KR100560058B1 - 보호소자 - Google Patents

Abstract

과전류로 인한 용단이 시간 지연 없이 이루어지도록 함과 동시에, 기판 실장시 온도 퓨즈가 쉽게 오픈되는 것을 방지하기 위해 본 발명에 따른 보호소자는 돌입전류를 제한하도록 코일이 권선된 저항체와, 과전류를 차단하도록 금속케이스 내부에 용단체(溶斷體)가 마련되어 과전류 유입시 상기 권선 저항체의 발열에 의해 용단체가 용단되면서 회로를 단락시키는 온도 퓨즈가 직렬로 연결된 보호소자에 있어서, 용단체는 저항체와는 최단거리에 위치하며, 실장되는 회로기판과는 최장거리에 위치하기 때문에 회로기판의 솔더링시 온도 퓨즈가 납조 온도에 의해 오픈되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 용단체는 과전류 유입시 발열하는 상기 저항체의 코일이 권선된 범위 내에 위치하도록 마련되기 때문에, 과전류 유입에 따른 용단이 시간 지연 없이 신속하게 이루어진다.

Description

보호소자{Protector}

도 1은 종래의 보호소자를 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 저항체와 온도 퓨즈로 이루어진 보호소자를 도시한 도면이다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 온도 퓨즈의 동작 상태를 설명하기 위한 단면도이다.

*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*

10..저항체 14..코일

17..제1리드선 18..제2리드선

20..온도 퓨즈 22..제1리드

24..제2리드 30..용단체

40..케이싱

본 발명은 보호소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가전기기의 전원회로 보호용으로 사용되는 보호소자에 관한 것이다.

일반적으로 가전기기의 전기회로에는 전원을 켤 때 발생하는 돌입전류, 내부 온도 상승, 및 지속적인 과전류로 인해 발생하는 기기 고장을 방지하기 위해 전기회로의 전원 입력단에 세라믹 저항기나 퓨즈 등을 설치하여 전원회로를 보호한다. 그런데, 최근 대중화되고 있는 PDP TV와 같은 대형 가전은 200W 이상의 고전력을 사용하기 때문에, 종래의 세라믹 저항기나 퓨즈로는 이러한 조건들을 모두 충족시키기 어려워, 온도퓨즈 저항기(Thermal Fuse Resistor)라는 새로운 보호소자가 개발되어 사용되고 있다.

도 1은 이러한 종래의 온도퓨즈 저항기를 도시한 것으로서, 이를 참조하면 온도퓨즈 저항기(1)는 코일 저항체(2)와 온도 퓨즈(3)가 직렬로 연결된 구조이다. 그래서, 돌입전류가 유입될 경우에는 저항체(2)를 이용하여 소정 전류로 제한하게 되며, 과전류가 유입될 경우에는 온도 퓨즈(3) 내부에 마련되어 있는 고체상의 납 또는 고분자 펠릿으로 이루어진 용단체(溶斷體)(4)가 용단되면서 회로를 단락시키게 된다.

그런데, 상기와 같은 구조를 가지는 종래의 온도퓨즈 저항기(1)는 용단이 이루어지는 온도 퓨즈(3) 내의 용단체(4)가 통상적으로 회로기판을 향하도록 배치된다. 따라서, 발열하는 저항체(2)의 코일 위치와 용단체(4)의 위치가 상응하지 않아서 용단이 지연 발생하는 문제점이 있었으며, 또한 이러한 구조에서는 용단체(4)와 회로기판 사이의 거리가 가깝기 때문에, 기판의 솔더링 작업시 약 260℃에 이르는 납조 온도에 의해 용단체(4)가 용단되어 회로가 단락되는 문제점이 종종 발생하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 과전류로 인한 보호소자의 용단이 시간 지연 없이 이루어지도록 함과 동시에, 기판 실장시 온도 퓨즈가 쉽게 오픈되는 것을 방지하기 위한 보호소자를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 보호소자는 돌입전류를 제한하도록 코일이 권선된 저항체와, 과전류를 차단하도록 금속케이스 내부에 용단체가 마련되어 과전류 유입시 상기 권선 저항체의 발열에 의해 용단체가 용단되면서 회로를 단락시키는 온도 퓨즈가 직렬로 연결된 보호소자에 있어서, 용단체는 저항체와는 최단거리에 위치하며, 실장되는 회로기판과는 최장거리에 위치한다.

또한, 상기 용단체는 상기 저항체의 코일이 권선된 범위 내에 위치하도록 마련된다.

