KR100783339B1 - 과전류 보호장치 - Google Patents

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KR100783339B1
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소니 케미카루 앤드 인포메이션 디바이스 가부시키가이샤
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Abstract

안정성이 높고, 또한, 소정의 전류값을 초과하는 전류가 흐르는 경우, 외부의 동작환경으로 인한 이상이 검지된 경우에는, 그 전류 속도를 차단 또는 제어할 수 있는 과전류 보호장치를 얻는다.
기판 (3) 상에, 발열체 (4), 및 저융점 금속체 (6) 또는 PTC 소자 (10) 를 갖고, 발열체 (4) 의 발열로 인해 저융점 금속체 (6) 의 차단 또는 PTC 소자 (10) 의 트립이 발생하는 과전류 보호장치 (1A) 에 있어서, 피보호회로로의 통전 라인에 있어서 전압강하를 검출하는 제 1 검지 소자 (IC), 또는 외부의 동작환경이상을 검출하는 외부센서, 및 제 1 검지 소자의 전압강하량 또는 외부센서로부터의 신호에 응답하여 발열체 (4) 에 대전류를 통하게 하는 발열체 (4) 를 급속히 가열시키는 스위칭 소자 (FET) 를 설치한다.

Description

과전류 보호장치{OVERCURRENT PROTECTION DEVICE}
도 1 은, 본 발명의 과전류 보호장치의 회로도,
도 2 는, 본 발명의 다른 양태의 과전류 보호장치의 회로도,
도 3 은, 본 발명의 다른 양태의 과전류 보호장치의 회로도,
도 4 는, 본 발명의 다른 양태의 과전류 보호장치의 회로도,
도 5 는, 본 발명의 다른 양태의 과전류 보호장치의 회로도,
도 6 은, 본 발명의 다른 양태의 과전류 보호장치의 회로도,
도 7 은, 본 발명의 다른 양태의 과전류 보호장치의 회로도,
도 8 은, 본 발명의 다른 양태의 과전류 보호장치의 회로도,
도 9 는, 본 발명의 실시예의 과전류 보호장치의 회로도,
도 10 은, 본 발명의 과전류 보호장치에서 사용할 수 있는 보호소자의 평면도 및 단면도,
도 11 은, 종래의 과전류 보호장치의 회로도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, 1H, 1I : 과전류 보호장치
2A, 2B, 2C : 보호소자 3 : 기판
4 : 발열체 5 : 절연층
6 : 저융점 금속체 7a, 7b : 저융점 금속체용 전극
7x, 7y : 발열체용 전극 8 : 내측 밀봉부
9 : 외측 밀봉부 10 : PTC 소자
11 : 저항체
본 발명은, 저융점 금속체의 녹아 끊김 또는 PTC 소자의 트립(trip)에 의하여 피보호 회로를 과전류로부터 보호하는 과전류 보호장치에 관한 것이다.
종래, 피보호 회로로 흐르는 과전류를 차단하는 보호소자로서, 납, 주석, 안티몬 등의 저융점 금속체로 이루어지고, 과전류에 의하여 자체 발열되어 녹아 끊어지는 전류 휴즈가 알려져 있다.
한편, 과전류를 억제하는 보호소자로는 PTC 소자가 알려져 있다. PTC 소자는, 도전성 입자를 결정성 고분자 (예를 들어, 폴리올레핀계 수지 등) 에 분산시켜 형성하거나, 또는 티탄산 바륨 등의 무기계 성분으로 형성되는 저항체 소자로서 과전류 상태에 들어가면 발열을 일으키고, 그렇게 함으로써 저항치가 상승되고, 피보호 회로에 흐르는 전류를 억제하는 것이다.
또한, 도 11 에 나타낸 바와 같이, 피보호 회로에 직렬로 FET 를 형성함과 동시에, FET 에 의한 전압강하를 검출하는 IC 를 형성하고, FET 에 의한 전압강하가 일정치 이상이 된 경우에 IC 가 FET 를 동작케 하여 FET 가 피보호 회로로 전류가 흐르는 것을 방지하도록 한 보호장치가 알려져 있다.
