KR101243241B1 - 바리스터를 보호하는 서지보호기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인입되는 뇌전류를 접지로 도통시키는 과정에서 발생되는 고온으로부터 바리스터를 보호할 수 있는 서지보호기에 관한 것이다. 본 발명의 특징은, 전원이 입력되는 입력단자(11)와, 회로기판(PCB)에 연결된 상태로 접지와 연결되는 출력단자(12)를 구비하는 바리스터(10)와, 바리스터(10)의 입력단자(11)에 일단이 고정되고, 타단이 회로기판(PCB)에 연결되는 탄성부재(30) 및 상기 바리스터(10) 입력단자(11)의 외측면에 탄성부재(30)를 연결하는 저온납땜부(50)를 포함하고, 입력단자(11)는 회로기판(PCB)에 이격되고 출력단자(12)는 900~1000도(℃)의 고온납땜으로 회로기판(PCB)에 연결되며, 탄성부재(30)는 탄성변형 되도록 아크형태로 휘어지면서 일단에 바리스터(10)의 입력단자(11)에 접촉된 상태로 연결되는 연결부(31)가 형성되고, 회로기판(PCB)에 연결되어 전원이 입력되는 입력부(32)가 형성되며, 저온납땜부(50)는 130~230도(℃)의 저온으로 납땜되고, 탄성부재(30)는 연결부(31)에서 연장되면서 탄성변형 가능하게 아크형태로 절곡되어서 단부가 회로기판(PCB)에 탄력적으로 지지되는 추가 탄성부(33)를 더 포함한다. 본 발명은 입력되는 일정 수준 이상의 전류가 바리스터를 통해 접지로 도통되는 도통과정에서 발생되는 열에 의해 바리스터의 입력측 단자가 물리적으로 분리되므로, 바리스터가 발생되는 열에 의해 소손되는 것을 방지할 수 있다.

Description

바리스터를 보호하는 서지보호기{SURGE PROTECTOR HAVING PREVENTING VARISTOR}

본 발명은 인입되는 뇌전류를 접지로 도통시키는 과정에서 발생되는 고온으로부터 바리스터를 보호할 수 있는 서지보호기에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 서지 보호 장치는 서지(surge) 전압으로부터 장치를 보호하기 위한 응용기기로써, 전기 장치에 공급되는 안전 범위 이상의 이상 전압을 차단하거나 접지로 연결하여 감쇄시키는 것이다.

이러한, 서지 보호 장치는 그 기능에 따라 전압스위칭형, 전압제한형, 조합형의 3종류로 나뉜다. 전압스위칭형은 서지가 인가되지 않은 경우 높은 임피던스 상태이고, 전압서지가 있을 때는 급격하게 임피던스가 낮아지는 기능을 가진 서지 보호 장치이다. 이에 사용되는 소자의 예로, 에어갭, 가스방전관, 사이리스터, 트라이액 등이 있다.

전압제한형은 서지가 인가되지 않은 경우 높은 임피던스 상태이고, 서지전류와 전압이 상승하면 임피던스가 연속적으로 감소하는 기능을 가진 서지 보호 장치이다. 전압제한형 서지 보호 장치에 사용되는 소자의 예로, 바리스터, 억제 다이오드 등이 있다. 조합형은 전압스위칭형 소자와 전압제한형 소자를 갖는 서지 보호 장치이다.

인가전압의 특성에 따라 전압스위칭, 전압제한 또는 전압스위칭과 전압제한의 두 가지 동작을 하는 것으로 가스방전관과 바리스터를 조합한 서지 보호 장치가 있다.

상기 서지 보호장치 중 뇌해를 방지하기 위하여 단상교류 또는 삼상교류 전로나 직류 전로에 있어서 전기기기와 대지간에 천둥에 의한 과도기적인 과전압을 제한하고 서지(serge)전류를 분류하는 디바이스(device)로서 서지 보호 장치가 설치되어 있다. 이 서지 보호 장치용 소자로서는, 산화 아연 형태 바리스터(varistor)가 일반적으로 사용된다.

이러한, 산화 아연 형태 바리스터(varistor)는 낙뢰 등이 반복하여 입력되면 그 입력 레벨(level)에 따라서 순차적으로 전압이 떨어진다. 산화 아연 형태 바리스터의 입력 전압이 떨어지면 누설되는 전류가 증가하여 발열량이 증가하고 이에 따라 열 폭주에 의한 발연 발화의 원인이 된다. 이를 방지하기 위하여 산화 아연 형태 바리스터의 열 폭주에 의한 발연 발화를 방지하는 보호로서 온도퓨즈(fuse) 기능을 구비하고 있는 것이 제안되어 있다.

