JPH04344120A - 過熱保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、過熱検出素子によって
過熱部品の動作を停止させる過熱保護装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電源装置などの電力を制御する装置は一
般的に異常時を想定しアブノーマル試験（部品のオープ
ン／ショート試験，過負荷試験等）を行い、装置の安全
性を事前に確認している。異常時には、電源装置の電力
素子（トランジスタ，ＦＥＴ，抵抗器等）が過熱し発煙
発火などの非常に危険な状態となる。

【０００３】従来、これらに対する過熱保護には一般的
に下記のものがあった。

【０００４】温度ヒューズをシリコン接着剤等にて発熱
素子に密着させ過熱を検知し主電力の供給路を遮断して
保護していた。

【０００５】サーミスタなどの温度検出素子を発熱素子
に固定して熱結合させ過熱を検知し主電力制御素子の駆
動信号を遮断して保護していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では下記
の問題等が発生した。

【０００７】第１点として、接着剤は粘度が高く扱いづ
らいことから、接着剤の塗布量の管理，接着状態の管理
等が困難である。又、温度ヒューズをプリント基板等に
半田付する場合、半田付け温度は２５０℃、温度ヒュー
ズの検知温度（溶断温度）が１２０℃程度という温度条
件から温度ヒューズの誤断線が発生するので、半田作業
の慎重な管理が必要となる。以上のことから、作業コス
トが増大した。更に、発熱素子と温度ヒューズ間の熱抵
抗が接着作業のバラツキ、接着剤の熱伝導特性により悪
くなるため、発熱素子の温度と温度ヒューズ間の温度差
が大きくなり、過熱保護としての温度精度が悪くなるこ
とから、発熱素子の過熱を検出し温度ヒューズが溶断す
るまでの応答時間が長くなる等の不具合が発生した。

【０００８】第２点として、回路部品の実装の面で、過
熱検出素子を実装するについて、部品の高さ及び部品を
実装する面積を小さくする障害になっていた。

【０００９】本発明の目的は、過熱保護するための検出
素子等の部品を取り付ける作業の簡略化を図るとともに
、過熱保護する検出素子を実装する面積及び部品の全高
さを低減した過熱保護装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は配線基板に発熱素子が実装される側面と反
対の側面に過熱検出素子を実装し、配線基板の両側面を
貫通する導体で接続した構造とすることにより、発熱体
と過熱検出素子を熱的に結合させ過熱を検知し、発熱素
子への駆動信号を遮断する過熱保護手段を設けたもので
ある。

【００１１】

【作用】本発明は、配線基板を挟んで一面に発熱素子を
実装し、ほぼ対面した他の面に過熱検出素子を配置し、
これら両面を貫通する導体で接続した構造にすることに
より、発熱素子の熱は配線基板を直接伝導する熱と、接
続される配線パターンを伝導する熱の双方が過熱検出素
子に伝導する。更に一般に部品の寸法が大形な発熱素子
を配線基板の一面に配置し、他の一面に比較的小形の過
熱検出素子を配置することにより、同種の部品をそれぞ
れの面に集約して実装することになり部品実装面積密度
が向上する（基板の面積に対する部品の実装面積の比率
が高まる）。また、配線基板のそれぞれの面の部品の高
さが均一になることから、両面の部品合計高さが低く収
まる。

【００１２】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を基づいて説明す
る。

【００１３】図１は本発明に係る過熱保護装置の全体構
成で、二次電池を充電するための定電流回路に適用した
ものである。直流入力電源１の電力は一定電流に変換す
る定電流回路２を経て二次電池３を充電する。定電流回
路２は電力を制御するため大きな発熱を生じる。この熱
を検出する過熱検出素子４の信号により定電流回路２へ
の電力を遮断する遮断回路５より構成される。