그러나, 일반적으로 휴즈는 정격전류 이상이 흐른 경우에 곧바로 녹아 끊어지는 것이 아니고, 정격전류보다도 상당히 큰 전류가 어느 정도의 시간 동안 계속하여 흐른 경우에 비로소 녹아 끊어진다. 예를 들어, UL 규격에 있어서도, 휴즈제품에 관해서는 「정격전류의 2 배의 전류가 흘렀을 때, 60 초 이내에 녹아 끊어질 것」으로 정해져 있다. 그래서, 정격 3A 의 휴즈를 예로 들면, 3A 까지는 녹아 끊어지지 않으나, 3A 보다 1 ㎃ 이라도 많이 흐른 경우에는 곧바로 자체 발열에 의하여 녹아 끊어지는 것은 존재하지 않는다.
이렇게, 정격전류와 차단전류 (실제로 휴즈가 녹아 끊어질 때의 전류) 의 차가 크고, 정격전류를 초과해도 전류가 곧바로 차단되지 않는 휴즈의 특성은, 용도에 따라서는 매우 불편함을 초래한다.
이러한 불편함은 PTC 소자에도 있다. 즉, PTC 소자는 정격전류 (트립하지 않는 전류치) 보다도 최저로도 2 배 이상 통전되지 않으면 트립되지 않는다.
이에 대하여, 도 11 에 나타낸 바와 같이 IC 와 FET 를 조합한 보호장치에서는, 휴즈 또는 PTC 소자에 비하여 정격전류와 차단전류의 차를 작게 할 수 있다. 그러나, FET 는 반도체이므로, 전압 또는 전자파가 인가됨으로써 고장이 발생되는 경우가 있고, 그러한 고장이 전류차단시에 발생된 경우에는 안전상 각별한 문제는 없으나, 통전시에 발생되는 경우에는 매우 위험하다.
또한 안전상, 보호장치는 과전류가 흐른 경우뿐만 아니라, 주위의 광학적, 자기적, 역학적인 환경이나, 온도, 습도 등의 외부환경이 어떠한 이유에서 이상하게 변화된 경우에도 작동하는 것이 바람직하다.
본 발명은, 이상과 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 안정성이 높고 또한 소정의 전류치를 초과하는 전류가 흐르는 경우, 또는 외부의 동작환경에 대하여 어떠한 이상이 검지된 경우에는, 신속하게 전류를 차단 또는 억제할 수 있는 과전류 보호장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위하여, 과전류시에 저융점 금속체 또는 PTC 소자가 자체 발열이 아니라 발열체에 의하여 가열되도록 하고, 또한 이 발열체가 피보호 회로로의 통전 라인에 있어서의 전압 강하량이 소정의 값을 초과하는 경우, 또는 외부의 동작환경의 이상을 검출하는 외부센서가 어떠한 이상을 검지한 경우에 신속하게 발열되도록 하는 점, 이를 위하여 저융점 금속체 또는 PTC 소자의 전압 강하량을 검출하는 제 1 검지소자를 형성하고, 또는 외부의 동작환경의 이상을 검출하는 외부센서를 형성하고, 제 1 검지소자가 소정의 전압강하량을 검출한 경우, 또는 외부센서에 의하여 어떠한 이상이 검지되었을 때, 발열체에 급격하게 대전류를 통전시키는 스위칭 소자를 형성하는 것이 유효하다는 것을 알아내고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은 기판상에 발열체, 및 저융점 금속체 또는 PTC 소자를 가지고, 발열체의 발열에 의하여 저융점 금속체의 녹아 끊김 또는 PTC 소자의 트립이 발생되는 과전류 보호장치에 있어서, 피보호 회로로의 통전 라인에 있어서의 전압강하를 검출하는 제 1 검지소자, 또는 외부의 동작환경의 이상을 검출하는 외부센서, 및 제 1 의 검지소자의 전압강하량 또는 외부센서로부터의 신호에 따라서 발열체에 대전류를 흐르게 하고 발열체를 급속 발열시키는 스위칭 소자가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 과전류 보호장치를 제공한다.