그러나 종래의 온도퓨즈 기능을 구비하는 바리스터는 온도퓨즈와 바리스터가 일체형으로 구성된 경우 열폭주를 방지하는 데 유리하나, 바리스터의 과열된 온도가 온도퓨즈에 제대로 전달되지 못하여 산화 아연 형태의 바리스터를 제대로 보호하지 못하는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 서지 보호 장치는 바리스터에서 발생된 열을 외부로 쉽게 방출하지 못하여 자연 발화 가능성이 높고, 바리스터가 과열되는 경우 자연 발화되어 비산함으로써 2차적으로 서지 보호 장치가 폭발할 수 있다는 문제점이 있었다.

본 발명과 연관되는 종래기술 "열폭주 방지 소자가 구비된 방폭형 서지 보호 장치"가 대한민국특허청에 출원되어 등록번호:10-0992426호로 등록된 바 있다.

종래기술은 전원선에 연결되어 일정 수준 이상의 전원이 인가되면 흡수하여 접지로 도통시키는 바리스터와, 상기 바리스터 전단에 연결되어 상기 바리스터의 내부온도가 일정 값 이상으로 상승되면 상기 전원선으로부터 흡수되는 입력전원을 차단할 수 있는 온도퓨즈로 구성되되, 상기 바리스터는 복수로 구비되어 상호 직렬, 병렬 또는 직렬 및 병렬로 연결되되, 상기 복수의 바리스터 사이에 상기 온도퓨즈가 위치하여 상호 면접촉되고, 상기 복수의 바리스터는 상기 온도퓨즈와 압착되도록 그 외면이 열수축테이프로 권취된다.

그러나, 종래기술은 복수의 바리스터의 사이에 온도퓨즈를 장착하기 때문에 장치가 복잡해지고, 바리스터들의 설치면적이 확장되어야 하는 문제가 있으며, 한번 사용된 온도퓨즈를 교체작업 해야 하는 번거로운 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 입력되는 일정 수준 이상의 전류를 접지로 도통시키는 바리스터가 도통과정에서 발생되는 열에 의해 소손되는 것을 방지하도록, 회로기판에 연결된 바리스터의 입력측 단자에 탄성부재와 추가 탄성부를 구비하여 입력측 단자를 물리적으로 빠르게 분리하여 입력측 단자를 통해 입력되는 이상전류를 신속하게 차단할 수 있는 바리스터를 보호하는 서지보호기를 제공함에 있다.

본 발명에 따른 바리스터를 보호하는 서지보호기는, 전원이 입력되는 입력단자(11)와, 회로기판(PCB)에 연결된 상태로 접지와 연결되는 출력단자(12)를 구비하는 바리스터(10)와, 바리스터(10)의 입력단자(11)에 일단이 고정되고, 타단이 회로기판(PCB)에 연결되는 탄성부재(30) 및 상기 바리스터(10) 입력단자(11)의 외측면에 탄성부재(30)를 연결하는 저온납땜부(50)를 포함하고, 입력단자(11)는 회로기판(PCB)에 이격되고 출력단자(12)는 900~1000도(℃)의 고온납땜으로 회로기판(PCB)에 연결되며, 탄성부재(30)는 탄성변형 되도록 아크형태로 휘어지면서 일단에 바리스터(10)의 입력단자(11)에 접촉된 상태로 연결되는 연결부(31)가 형성되고, 회로기판(PCB)에 연결되어 전원이 입력되는 입력부(32)가 형성되며, 저온납땜부(50)는 130~230도(℃)의 저온으로 납땜되고, 탄성부재(30)는 연결부(31)에서 연장되면서 탄성변형 가능하게 아크형태로 절곡되어서 단부가 회로기판(PCB)에 탄력적으로 지지되는 추가 탄성부(33)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

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본 발명은 입력되는 일정 수준 이상의 전류를 접지로 도통시키는 바리스터가 도통과정에서 발생되는 열에 의해 소손되는 것을 방지하도록, 회로기판에 연결된 바리스터의 입력측 단자에 탄성부재와 추가 탄성부를 구비하여 입력측 단자를 물리적으로 빠르게 분리하여 입력측 단자를 통해 입력되는 이상전류를 신속하게 차단할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 바리스터를 보호하는 서지보호기를 개략적으로 보인 도면.
도 2는 본 발명에 적용된 요부를 보인 도면.
도 3은 본 발명에 적용된 다른 요부를 보인 도면.
도 4은 도 2의 사시도.
도 5는 본 발명에 적용된 또 다른 요부를 보인 도면.

이하, 첨부한 도면에 의하여 본 발명에 따른 바리스터를 보호하는 서지보호기를 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 바리스터를 보호하는 서지보호기는 바리스터(10) 탄성부재(30) 및 저온납땜부(50)을 포함한다.