또한, 상기 저항체와 온도 퓨즈는 알루미나 케이스에 규석과 산화 마그네슘에 의해 내부가 충전되어 패키징되며, 이때 경화제로는 규산나트륨을, 희석제로는 물을 사용한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보호소자를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 보호소자를 도시한 것이다. 도면을 참조하면, 보호소자는 돌입전류를 제한하기 위한 저항체(10)와 과전류를 차단하기 위한 온도 퓨즈 (20)로 이루어진다.

저항체(10)는 소정 길이의 절연성 세라믹 로드(12)에 권선되는 니켈-크롬 합금의 코일(14)과, 로드(12)의 양단에 각각 설치되는 전도성 캡(16)과, 각 캡(16)에 전기적으로 연결되는 리드선(17, 18)으로 이루어진다. 저항체(10)의 상단에 마련되는 제1리드선(17)은 결합용이며, 하단에 마련되는 제2리드선(18)은 실장용이다.

온도 퓨즈(20)는 도 3에 도시된 바와 같이, 일측이 개구된 원통 형상의 금속 케이스(21)에 전기적으로 연결되도록 고정된 제1리드선(22)과, 금속케이스(21)와 전기적으로 연결되지 않도록 금속케이스(21)의 개구된 일측에 절연 부시(25) 및 합성수지(26)에 의해 고정된 제2리드선(24), 및 제1리드(22)과 제2리드선(24)을 선택적으로 전기적으로 연결하는 용단체(30)를 구비한다.

금속케이스(21)의 내부에는 금속편(27)을 중심으로 콤프레셔 스프링(28)과 트립 스프링(29)이 마련된다. 콤프레셔 스프링(28)은 금속편(27)과 제1리드선(22) 사이에 개재되며, 트립 스프링(29)은 금속편(27)과 제2리드선(24) 사이에 개재된다. 트립 스프링(29)의 탄성력은 콤프레셔 스프링(28)의 탄성력보다 크다.

용단체(30)는 콤프레셔 스프링(28)과 제1리드선(22) 사이에 마련된다. 그래서, 저온에서는 도 3에 도시된 바와 같이 고체 상태로 콤프레셔 스프링(28)과 트립 스프링(29)을 가압하도록 지지하기 때문에, 금속케이스(21)와 제2리드선(24)은 금속편(27)의 접점(A)을 통해 전류가 소통된다. 하지만, 소정 온도 이상의 과열 상태가 되면 도 4에 도시된 바와 같이 용단체(30)가 녹으면서 콤프레셔 스프링(28)과 트립 스프링(29)을 지지하지 못하기 때문에, 접점(A)이 이격되면서 금속케이스(21) 와 제2리드선(24)의 전기적 연결 즉 제1리드선(22)과 제2리드선(24)의 전기적 연결이 끊어지게 된다.

한편, 보호소자는 도 2에 도시된 바와 같이, 저항체(10)의 제1리드선(17)과 온도 퓨즈(20)의 제1리드선(22)이 직렬로 연결된 구조를 갖으며, 이때의 리드선(17, 22)은 아크 또는 스팟 용접에 의해 상호 결합 된다.

즉, 온도 퓨즈(20)는 용단체(30)에 인접하는 제1리드선(22)이 저항체(10)의 제1리드선(17)과 전기적으로 연결됨으로써, 저항체(10)와는 최단거리에 위치하고 실장되는 회로기판(P)과는 최장거리에 위치하게 된다. 따라서, 온도 퓨즈(20)의 제2리드선(24)을 회로기판(P)에 실장할 경우 용단체(30)가 항상 상측을 향하도록 배치되기 때문에, 납조의 열에 의해 용단체(30)가 용단되는 것을 미연에 방지할 수 있기 때문이다.

또한, 본 발명에 따르면 온도 퓨즈(20)의 용단체(30)는 저항체(10)의 권선 코일(14)에 대응하는 높이에 마련된다. 즉, 코일(14)의 권선된 범위 사이(R)에 용단체(30)가 위치됨으로써, 과전류 유입에 따라 저항체(10)의 코일(14)이 과열될 경우, 용단체(30)가 그 열에 직접적으로 영향을 받게 되어 용단 온도까지 신속하게 상승하기 때문이다.