특히, 이러한 과전류 보호장치에 있어서, 제 1 검지소자로서 IC 가 형성되고, 스위칭 소자로서 FET 가 형성되어 있는 것을 제공한다.
이하에서, 도면을 참조하면서 본 발명의 과전류 보호장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 또한, 각 도면 중에서 동일 부호는 동일하거나 동등한 구성요소를 나타낸다.
도 1 은, 본 발명의 과전류 보호장치 (1A) 의 회로도이다. 이 과전류 보호장치 (1A) 는 기판상에 발열체 (4) 및 저융점 금속체 (6) 로 이루어지는 보호소자 (2A) 를, 피보호 회로로의 통전 라인에 가지고 있다. 또한, 이 보호소자 (2A) 의 전압강하를 검출하는 제 1 검지소자로서 IC 를 가지고, IC 에 의하여 검출된 보호소자 (2A) 의 전압강하량에 따라서 발열체 (4) 에 대전류를 흐르게 하는 스위칭 소자로서 FET 를 가지고 있다. 즉, 이 FET 는 IC 에 의하여 검출된 보호소자 (2A) 의 전압강하량에 따라서 게이트 전위 (EG) 가 변화하고, 그 게이트 전위 (EG) 의 변화에 따라서 발열체 (4) 에 급격하게 대전류를 흐르게 한다.
도 10 은, 보호소자 (2A) 의 평면도 (도 10a) 및 단면도 (도 10b) 이다. 이 보호소자 (2A) 자체는, 발열체 (4) 의 발열에 의하여 저융점 금속체 (6) 가 녹아 끊어지는 공지의 것으로서 (특허 제 2790433 호, 일본 공개특허공보 평8-161990 호), 기판 (3) 상에 발열체 (4), 절연층(5), 저융점 금속체 (6) 가 순차적으로 적층된 구조를 가진다.
여기에서, 기판 (3) 으로는 특별한 제한은 없으나, 플라스틱 필름, 유리에폭시 기판, 세라믹 기판, 금속 기판 등을 사용할 수 있고, 무기계 기판이 바람직하다.
발열체 (4) 는, 예를 들어 산화루테늄, 카본블랙 등의 도전재료와 물유리 등의 무기계 바인더 또는 열경화성 수지 등의 유기계 바인더로 이루어지는 저항 페이스트를 도포하고, 필요에 따라서 소성시킴으로써 형성된다. 또한, 발열체 (4) 로는 산화루테늄, 카본블랙 등의 박막을 인쇄, 도금, 증착, 스퍼터로 형성할 수도 있고, 이들 필름의 부착, 적층 등에 의하여 형성한 것일 수도 있다.
저융점 금속체 (6) 의 형성재료로는, 종래부터 휴즈재료로 사용되고 있는 각종 저융점 금속체를 사용할 수 있는데, 예를 들어 일본 공개특허공보 평8-161990 호의 단락 [0019] 의 표 1 에 기재된 합금을 사용할 수 있다.
또한, 도 10 의 보호소자 (2A) 에 있어서, 7a, 7b 는 저융점 금속체 (6) 용 전극이고, 7x, 7y 는 발열체 (4) 용 전극으로서, 이중에서 일방의 전극 (7y) 에 의하여 2 개의 발열체 (4) 가 접속되어 있다. 8 은, 고형 플럭스 등으로 이루어지는 내측 밀봉부로서, 저융점 금속체 (6) 의 표면산화를 방지한다. 9 는, 저융점 금속체 (6) 보다도 고융점 또는 고연화점을 가지는 재료로 이루어지는 외측밀봉부로서, 저융점 금속체 (6) 가 녹아 끊어졌을 때, 용융물이 이 보호소자 (2A) 의 외부로 유출되는 것을 방지한다.