【００１４】図２は図１の過熱保護装置を具体的な回路
図に表した図である。定電流回路２は電力制御用のトラ
ンジスタ６と電流検出用の抵抗器７と電流制限用の抵抗
器８とトランジスタ６のベース〜エミッタ電圧をバイア
スするためのダイオード９，１０とベースバイアス電流
を供給するスイッチ１１と電流制限用の抵抗器１２とか
らなっている。今スイッチ１１をオンするとベース電流
がトランジスタ６に流れることによりコレクタ電流が二
次電池３を通して流れる。この電流は電流検出用の抵抗
器７を通り電圧に変換される。この抵抗器７の電圧とト
ランジスタ６のベース〜エミッタ電圧の和がトランジス
タ６をバイアスしているダイオード９と１０の電圧の和
と等しくなるコレクタ電流が流れた点でバランスし一定
の電流を二次電池３へ供給する。ダイオード１３は電池
３の電力が直流入力電源１へ逆流するのを防止している
。次に異常が発生した場合の過熱について説明する。 まず二次電池３が短絡した場合、二次電池３の正常時の
電圧分がトランジスタ６に余分に印加されトランジスタ
６は過熱する。またスイッチ１１がオフの時、二次電池
３が短絡した場合、抵抗器８が過熱する。更にスイッチ
１１がオンの状態においてトランジスタ６の故障により
コレクタ〜エミッタが短絡した場合、抵抗器７が過熱す
る。以上の定電流回路２及び二次電池３に異常が発生し
た場合に電力制御用の部品（トランジスタ６，抵抗器７
，８）が過熱する。これらの過熱を過熱検出素子４が検
出するように設置する。今、過熱検出素子４が正特性サ
ーミスタでありトランジスタ１４のベース〜エミッタを
順バイアスするまで抵抗値が増加する温度を検知すると
、トランジスタ１４のコレクタ電流が流れ、Ｎゲートサ
イリスタ１５のゲートをトリガーして直流入力電源１は
ヒューズ１６を通して短絡されることにより溶断し電力
が遮断され、定電流回路２の入力電力がなくなり動作を
停止する。

【００１５】図３は過熱検出素子４と発熱素子（トラン
ジスタ６と抵抗器７と８）との熱抵抗を考慮した実装に
ついて配線基板１７に実装した状態を示した図である。 発熱素子（トランジスタ６と抵抗器７と８）と過熱検出
素子４は電気的接続及び固定及び熱的に結合させるため
に配線基板１７の上に実装されている。配線基板１７に
は一般的な両面に銅箔を印刷したプリント配線基板を使
用する。トランジスタ６は図３において過熱検出素子４
と反対の面に実装され点線で示してある。抵抗器８はト
ランジスタ６と接続するため配線基板１７の表裏両面を
接続する貫通導体１８により接続される。図２，図３の
発熱素子（トランジスタ６と抵抗器７と８）が基板上に
これら発熱体を投影した面積範囲１９（一点鎖線で示す
）内に過熱検出素子４を実装することにより、前述の異
常状態が発生し過熱した場合、発熱体からの熱は過熱検
出素子４へ次のルートで伝わる。（１）過熱検出素子４
の側からは抵抗器７，８の熱が同じ配線銅箔面を伝導す
る。（２）過熱検出素子４の実装されている側と反対側
からはトランジスタ６の熱が貫通導体１８を通して伝導
される。また基板の板厚を直接通しても伝熱する。これ
らにより過熱検出素子４は前述の異常状態における発熱
素子の過熱に対して確実に過熱を検知する。図４は発熱
素子と過熱検出素子４を配線基板１７に配置し貫通導体
１８との関係を示す図である。上の図は配線基板１７の
断面を示す。発熱素子（トランジスタ６と抵抗器７と８
）は配線基板１７の上側に実装された状態にあり、過熱
検出素子４は下側に実装されている。下の図は配線基板
１７の一方の側を示す。発熱素子（トランジスタ６と抵
抗器７と８）を基板上に投影した面積範囲１９（一点鎖
線で示す）内に過熱検出素子４を実装することにより、
過熱検出素子４に対面する発熱素子からの熱が確実に過
熱検出器４へ伝導される。ここで配線基板はガラス−エ
ポキシ基板の上に銅箔をメッキして配線パターンを形成
したもの、ハイブリッドＩＣ等を製造する場合に使用す
る材料で、アルミニウム等の金属基板の上に絶縁シート
を貼付けたものの上に導電性の配線パターンを印刷した
もの、アルミナ基板に導電性のペーストを焼結生成して
配線パターンを形成したもの、等のどれを使用しても良
い。また、上記の貫通導体１８は必要に応じて増加すれ
ば熱伝導をさらに高めることができる。以上図２におい
て説明したように過熱検出素子４は発熱素子の過熱を検
出し、過熱保護回路により発熱素子の動作停止を実行す
る。本発明において、使用する過熱検出素子４は、正特
性サーミスタに限定するものではなく、温度によって電
気抵抗値または電圧値が変化するものであればシリコン
ダイオード及びシリコントランジスタの順電圧降下や熱
起電力を発生する熱電対でもまったく同様な効果が得ら
れる。

