KR101401141B1 - 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저항소자를 구조물 형태로 구성함으로써, 저항소자 자체의 내구성을 향상시키고 자동화에 유리한 표면실장기술을 활용할 수 있으며, 저항소자 복수 개를 다양한 저항값과 크기로 조합하여 제품 특성에 최적화된 설계를 할 수 있는 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자에 관한 것이다.

Description

비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자{THE COMPLEX PROTECTION DEVICE OF BLOCKING THE ABNORMAL STATE OF CURRENT AND VOLTAGE}
본 발명은 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저항소자를 구조물 형태로 구성함으로써, 저항소자 자체의 내구성을 향상시키고 자동화에 유리한 표면실장기술을 활용할 수 있으며, 저항소자 복수 개를 다양한 저항값과 크기로 조합하여 제품 특성에 최적화된 설계를 할 수 있는 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자에 관한 것이다.
피보호 기기의 과전류에 의해 생기는 과대 발열을 검지하거나, 주위 온도의 이상 과열에 감응하거나 하여 작동하는 비(非)복귀형 보호 소자는, 기기의 안전을 도모하기 위해, 소정의 동작 온도에서 작동하여 전기 회로를 차단한다. 그 한 예로서, 기기에 생기는 이상을 검지하는 신호 전류에 의해 저항을 발열시키고, 그 발열로 퓨즈소자를 작동시키는 보호 소자가 있다. 보호 소자는 이상시(異常時)에 발열하는 저항을 세라믹 기판상에 마련한 막 저항을 이용한 보호 소자와, 이 보호 소자를 이용하여 리튬 이온 2차 전지의 과충전 모드에서 전극 표면에 생성한 덴드라이트에 의한 성능 열화나 발화 방지, 또는 충전시에 전지가 소정 전압 이상으로 충전되는 것을 방지하는 역할을 한다.
대한민국 공개특허 10-2001-0006916호에는 보호소자기판 상에 저융점 금속체용 전극 및 발열체를 가지며, 이들 저융점 금속체용 전극 및 발열체 위에 직접적으로 저융점 금속체가 형성되며, 저융점 금속체 위에는 그 표면산화를 방지하기 위하여 고형 플럭스 등으로 이루어진 내측 밀봉부를 설치하고, 그 외측에는 저융점 금속체의 용단시에 용융물이 소자 밖으로 유출되는 것을 방지하는 외측 밀봉부나 캡이 설치되는 보호소자가 개시되어 있다.
한편, 도 12a 및 12b는 종래 저항(발열체) 상에 퓨저블 엘리먼트(저융점 금속체)가 형성된 보호소자를 도시하는 평면도 및 단면도이고, 도 13은 종래 보호소자에 과전압이 인가되는 경우 퓨저블 엘리먼트가 용단되는 모습을 촬영한 사진이다.
도 12a 및 12b를 참조하면, 종래의 보호소자는 세라믹 기판(1) 상에 페이스트 형태의 저항(2)이 도포되고, 저항(2) 상에 절연체(3), 퓨즈 단자(4), 퓨저블 엘리먼트(5) 및 케이스(6)가 순차적으로 적층되어 있으며, 상기 퓨즈 단자(4)는 연결부(4a)가 저항단자(8)와 접속되어 있다.
그리고, 상기 저항으로 전류가 인가되는 경우 저항에서 발생되는 열이 상기 퓨즈 단자와 접속된 저항 단자를 통해 빠져나가게 된다. 즉 상기 퓨저블 엘리먼트는 저항에서 발생되는 열을 균일하게 공급되지 못하고 연결부(4a)와 가까운 영역은 상대적으로 적은 열이 가해지게 된다.
따라서, 도 13과 같이 퓨저블 엘리먼트는 용단시 용단면이 양측으로 균일하지 못하여 연결부와 가까운 영역의 절연거리가 매우 좁아 절연에 대한 안정성이 낮아진다는 문제가 있다.