도 1 의 과전류 보호장치 (1A) 의 회로도에 있어서, 단자 (A1, A2) 에는, 예를 들어 리튬이온전지, 모터 등의 피보호 회로의 전극단자가 접속되고, 단자 (B1, B2) 에는 피보호 회로에 접속하여 사용되는 충전기 등의 장치의 전극단자가 접속된다. 이 과전류 보호장치 (1A) 에 의하면, 과전류시에 보호소자 (2A) 의 전압강하가 소정의 값보다 커지면, IC 가 동작하여 FET 의 게이트 전위 (EG) 를 변화시키고, 이로써 FET 가 동작하여 급격하게 게이트 전류 (IG) 가 흐르고, 큰 드레인전류 (iD) 가 발열체 (4) 에 급격하게 흘러 발열체 (4) 가 급속 발열된다. 이 열은, 발열체 (4) 상의 저융점 금속체 (6) 에 신속히 전달되고, 저융점 금속체 (6) 가 녹아 끊어짐으로써 피보호 회로로 흐르는 과전류가 차단된다. 또한 이 경우, 저융점 금속체 (6) 는, 6a, 6b 의 두 곳에서 녹아 끊어지므로, 저융점 금속체 (6) 가 녹아 끊어진 후에는 발열체 (4) 로의 통전은 안전하게 차단된다.
이렇게, 이 과전류 보호장치 (1A) 에 의하면, 보호소자 (2A) 에 소정의 전류를 초과하는 과전류가 흐른 경우, 보호소자 (2A) 의 저융점 금속체 (6) 를 신속하게 녹여 끊을 수 있다. 또한, 보호소자 (2A) 의 전압강하를 검출하는 IC 및 발열체 (4) 에 통전시키는 FET 로서, 소정의 동작전압을 가지는 것을 적절히 선택함으로써, 과전류시에 저융점 금속체 (6) 를 녹여 끊는 전류치 (차단 전류치) 를 임의로 설정할 수 있다.
또한, FET 에는 정상시에는 통전되지 않으므로, 만약에 FET 가 고장을 일으켜도 그 고장에 의하여 피보호 회로의 안전성이 저해되는 일은 없다. 즉, FET 가 ON 상태에서 고장을 일으켰을 경우에는, 저융점 금속체 (6) 가 녹아 끊어져 전류가 차단된다. 반대로 OFF 상태에서 고장을 일으킨 경우에는, FET 에 의하여 발열체 (4) 에 통전되지 않으므로, 발열체 (4) 의 발열에 의하여 저융점 금속체(6)가 녹아 끊어지는 경우는 없고, 과전류시에는 저융점 금속체 (6) 의 자체 발열에 의하여 저융점 금속체 (6) 가 녹아 끊어진다. 따라서, 종래의 전류 휴즈와 동일한 정도의 안전성을 확보할 수 있다
도 2 는, 본 발명의 다른 양태의 과전류 보호장치 (1B) 의 회로도이다. 이 과전류 보호장치 (1B) 는, 도 1 의 과전류 보호장치 (1A) 의 보호소자 (2A) 에 직렬로 저항체 (11) 를 삽입함과 동시에, 제 1 검지소자인 IC 가, 이 저항체 (11) 의 전압강하를 검출하도록 한 것이다. 따라서, 이 과전류 보호장치 (1B) 에 의하면, 저항체 (11) 에 전압강하가 소정의 값보다 커진 경우에 IC 가 동작하고, 이로써 FET 가 동작하여 급격하게 발열체 (4) 에 전류가 흐르고, 발열체 (4) 가 급속 발열된다.