【００１６】図５は発熱素子と過熱検出素子４、表面実
装面付け部品との実装関係を示す図である。発熱素子（
電力トランジスタ６，電力抵抗器７，８）は電力を制御
する目的のため一般的に大形になる。一方、過熱検出素
子４は比較的小形である。最近は電子部品がチップ化さ
れて非常に小型化になり、過熱検出素子４として機能す
るサーミスタやダイオードもチップ化されてきた。図５
において配線基板１７の一方の面に大形の発熱素子（ト
ランジスタ６，抵抗器７，８）とチップの過熱検出素子
４を実装し、基板の他の面にその他のチップ部品を実装
すると、過熱検出素子４と発熱素子の部品高さ及び縦横
の寸法が異なるため発熱素子や過熱検出素子を多数使用
する電源回路等においては小形の基板に高密度に実装す
ることが困難になる。さらに大形の部品と小形の部品を
同一面に配置することは表面実装部品をリフロー半田付
けする生産技術の面でも熱ストレスの偏重が起こり好ま
しくない（半田付け不良が発生しやすい）。一方、図３
，４に詳述したように、発熱素子を配線基板１７に投影
した面積の範囲内１９の他方の面に実装すれば、基板の
片方の面に大形部品を実装し、他方に過熱素子を含めた
チップ部品を実装して、小形基板へ多くの部品が配置可
能となり実装密度を向上できるため装置の小型化に貢献
できる。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、発熱素子の熱は配線基
板を直接伝導する熱と、接続される配線パターンを伝導
する熱の双方が過熱検出素子に伝導するため、熱的に良
好な結合が達成できことにより、高精度な過熱保護がで
きるので装置の信頼性を向上できる。更に配線基板のそ
れぞれの面に同種の部品を集約して実装することになり
部品実装面積密度の向上ができる。またそれぞれの面の
部品の高さを均一にできることから、両面の部品高さの
合計寸法を低く抑えることができる。すなわち、配線基
板における小面積化と低背高化が可能になり、機器の小
型化に貢献できる。また、過熱検出素子を取り付ける場
合に特別な取扱いをすることなく一般的な回路部品を取
り付ける作業と同時に半田付けにより接続固定の実装を
できるため、作業性が向上する。等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る過熱保護装置の全体構成図である
。

【図２】図１の構成を具体的に表した回路図である。

【図３】過熱検出素子と発熱素子との実装関係図である
。

【図４】発熱素子と過熱検出素子と貫通導体との関係図
である。

【図５】発熱素子と過熱検出素子と表面実装面付け部品
との実装関係図である。

【図６】従来の過熱検出素子と発熱素子との実装関係図
である。

【符号の説明】

２…定電流回路、４…過熱検出素子、６…トランジスタ
（発熱素子）、７，８…抵抗器（発熱素子）、１７…配
線基板、１８…貫通導体、１９…発熱素子の投影面積範
囲。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】過熱検出素子と過熱保護回路を備え、前記
   過熱検出素子が発熱を有する素子（以下、発熱素子とい
   う）と電気的接続及び固定及び熱的に結合させるための
   配線基板の上に実装され、前記発熱素子の異常過熱を検
   出し、その信号をトリガとして前記過熱保護回路が前記
   発熱素子の動作を停止させることにより、前記発熱素子
   の過熱保護を行う過熱保護回路において、前記配線基板
   に前記発熱素子が実装される側面と反対の側面に前記過
   熱検出素子を実装し、前記配線基板の両側面を貫通する
   導体で接続した構造としたことを特徴とした過熱保護装
   置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記過熱検出素子を、
   前記発熱素子が前記配線基板に実装投影される面積範囲
   内に配置した構造としたことを特徴とした過熱保護装置
   。
3. 【請求項３】請求項１において、前記過熱検出素子を、
   前記発熱素子が前記配線基板に実装される側面上におい
   て前記発熱素子の電極が直接に電気的接続される同一側
   面上の配線導体の投影される面積範囲内に配置した構造
   としたことを特徴とした過熱保護装置。