또한, 종래의 보호소자는 저항이 무기계 바인더 혹은 유기계 바인더로 이루어진 저항페이스트 형태로 도포되기 때문에 발열체 자체의 내구성이 떨어지고, 고전압에서 사용할 수 있는 충분한 시간지연(Time-lag) 특성을 구비하지 못하는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 저항소자를 구조물 형태로 구성함으로써, 저항소자 자체의 내구성을 향상시키고 자동화에 유리한 표면실장기술을 활용할 수 있는 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 저항소자를 퓨저블엘리먼트를 기준으로 양쪽에 병렬로 연결되는 복수 개를 다양한 저항값과 크기로 조합하여 구성할 수 있기 때문에, 자유도를 높일 수 있으며, 제품 특성에 최적화된 설계를 할 수 있는 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 저항소자를 퓨저블엘리먼트를 기준으로 양쪽에 병렬로 연결되는 복수 개로 구성함으로써, 퓨저블엘리먼트의 용단시 절연거리를 충분히 확보할 수 있는 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 저항소자를 퓨저블엘리먼트와 이격시킴으로써, 기준 전압에서 저항이 용단되는 것을 방지하는 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자를 제공하는 것이다.
이를 위해 본 발명에 따른 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자는 메인회로 상에 형성된 제1, 2단자에 접속되어 상기 메인회로로 과전류가 인가되는 경우에 용단되는 퓨저블엘리먼트; 상기 퓨저블엘리먼트와 연결된 보호회로 상에 형성된 저항단자에 복수 개가 병렬로 접속되는 저항소자; 상기 보호회로에 접속되어, 기준전압이 인가되는 경우에는 상기 전류단자로 전류가 흐르도록 하고, 기준전압을 벗어나는 전압이 인가되는 경우에는 상기 저항단자로 전류가 흐르도록 제어하는 스위칭소자;를 포함하되, 상기 제1, 2단자 및 저항단자는 서로 동일 평면상에서 이격하여 병설되고, 상기 퓨저블엘리먼트는 기준전압을 벗어나는 전압이 인가되는 경우에 상기 저항소자에서 발생하는 열에 의해 용단되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자의 저항소자는 상기 퓨저블엘리먼트를 기준으로 양쪽에 2개가 병렬로 연결되는 제1, 2저항소자로 이루어지고, 상기 제1, 2저항소자는 동일한 저항값을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자의 저항소자는 상기 퓨저블엘리먼트를 기준으로 양쪽에 2개가 병렬로 연결되는 제1, 2저항소자로 이루어지고, 상기 제1, 2저항소자는 서로 다른 저항값을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자의 제1, 2저항소자는 서로 동일한 크기 또는 다른 크기로 형성하여, 상기 보호회로의 설계시 자유도를 높일 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자의 제1, 2단자 사이에는 상기 제1, 2저항소자와 접속되는 제1, 2연결단자가 위치하고, 상기 제1, 2연결단자의 상면에는 절연층 및 도전층이 순차적으로 적층되며, 상기 도전층 상면에는 각각의 상기 제1, 2저항소자 및 퓨저블엘리먼트가 병설되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자의 도전층의 일단부는 상기 제3단자와 접속되고, 타단부는 제4단자와 접속이 차단되도록 구성하며, 상기 스위칭소자가 턴온되는 경우 상기 메인회로에서 흐르는 전류는 상기 퓨저블엘리먼트, 도전층, 제3단자를 거쳐 상기 제1연결단자를 통해 상기 제2저항소자로 분배되고, 상기 제2연결단자를 통해 병합되어 상기 제4단자로 흐르는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자의 저항소자는 세라믹 소재로 이루어지는 세라믹 소체와, 상기 세라믹 소체의 양단에 형성되는 단자부와, 상기 세라믹 소체의 외주면에 형성되는 저항층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자의 퓨저블엘리먼트는 링 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자의 스위칭소자는 트랜지스터와, 기준전압보다 낮은 전압 또는 높은 전압이 인가되는 경우에 상기 트랜지스터를 턴온(Turn-on)시키는 제어신호를 인가하여 상기 저항소자로 전류가 흐르도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자의 저항소자는 외면을 둘러싸는 단열커버를 구비하되, 상기 단열커버는 상기 퓨저블엘리먼트 방향으로만 개방되어 상기 저항소자에서 발생되는 열이 상기 퓨저블엘리먼트로 집중되는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자에 의하면, 저항소자를 구조물 형태로 구성함으로써, 저항소자 자체의 내구성을 향상시키고 자동화에 유리한 표면실장기술을 활용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자에 의하면, 저항소자를 퓨저블엘리먼트를 기준으로 양쪽에 병렬로 연결되는 복수 개를 다양한 저항값과 크기로 조합하여 구성할 수 있기 때문에, 자유도를 높일 수 있으며, 제품 특성에 최적화된 설계를 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자에 의하면, 저항소자를 퓨저블엘리먼트를 기준으로 양쪽에 병렬로 연결되는 복수 개로 구성함으로써, 퓨저블엘리먼트의 용단시 절연거리를 충분히 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자에 의하면, 저항소자를 퓨저블엘리먼트와 이격시킴으로써, 기준 전압에서 저항이 용단되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자의 사용 상태를 설명하기 위한 회로도이다.