도 3 은, 본 발명의 다른 양태의 과전류 보호장치 (1C) 의 회로도이다. 이 과전류 보호장치 (1C) 는 도 1 의 과전류 보호장치 (1A) 의 보호소자 (2A) 를 대신하여, PTC 소자 (10) 와 저융점 금속체 (6) 의 쌍방이 발열체 (4) 에 근접하여 형성되어 있는 보호소자 (2B) 를 사용한 것이다. 이렇게, PTC 소자 (10) 와 저융점 금속체 (6) 를 발열체 (4) 상에서 직렬로 접속시킨 보호소자 (2B) 자체로는 공지의 방법 (일본 공개특허공보 평8-236305 호) 을 사용할 수 있다.
이러한 보호소자 (2B) 를 사용함으로써, 과전류시의 발열체 (4) 의 발열로, 먼저 PTC 소자 (10) 를 작용시켜 전류를 억제하고, 이 PTC 소자 (10) 의 전류억제작용 후에 전류가 정상으로 되돌아 온 경우에는, 계속적으로 이 과전류 보호장치 (1C) 를 사용할 수 있게 된다. 한편, PTC 소자 (10) 의 전류억제작용 후에도 다시 과전류가 흐르는 경우에는, 저융점 금속체 (6) 가 녹아 끊어진다. 따라서, 이 보호소자 (2B) 를 사용함으로써, 과전류시에 먼저 PTC 소자 (10) 를 작용시켜 가능한 한 회로의 재사용을 확보하고, 또한 저융점 금속체 (6) 의 작용에 의하여 과전류에서 피보호 회로를 확실하게 보호할 수 있다.
도 4 의 과전류 보호장치 (1D) 는, 도 3 의 과전류 보호장치 (1C) 의 변형예이다. 이 과전류 보호장치 (1D) 에서는, 전술한 보호소자 (2B) 를 대신하여, PTC 소자 (10) 와 저융점 금속체 (6) 의 쌍방을 발열체 (4) 에 근접시켜 형성한 것을 2 쌍을 구비한 보호소자 (2C) 를 사용하고 있다. 도 3 의 과전류 보호장치 (1C) 에서는, 저융점 금속체 (6) 가 녹아 끊어진 후에도 발열체 (4) 로의 통전이 지속되는 것을 생각할 수 있으나, 도 4 의 과전류 보호장치 (1D) 에서는 저융점 금속체 (6) 가 녹아 끊긴 후에는 발열체 (4) 로의 통전을 확실하게 차단할 수 있어 회로의 안전성을 높일 수 있다.
도 5 는, 또 다른 본 발명의 과전류 보호장치 (1E) 의 회로도이다. 이 과전류 보호장치 (1E) 는, 도 1 의 과전류 보호장치 (1A) 에 대하여, IC 가 보호소자 (2A) 의 전압강하를 검출하여 FET 를 동작케 하는 제 1 검지소자의 기능 뿐만 아니라, 피보호 회로의 단자전압을 검출하고 그 단자전압에 따라서 FET 를 동작케 하는 제 2 검지소자의 기능도 구비한 것이다. 이 과전류 보호장치 (1E) 에 의하면, 피보호 회로에 흐르는 과전류를 방지할 뿐만 아니라, 피보호 회로의 단자 (A1, A2) 간에 소정의 전압을 초과하는 과전압이 발생된 경우에도, 곧바로 FET 를 동작케 하고, 발열체 (4) 에 대전류를 통과시켜 발열체 (4) 를 급속 발열시켜, 신속하게 저융점 금속체 (6) 를 녹여 끊을 수 있다. 따라서, 예를 들어 단자 (A1, A2) 에 리튬이온전지 등의 전극단자를 접속하고, 단자 (B1, B2) 에 충전기 등의 전극단자를 접속함으로써, 리튬이온 전지의 과충전을 방지할 수 있다.