또한, 본 발명의 보호소자는 사용되는 가전기기의 내부 온도 상승에 따라 온도 퓨즈(20)가 오픈되지 않도록 외부가 패키징 된다. 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이 보호소자는 알루미나로 이루어지는 케이싱(40) 내부에 패키징 되는데, 80 ~ 90wt%의 규석(SiO2)과 10 ~ 20wt%의 산화 마그네슘(MgO)으로 이루어지는 내부 충진 제와, 경화제로서 규산 나트륨과, 희석제로서 물을 혼합하여 내부를 충진하게 된다. 산화 마그네슘은 단열 효과가 우수할 뿐만 아니라, 내부 열이 외부 기판에 전달되는 것을 방지함과 동시에 내부 발열을 집중하기 때문에, 용단이 이루어지는 시간을 더욱 단축시키는 효과가 있다. 또한, 경화제로 규산 나트륨을 사용할 경우 희석제로 물을 사용하게 되므로 유기물이 잔류하지 않으며, 그 결과 과전류 유입 시 저항체 발열에 의해 유기물이 연소하면서 발생하는 연기를 억제할 수 있다.

그러면 상기의 구조를 가지는 보호소자의 동작을 살펴보기로 한다.

본 발명의 보호소자는 저항체(10)의 제1리드선(17)과 온도 퓨즈(20)의 제1리드선(22)이 직렬로 연결된 형태를 가지며, 저항체(10)의 제2리드선(18)과 온도 퓨즈(20)의 제2리드선(24)을 제외하고는 알루미나 케이싱(40)에 의해 패키징되어 있다. 따라서, 외부로 노출된 제 2리드선(18, 24)을 회로기판에 실장하게 되면 돌입전류는 저항체(10)에 의해 소정 전류로 제한되며, 과전류는 온도 퓨즈(20)에 의해 차단된다.

과전류 차단에 대해 도 4를 참조하여 좀 더 상세히 살펴보면, 과전류가 보호소자 내로 유입되면 저항체(10)가 발열을 하게 되고, 그로 인해 용단체(30)가 용융되기 시작한다. 그러면, 고체상의 용단체(30)에 의해 가압 되어 있던 콤프레셔 스프링(28)과 트립 스프링(29)이 금속편(27)을 사이에 두고 탄성력을 회복하게 된다. 이때, 트립 스프링(29)의 탄성력은 콤프레셔 스프링(28)의 탄성력보다 크기 때문에 금속편(27)이 제2리드선(24)의 선단으로부터 이격되며, 그 결과 제1리드선(22)과 금속케이스(21)와 금속편(27)으로 이어지는 전류의 흐름이 제2리드선(24)과 끊어지 게 된다.

한편, 표 1은 128℃로 온도 퓨즈의 용단 온도가 세팅되어 있는 보호소자를 회로기판에 실장한 후, 납조 방식의 솔더링 공정에서 용단 테스트를 한 결과를 나타낸 것이다.

표 1에 도시된 바와 같이, 통상적으로 260 ~ 300 ℃ 의 온도 범위를 갖는 납조에서 솔더링 공정을 행할 경우, 종래에는 온도 퓨즈의 용단이 10 ~ 90초 사이에서 불규칙하게 이루어져 제품 불량이 빈번히 발생 되었음을 알 수 있다. 하지만, 본 발명과 같은 구조의 보호소자를 이용할 경우에는 납조의 온도에 관계없이 실질적으로 용단이 발생하지 않아 제품의 신뢰성이 향상되었음을 알 수 있다.

이상 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 보호소자는 용단체가 저항체와는 최단거리로, 회로기판과는 최장거리로 직렬 연결됨으로써, 기판 솔더링시 납조 온도에 의해 온도 퓨즈가 오픈되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 보호소자는 과전류 유입시 발열하는 저항체의 권선 코일 위치에 대응하도록 용단체가 위치하기 때문에, 과전류 유입에 따른 용단이 시간 지연 없이 신속하게 이루어진다.

Claims (3)

1. 돌입전류를 제한하도록 코일이 권선된 저항체와, 과전류를 차단하도록 금속케이스 내부에 용단체(溶斷體)가 마련되어 과전류 유입시 상기 권선 저항체의 발열에 의해 용단체가 용단되면서 회로를 단락시키는 온도 퓨즈가 직렬로 연결된 보호소자에 있어서,

   상기 용단체는 상기 저항체와는 최단거리에 위치하며, 실장되는 기판과는 최장거리에 위치하고,

   상기 저항체와 온도 퓨즈는 알루미나 케이스에 규석과 산화 마그네슘에 의해 내부가 충전되어 패키징되며, 이때 경화제로는 규산나트륨을, 희석제로는 물을 사용하는 것을 특징으로 하는 보호소자.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 용단체는 상기 저항체의 코일이 권선된 범위 내에 위치하도록 마련된 것을 특징으로 하는 보호소자.
3. 삭제

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