도 2는 본 발명에 따른 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자의 제1실시예를 도시하는 평면도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명에 따른 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자의 제1실시예를 도시하는 사시도 및 분해사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 저항소자를 도시하는 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 저항소자가 배열되는 모습을 도시하는 평면도이다.
도 6a 및 6b는 메인회로에 과전류가 인가되는 경우 퓨저블엘리먼트가 용단되는 모습을 도시하는 회로도 및 평면도이다.
도 6c는 과전류가 인가되어 퓨저블엘리먼트가 용단되는 모습을 촬영한 사진이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 퓨저블엘리먼트가 용단되는 모습을 도시하는 회로도 및 평면도이고, 도 7c는 과전압이 인가되어 퓨저블엘리먼트가 용단되는 모습을 촬영한 사진이다.
도 8은 본 발명에 따른 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자의 제1실시예를 도시하는 도 3a의 A-A 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자의 제2실시예를 도시하는 평면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자의 제2실시예를 도시하는 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자의 제3실시예를 도시하는 평면도이다.
도 12a 및 12b는 종래 저항(발열체) 상에 퓨저블 엘리먼트(저융점 금속체)가 형성된 보호소자를 도시하는 평면도 및 단면도이다.
도 13은 종래 보호소자에 과전압이 인가되는 경우 퓨저블 엘리먼트가 용단되는 모습을 촬영한 사진이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자의 사용 상태를 설명하기 위한 회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자(이하, '복합보호소자'라 한다)는 메인회로 상에 접속된 퓨저블엘리먼트(10)의 용단에 의해 비정상상태에서 메인회로에 접속된 소자를 보호하는 역할을 한다.
먼저, 본 발명에 따른 복합보호소자가 적용될 수 있는 메인회로는 그 종류에 특별한 제한은 없으며, 휴대용 2차 전지의 충전이 이루어지는 회로인 것을 예시할 수 있다. 따라서 이하에서는 본 발명의 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자가 2차 전지의 충전이 이루어지는 회로에 적용되는 실시예를 중심으로 설명하도록 한다.
상기 메인회로 상에는 퓨저블엘리먼트(10)와 전원과, 충전지(charger)가 서로 접속되어 있다.
상기 보호회로는 상기 전원단자와 충전지 사이에 병렬 접속되어 기준전압을 벗어나는 전압이 인가되는 경우 이를 감지하여 충전지를 보호하도록 구성되어 있다. 구체적으로 상기 보호회로 상에는 퓨저블엘리먼트(10)와 병렬로 접속된 복수 개의 저항소자(20)와, 상기 저항소자(20)와 접속된 스위칭소자(30)를 포함할 수 있다.
상기 스위칭소자(30)는 다이오드(32)와, 트랜지스터(31) 및 기준전압보다 낮은 전압 또는 높은 전압이 인가되는 경우에 상기 트랜지스터(31)를 턴온(Turn-on)시키는 제어신호를 인가하여 상기 저항소자로 전류가 흐르도록 제어하는 제어부(33)를 포함하는 것을 예시할 수 있으나, 반드시 이러한 구성에 한정되는 아니다.
도 2는 본 발명에 따른 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자의 제1실시예를 도시하는 평면도이고, 도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명에 따른 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자의 제1실시예를 도시하는 사시도 및 분해사시도이다.
도 2 내지 도 3b를 참조하면, 본 발명에 따른 복합보호소자는 크게 퓨저블엘리먼트(10)와, 저항소자(20)와, 스위칭소자(30)를 포함하는 것이다.