도 6 은, 도 5 의 과전류 보호장치 (1E) 에 있어서, FET 와 접속된 IC 의 단자에 외부센서를 접속한 본 발명의 과전류 보호장치 (1F) 의 회로도이다. 이 과전류 보호장치 (1F) 에 의하면, 보호소자 (2A) 의 전압강하량에 따라서, 또는 피보호 회로의 단자 (A1, A2) 전압에 따라서 FET 의 게이트 전위 (EG) 가 변화할 뿐만 아니라, 외부센서에서 출력된 신호에 따라서도 FET 의 게이트 전위 (EG) 가 변화되어 발열체 (4) 에 대전류가 흐르고, 저융점 금속체 (6) 가 녹아 끊김으로써 피보호 회로로 흐르는 전류를 차단할 수 있게 된다.
여기에서, 외부센서로는, 외부의 동작환경의 이상에 따라서 신호를 발생시키는 것을 여러 가지로 사용할 수 있다. 이에 대한 예로는, 광센서, 자기센서, 온도센서, 습도센서, 압력센서, 속도센서, 위치센서, 유량센서, 가스센서, 이온센서 등을 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 예를 들어 광도전소자, 포토 다이오드, 포토 트랜지스터, 포토 커플러, LCD, 초전형(焦電型) 적외선센서, 열전쌍, 서미스터(thermistor), 포지스터홀소자, 자기저항소자, 감압(感壓) 다이오드, 압전소 자, 습도센서 (무기염, 세라믹 또는 고분자재료를 사용한 것), 자이로스코프(gyros cope), 광파이버 등을 들 수 있다. 이것들은 트랜지스터 또는 마이컴 등과 전자회로를 구성하고, 외부의 동작환경의 이상에 따라서 FET 의 게이트 전위 (EG) 를 변화시키는 기능을 가지게 된다.
이러한 외부센서는, 전술한 도 1 ~ 도 4 의 본 발명의 과전류 보호장치 (1A, 1B, 1C, 1D) 에도 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 7 은 도 1 의 과전류 보호장치 (1A) 의 IC 에 외부센서를 접속한 본 발명의 과전류 보호장치 (1G) 의 회로도이다. 이로써, 보호소자 (2A) 의 전압강하량에 따라서, 또는 외부센서로부터의 신호에 따라서, FET 의 게이트 전위 (EG) 를 변화시키고, 발열체 (4) 에 대전류를 흘리고, 저융점 금속체 (6) 를 녹여 끊음로써 피보호 회로로 흐르는 전류를 차단할 수 있다.
도 8 은, 또 다른 본 발명의 과전류 보호장치 (1H) 의 회로이다. 이 과전류 보호장치 (1H) 는, 도 7 의 과전류 보호장치 (1G) 에 있어서, 보호소자 (2A) 의 전압강하량을 검출하는 제 1 검지소자로서의 기능을 IC 에서 생략한 것으로 되어 있다. 이렇게, 본 발명의 과전류 보호장치는, 외부센서를 형성한 경우, 피보호 회로로 흐르는 통전 라인에 있어서의 전압강하를 검출하는 제 1 검지소자가 생략된 것도 포함한다.
이밖에, 본 발명은 각종 양태를 취할 수 있다. 예를 들어, 스위칭 소자로서, FET 를 대신하여 통상의 바이폴러형의 트랜지스터, 릴레이 등을 사용할 수도 있다. 장치의 소형화라는 점에서는 FET 가 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서, 기판상에 발열체 및 저융점 금속체를 가지는 보호소자로는, 저융점 금속체가 발열체의 발열에 의하여 신속하게 녹아 끊어지도록, 저융점 금속체가 발열체와 충분히 근접하여 형성된 것이 바람직하다. 따라서, 도 10 에 나타낸 보호소자 (2A) 와 같이, 저융점 금속체 (6) 가 발열체 (4) 상에 절연층 (5) 을 통하여 적층되어 있는 양태 이외에, 일본 공개특허공보 평10-116549 호, 일본 공개특허공보 평10-116550 호에 기재된 바와 같이, 발열체와 저융점 금속체가 기판상에 평면적으로 배치되어 있는 양태로 할 수도 있고, 일본 특허출원 평11-94385 호 명세서에 기재되어 있는 바와 같이, 저융점 금속체가 발열체상에 절연층을 통하지 않고 적층되어 있는 양태로 할 수도 있다.
