, la fuerza resultante empujara la parte 808 en voladizo hacia abajo del canal 902. El cartucho 812 incluye un saliente 814 que tiene una seccion decreciente en un extremo y es perpendicular a la longitud del cartucho 812 en el otro extremo. De esta manera, el cartucho 812 puede insertarse en el interior de un orificio en el lado de la cubierta 804 con una conexion de ajuste a presion. Se entendera que pueden usarse otros metodos para insertar el elemento 802 de resorte en la cubierta 804.
Aunque se ha descrito el dispositivo de proteccion de circuito de reflujo de triple funcion con referencia a determinadas realizaciones, los expertos en la tecnica entenderan que pueden realizarse diversos cambios y pueden sustituirse elementos equivalentes sin apartarse del alcance de las reivindicaciones de la solicitud. Ademas, pueden realizarse muchas modificaciones para adaptar una situacion o un material particulares a las ensenanzas sin apartarse de su alcance. Por tanto, se pretende que el dispositivo de proteccion de circuito de reflujo de triple funcion no se limite a las realizaciones particulares dadas a conocer, sino a cualquier realizacion que se encuentre dentro del alcance de las reivindicaciones.
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REIVINDICACIONES
Dispositivo (100) de proteccion de circuito, que comprende:
un sustrato (102) que comprende un primer electrodo (124), y un segundo electrodo (126);
un contacto (108) deslizante colocado sobre el sustrato (102) en una primera ubicacion, en el que en la primera ubicacion el contacto (108) deslizante se conecta a, y proporciona una trayectoria de conduccion entre, el primer electrodo (124) y el segundo electrodo (126), por medio de un elemento de deteccion;
un elemento (106) de resorte configurado para mover el contacto (108) deslizante hasta una segunda ubicacion con una perdida de resiliencia del elemento de deteccion, en el que en la segunda ubicacion el contacto (108) deslizante no proporciona una trayectoria de conduccion entre el primer electrodo (124) y el segundo electrodo (126),
en el que el elemento de deteccion esta configurado para perder resiliencia con la deteccion de una cualquiera de las siguientes condiciones de activacion:
una condicion de sobreintensidad de corriente; y
una condicion de sobretemperatura;
caracterizado porque:
(i) el dispositivo (100) de proteccion de circuito es un dispositivo de proteccion de circuito de triple funcion;
(ii) el sustrato (102) comprende ademas un elemento (104) calentador, estando el elemento calentador configurado para recibir una corriente de control de activacion;
(iii) en la primera ubicacion, el contacto (108) deslizante se conecta a y proporciona una trayectoria de conduccion entre, el primer electrodo (124), el segundo electrodo (126) y el elemento (104) calentador por medio del elemento de deteccion;
(iv) en la segunda ubicacion, el contacto (108) deslizante no proporciona una trayectoria de conduccion entre ninguno del primer electrodo (124), el segundo electrodo (126) y el elemento (104) calentador; y
(v) el elemento de deteccion tambien esta configurado para perder resiliencia con la deteccion de una condicion de activacion de una corriente de control de activacion recibida por el elemento (104) calentador.
Dispositivo (100) de proteccion de circuito segun la reivindicacion 1, en el que el elemento de deteccion comprende un material que se funde a una temperatura umbral.
Dispositivo de proteccion de circuito segun la reivindicacion 1, en el que el contacto (108, 302, 810) deslizante comprende una parte (122) en voladizo contra la que el elemento (106) de resorte ejerce una fuerza.
Dispositivo (100) de proteccion de circuito segun la reivindicacion 3, en el que la parte (122, 808) en voladizo se adentra en un canal (310, 902) definido por una de una abertura (120) en el sustrato (102) y una abertura en un lado inferior de un alojamiento (804) que se ajusta sobre el sustrato (806), en el que la parte (122, 808) en voladizo esta ubicada en un primer extremo del canal (310, 902) cuando el contacto (108, 302, 810) deslizante esta en la primera ubicacion.
Dispositivo (100) de proteccion de circuito segun la reivindicacion 3 o 4, en el que cuando el elemento de deteccion pierde resiliencia, el elemento (106) de resorte esta configurado para mover el contacto (108) deslizante hasta la segunda ubicacion (a) empujando la parte (122) en voladizo hacia un segundo extremo del canal, o (b) tirando de la parte en voladizo hacia un segundo extremo del canal.
Dispositivo (100) de proteccion de circuito segun la reivindicacion 1, en el que se detecta la condicion de sobreintensidad de corriente en la que el elemento (106) de resorte mueve el contacto (108) deslizante hasta la segunda ubicacion cuando una corriente que pasa entre los electrodos (124, 126) primero y segundo supera una corriente umbral y hace que se funda el elemento de deteccion.
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Dispositivo (100) de proteccion de circuito segun la reivindicacion 1, en el que el elemento (104) calentador esta configurado para calentar hasta un punto de fusion del elemento de deteccion con la recepcion de la corriente de control de activacion.
Dispositivo (300) de proteccion de circuito segun la reivindicacion 1, que comprende ademas un elemento (314) de restriccion configurado para fijar el contacto (302) deslizante en la primera ubicacion, en el que la aplicacion de una corriente de armado a traves del elemento (314) de restriccion hace que el elemento (314) de restriccion se rompa y situe el dispositivo (300) de proteccion de circuito en un estado armado.
Dispositivo de proteccion de circuito segun la reivindicacion 1, en el que el elemento (104) calentador comprende uno de una resistencia de pelfcula delgada y un dispositivo de coeficiente de temperatura positivo.
Dispositivo (100) de proteccion de circuito segun la reivindicacion 1, en el que se detecta la condicion de sobretemperatura en la que el elemento (106) de resorte mueve el contacto (108) deslizante hasta la segunda ubicacion cuando una temperatura ambiental que rodea al dispositivo (100) de proteccion de circuito supera una temperatura umbral.
Dispositivo de proteccion de circuito segun la reivindicacion 1, en el que el sustrato (102) comprende zonas de apoyo (130, 132, 134, 136) de montaje configuradas para permitir el montaje en superficie del dispositivo (100) de proteccion de circuito en un panel.
Dispositivo de proteccion de circuito segun la reivindicacion 1, que comprende ademas una carcasa (112) que encierra el sustrato (102), el contacto (108) deslizante y el elemento (106) de resorte.
Dispositivo de proteccion de circuito segun la reivindicacion 12, en el que esta presente al menos una de las siguientes condiciones:
una altura de la carcasa que encierra el sustrato, el contacto deslizante y el circuito de elemento de resorte es menor que o igual a aproximadamente 1,5 mm;
una longitud de la carcasa que encierra el sustrato, el contacto deslizante y el elemento de resorte es menor que o igual a aproximadamente 6,0 mm;
una anchura de la carcasa que encierra el sustrato, el contacto deslizante y el elemento de resorte es menor que o igual a aproximadamente 3,8 mm.
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