바리스터(10)는 전원이 입력되는 입력단자(11)와, 회로기판(PCB)에 연결된 상태로 접지와 연결되는 출력단자(12)가 양측으로 돌출되고, 입력단자(11)를 통해 일정수준 이상의 전원이 인가되면 흡수하여 출력단자(12)를 통해 접지로 도통시킨다. 여기서, 도 1에 도시된 바와 같이 일정 수준의 전원이라 함은 바리스터(10)에서 서지(surge)로 판단되는 임계 전압을 의미한다. 이러한, 바리스터(10)는 전원선으로부터 일정전압 이상 인가되는 경우 내부저항이 감소하면서 과전류를 흡수하여 접지로 유도함으로써 부하(100)에 과전류가 흘러 부하(100)가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 바리스터(10)는 당업자의 설계 변경에 따라 억제형 소자를 채택할 수도 있다.

또한, 바리스터(10)는 출력단자(12)는 900~1000도(℃)의 고온납땜으로 회로기판(PCB)에 도통되는 상태로 연결되는 것이 바람직하다. 즉, 출력단자(12)는 이상전류의 유입에 의해 고온이 발생되어도 회로기판(PCB)에서 분리되지 않는다.

그리고, 입력단자(11)는 회로기판(PCB)에 도통되지 않는 상태로 회로기판(PCB)에 고정될 수 있다. 즉, 바리스터(10)는 출력단자(12)와 입력단자(11)가 회로기판(PCB)에 고정됨에 따라 고정된 상태가 견고하게 유지될 수 있다. 이와 달리, 도 3에 도시된 바와 같이 출력단자(12)는 회로기판(PCB)에 고정되고 입력단자(11)는 회로기판(PCB)에 이격될 수 있다. 따라서, 입력단자(11)는 회로기판(PCB)에 물리적으로 이격된 상태이므로 탄성부재(30)를 통해서 입력되는 전원을 바리스터(10)에만 제공할 수 있다.

탄성부재(30)는 탄성변형 되도록 아크형태로 휘어지면서 일단에 바리스터(10)의 입력단자(11)에 접촉된 상태로 연결되는 연결부(31)가 형성되고, 회로기판(PCB)에 연결되어 전원이 입력되는 입력부(32)가 형성된다. 따라서, 입력부(32)를 통해 입력된 전원은 연결부(31)를 통해 입력단자(11)에 인가되어서 바리스터(10)에 제공된다. 이때, 입력부(32)는 고온납땜으로 회로기판(PCB)에 도통되는 상태로 연결되고, 연결부(31)는 저온납땜으로 바이스터의 입력단자(11)에 연결된다.

저온납땜부(50)는 바리스터(10) 입력단자(11)의 외측면에 탄성부재(30)의 연결부(31)를 연결한다. 이러한, 저온납땜부(50)는 130~230도(℃)의 저온으로 저온납땜 되는 것이 바람직하다. 여기서, 저온납땜부(50)는 227도, 217도, 183도, 178도, 138도 중 어느 하나의 온도(℃)로 납땜되는 크림납으로 구성될 수 있다.

한편, 탄성부재(30)는 도 5에 도시된 바와 같이 연결부(31)에서 연장되면서 탄성변형 가능하게 아크형태로 절곡되어서 단부가 회로기판(PCB)에 탄력적으로 지지되는 추가 탄성부(33)를 더 포함할 수 있다. 이러한, 추가 탄성부(33)는 탄성부재(30)에 추가적으로 탄성력을 가하기 위한 것으로, 저온납땜부(50)가 서지에 의해 융해되는 경우 탄성부재(30)와 함께 추가 탄성부(33)가 탄성변형 되므로, 탄성부재(30)의 연결부(31)가 입력단자(11)에서 빠르게 분리될 수 있다. 즉, 탄성부재(30)의 연결부(31)가 바리스터(10)의 입력단자(11)에서 빠르게 분리됨에 따라 바리스터(10)에 서지가 전달되는 것을 용이하게 차단할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바리스터를 보호하는 서지보호기의 작용 및 효과를 설명한다.

먼저, 바리스터(10)를 통해 뇌전류가 입력되는 입력단자(11)의 하단이 회로기판(PCB)에 접촉되어 지지되게 하거나 이격되게 한 상태에서, 바리스터(10) 출력단자(12)를 약900~1000도(℃)의 고온으로 납땜하여서 회로기판(PCB)에 고정하고 한다. 이어서, 출력단자(12)에 미도시된 접지와 부하(100)를 연결한다.