기판상에 발열체 및 PTC 소자를 가지는 보호소자에 대해서도 동일하게, PTC 소자가 발열체의 발열에 의하여 신속하게 트립되도록, PTC 소자가 발열체에 충분히 근접하여 형성되지 않으면 안 된다. 따라서, PTC 소자가, 발열체상에 절연층을 통하여 적층될 수도 있고, 발열체와 평면적으로 배치되어 있을 수도 있으며, 또한 절연층을 통하지 않고 발열체상에 적층되어 있을 수도 있다.
그리고, 제 1 검지소자, 스위칭 소자 및 제 2 검지소자는, 각각 별도의 칩으로 구성될 수도 있으나, 이들 기능을 함께 구비한 1 개의 칩으로서 구성될 수도 있다.
「실시예」
이하에서 본 발명을, 실시예를 통하여 구체적으로 설명하기로 한다.
실시예 1 및 비교예 1, 2
도 1 의 과전류 보호장치 (1A) 를 구성하였다. 이 경우, 보호소자 (2A) 로는 알루미나계 세라믹 기판 (3) 상에, 발열체 (4) 로서 산화루테늄 페이스트를 인쇄하고 (두께 10 ㎛), 물유리 등의 무기계 바인더로 이루어지는 절연층 (두께 10 ㎛) (5) 을 통하여, 저융점 금속체 (6) 로서 Sn:Pb = 5:95 (두께: 1 ㎜ ×6 ㎜ ×100 ㎛) 를 형성한 것을 사용하였다 (도 10 참조). 보호소자 (2A) 의 전압강하를 검출한 IC 로는, 세이코 전자공업사 제조 S-80745 SL 을 사용하고, 발열체 (4) 에 급격하게 대전류를 통하게 하는 FET 로는 산요 전기사 제조의 CPH 3403 을 사용하였다.
얻어진 과전류 보호장치 (1A) 에 대하여, (a) 정격전류, (b) 최저보증 차단 전류치, (c) 최저보증 차단전류치에서의 동작시간을 다음과 같이 구하였다. 또한, 비교예 1, 2 에서, 시판되는 전류 휴즈 (정격전류 2A), 시판되는 PTC 소자 (정격전류 2A) 에 대해서도 동일하게, (a) 정격전류, (b) 최저보증 차단전류치, (c) 최저보증 차단전류치에서의 동작시간을 구하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
(a) 정격전류: 녹아 끊김 또는 트립되지 않고 통전시킬 수 있는 최대전류치
(b) 최저보증 차단 전류치: 120 초 이내의 통전에 의하여 반드시 녹아 끊김 또는 트립되는 최소전류치
(c) 최저보증 차단전류치에서의 동작시간: 최저보증 차단전류치로 통전된 경우에 녹아 끊김 또는 트립이 발생되기까지의 시간
실시예 1 비교예 1 비교예 2
(a) 정격전류 (b) 최저보증 차단전류치 (c) 최저보증 차단전류치에서의 동작시간 2A (*1) 5 초 (전류휴즈) 2A 3.5A 80 초 (PTC 소자) 2A 4A 100 초
주: (*1) 임의로 설정할 수 있으나, 3A 통전시의 동작을 확인하였다.
표 1 의 결과로부터, 본 발명의 실시예에 의하면, 정격전류와 차단전류의 차를 작게 하고, 정격전류를 초과한 이후에 전류가 차단되기까지의 시간을 현저하게 단축시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
실시예 2
도 7 의 과전류 보호장치 (1G) 에 있어서, 분위기 온도를 검출하는 외부센서로서, 도 9 에 나타낸 바와 같이 NTC 서미스터를 사용한 과전류 보호장치 (1I) 를 구성하였다. 이 경우, 보호소자 (2A), 보호소자 (2A) 의 전압강하를 검출하는 IC1 및 FET 로는, 각각 실시예 1 의 과전류 보호장치 (1A) 로 사용한 것과 동일하게 하였다. 외부센서인 NTC 서미스터로는, BOWTHORPE THERMOMETRICS 사 제조의 DKF 103B10 (25 ℃ 에서, 10 ㏀ ±10 %) 를 사용하였다. 외부센서의 IC2 로는, 세이코 전자공업사 제조 S-80737 AL (검출전압 3.7 V) 를 사용하고, 저항기 (R1, R2) 로는 각각 카본 피막저항기 10 ㏀, 1 ㏀ 를 사용하였다.
이 외부센서에서는, 분위기 온도의 상승과 함께, NTC 서미스터의 저항이 저하하고, 이 저항의 저하에 비례하여 NTC 서미스터에 걸리는 전압이 저하한다. 따라서, 분위기 온도의 상승과 함께, 10 ㏀ 의 저항기 (R1) 에 걸리는 전압이 상승된다. 또한, IC2 가 10 ㏀ 의 저항기 (R1) 의 전압강하를 검출하고, 그 검출전압이 어느 일정 이상이 된 경우에 FET 에 신호를 출력한다. 따라서, 이 외부센서를 가지는 과전류 보호장치 (1I) 에 의하면, 분위기 온도가 일정 이상으로 상승하고, 10 ㏀ 의 저항기 (R1) 의 전압강하량이 일정 이상으로 된 경우, 외부센서의 IC2 에서 신호전압이 FET 로 출력되어 FET 의 게이트 전위 (EG) 가 변화되고, 발열체 (4) 에 대전류가 흐르고 저융점 금속체 (6) 가 녹아 끊김으로써 피보호 회로로 전류가 흐르는 것을 차단한다.
전원으로서 DC 4V 를 단자 (B1, B2) 간에 접속하고, 분위기 온도를 25 ℃ 에서 110 ℃ 까지 변화시킨 결과, 분위기 온도가 100 ℃ 에 도달했을 때 외부센서에서 FET 로 신호전압이 인가되고, 피보호 회로로 흐르는 전류가 차단되었다.
본 발명에 의하면, 안전성이 높고 또한 소정의 전류치를 초과하는 전류가 흐르는 경우, 또는 외부의 동작환경에 대하여 어떠한 이상이 검지된 경우에는, 신속하게 전류를 차단 또는 억제할 수 있는 과전류 보호장치를 얻을 수 있다.

Claims (4)

  1. 기판상에 발열체, 및 저융점 금속체 또는 PTC 소자를 가지고, 상기 발열체의 발열에 의하여 상기 저융점 금속체의 녹아 끊김 또는 상기 PTC 소자의 트립이 발생되는 과전류 보호장치에 있어서,
    피보호 회로로의 통전 라인에 있어서의 전압강하를 검출하는 제 1 검지소자 또는 외부의 동작환경의 이상을 검출하는 외부센서, 및 상기 제 1 검지소자의 전압강하량 또는 상기 외부센서로부터의 신호에 따라서 상기 발열체에 대전류를 흐르게 하여 상기 발열체를 급속 발열시키는 스위칭 소자가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 과전류 보호장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭 소자로서 FET 가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 과전류 보호장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 저융점 금속체 또는 상기 PTC 소자가 상기 발열체상에 절연층을 통하지 않고 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 과전류 보호장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 피보호 회로의 단자전압을 검출하는 제 2 검지소자가 형성되고, 그 단자전압에 따라서 상기 스위칭 소자가 상기 발열체에 대전류를 흐르게 하여 상기 발열체를 급속 발열시키는 것을 특징으로 하는 과전류 보호장치.
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