그리고, 탄성부재(30)의 입력부(32)를 회로기판(PCB)에 고정시키면서 뇌전류가 입력되는 입력단(미도시)을 입력부(32)에 연결한다. 이어서, 탄성부재(30)를 가압하여 수축시켜서 연결부(31)가 입력단자(11)에 접촉되게 한다. 이러한 상태에서 저온납땜부(50)을 형성하면, 연결부(31)가 입력단자(11)에 접촉된 상태로 고정된다. 따라서, 탄성부재(30)는 입력되는 뇌전류를 바리스터(10)의 입력단자(11)에 인가할 수 있다.

이와 같은 상태에서, 정격전압의 전류가 입력되는 경우 탄성부재(30)의 입력부(32)를 통하고, 바리스터(10)의 입력단자(11)를 통해서 바리스터(10)에 인가된다. 이때, 바리스터(10)는 과전류가 입력되는 경우 과전류를 흡수하여 접지로 유도하므로 부하(100)가 손상되는 것을 방지한다.

여기서, 바리스터(10)는 뇌전류를 접지로 도통시키는 과정에서 온도가 상승된다. 따라서, 저온납땜부(50)는 바리스터(10)의 접지로 도통되는 뇌전류에 의한 고온에 의해 융해된다. 이어서, 저온납땜부(50)가 융해됨에 따라 탄성부재(30)가 오므려진 상태에서 탄성변형되어서 펼쳐지게 되므로, 탄성부재(30)의 연결부(31)가 바리스터(10)의 입력단자(11)에서 분리된다. 즉, 연결부(31)가 입력단자(11)에서 분리되어서 이격됨에 따라 뇌전류가 입력단자(11)를 통해 바리스터(10)로 입력되는 것을 차단할 수 있다. 따라서, 바리스터(10)는 연결부(31)가 입력단자(11)에서 분리됨에 따라 뇌전류가 더 이상 입력되지 않아서 작동이 중지되므로, 더 이상의 온도상승이 중지됨에 따라 소손되지 않는다.

그리고, 본 발명은 입력되는 뇌전류에 의해 발생되는 고온에 의해 저온납땜부(50)이 융해되어서 연결부(31)가 입력단자(11)에서 분리된 경우, 탄성부재(30)를 가압하여서 연결부(31)가 입력단자(11)에 접촉되게 한 상태에서 저온납땜부(50)을 다시 형성하면 연결부(31)를 입력단자(11)에 고정시킬 수 있다. 이에 의해, 연결부(31)를 입력단자(11)에 쉽고 빠르게 다시 연결할 수 있을 뿐만 아니라, 바리스터(10)가 재사용될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 입력되는 일정 수준 이상의 전류를 접지로 도통시키는 바리스터가 도통과정에서 발생되는 열에 의해 소손되는 것을 방지하도록 전류가 입력되는 탄성부재의 일단을 바리스터의 입력측 단자에서 분리시켜서 과전류를 차단할 수 있다. 따라서, 바리스터는 입력되는 뇌전류가 원천적으로 차단되므로 뇌전류를 접지로 도통시키지 않게 되어, 뇌전류를 접지로 도통시키는 과정에서 발생되는 열에 의해 소손되지 않을 뿐만 아니라 고온으로부터 보호될 수 있어서 장기간 사용될 수 있다.

전술한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하므로, 본 발명의 적용 범위는 이와 같은 것에 한정되지 않으며, 동일 사상의 범주내에서 적절한 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 실시예에 나타난 각 구성 요소의 형상 및 구조는 변형하여 실시할 수 있으므로, 이러한 형상 및 구조의 변형은 첨부된 본 발명의 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10 : 바리스터 11 : 입력단자
12 : 출력단자 30 : 탄성부재
31 : 연결부 32 : 입력부
33 : 추가 탄성부 50 : 저온납땜부

Claims (5)

1. 전원이 입력되는 입력단자와, 회로기판(PCB)에 연결된 상태로 접지와 연결되는 출력단자를 구비하는 바리스터와, 바리스터의 입력단자에 일단이 고정되고, 타단이 회로기판에 연결되는 탄성부재 및 상기 바리스터 입력단자의 외측면에 연결되는 탄성부재를 연결하는 저온납땜부;를 포함하고,
   입력단자는 회로기판에 이격되고 출력단자는 900~1000도(℃)의 고온납땜으로 회로기판에 연결되며,
   탄성부재는 탄성변형 되도록 아크형태로 휘어지면서 일단에 바리스터의 입력단자에 접촉된 상태로 연결되는 연결부가 형성되고, 회로기판에 연결되어 전원이 입력되는 입력부가 형성되며,
   저온납땜부는 130~230도(℃)의 저온으로 납땜되고,
   탄성부재는 연결부에서 연장되면서 탄성변형 가능하게 아크형태로 절곡되어서 단부가 회로기판에 탄력적으로 지지되는 추가 탄성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바리스터를 보호하는 서지보호기.
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