본 발명에 따른 퓨저블엘리먼트(10)는 메인회로 상에 형성된 제1, 2단자(50,50a)에 접속되어 상기 메인회로로 과전류가 인가되는 경우에 용단되어 충전지를 보호하는 역할을 한다.
상기 퓨저블엘리먼트(10)는 120~220℃의 융점을 갖는 저융점 금속 또는 합금으로 이루어지는 것을 예시할 수 있다.
그리고 상기 제1, 2단자(50,50a) 사이에는 상기 제1, 2저항소자(20,20a)와 접속되는 제1, 2연결단자(40,40a)가 위치한다. 상기 제1연결단자(40)의 양단부는 각각 저항단자(60b, 60d)와 전기적으로 접속되고, 상기 제2연결단자(40a)의 양단부는 각각 저항단자(60a, 60c)와 전기적으로 접속된다.
상기 연결단자(40)의 상면에는 절연층(41) 및 도전층(42)이 순차적으로 적층되며, 상기 도전층(42) 상면에는 상기 제1, 2저항소자(20,20a) 및 퓨저블엘리먼트(10)가 병설된다.
상기 절연층(41)은 상기 제1, 2연결단자(40,40a)와 도전층(42)을 전기적으로 차단시키는 역할을 한다.
상기 도전층(42)은 퓨저블엘리먼트(10)와 제1, 2저항소자(20,20a)가 전기적으로 접속될 수 있도록 하는 것은 물론, 상기 제1, 2저항소자(20,20a)에서 발생하는 열을 퓨저블엘리먼트(10)로 전도시키는 역할도 수행하는 것으로써, 상기 절연층(41)의 상면에 은(Ag) 페이스트 등을 도포하는 방식으로 형성할 수 있다.
상기 도전층(42)의 일단부는 상기 제3단자와 접속되고, 타단부는 제4단자(55a)와 접속이 차단되도록 구성함으로써 상기 제1저항소자(20)와 제2저항소자(20a)가 병렬로 연결된다.
그리고 상기 제1, 2단자(50,50a)와 저항단자(60:60a,60b,60c,60d)는 서로 동일 평면 상에서 이격하여 병설됨으로써, 상기 도전층(42)의 상면에 있는 상기 제1, 2저항소자(20,20a)가 퓨저블엘리먼트(10)를 기준으로 양쪽에 각각 이격하여 병설되도록 구성할 수 있다.
한편, 상기 메인회로에 과전압이 인가되어 스위칭소자(30)가 턴온되는 경우, 상기 메인회로에서 흐르는 전류는 상기 퓨저블엘리먼트(10), 도전층(42), 제3단자(55)를 거쳐 상기 제1, 2저항소자(20, 20a)로 각각 분배되고, 상기 저항단자(60c)에서 병합되어 상기 제4단자(55a)로 흐르게 된다.
한편, 도 4는 본 발명에 따른 저항소자를 도시하는 단면도로서, 도 4를 참조하면 상기 저항소자(20)는 세라믹 소재로 이루어지는 세라믹 소체(21)와, 상기 세라믹 소체(21)의 양단에 형성되는 단자부(23)와, 상기 세라믹 소체(21)의 상면에 형성되는 저항층(22) 및 상기 저항층(22)을 보호하는 코팅층(24)을 포함하는 것을 예시할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 세라믹 소체의 외주면에 코일이 권선된 저항소자, 나선형 홈이 형성된 저항소자, melf Type, Chip Type 등 다양한 종류의 저항소자를 사용할 수 있음은 물론이다.
이와 같이 본 발명의 복합보호소자는 저항소자(20)를 구조물 형태로 구성함으로써, 종래의 저항소자를 퓨저블엘리먼트의 상부에 페이스트 형태로 도포하는 것에 비해, 저항소자 자체의 내구성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 상기 저항소자가 상기 퓨저블엘리먼트보다 먼저 용단되거나, 파손되는 것을 방지할 수 있기 때문에 충전지를 안정적으로 보호할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 저항소자(20)는 상기 퓨저블엘리먼트(10)와 별개의 구조물 형태로 구성되므로 표면실장기술(surface mounting technology)을 적극적으로 활용할 수 있는 장점이 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 저항소자가 배열되는 모습을 도시하는 평면도이다.
도 5a 참조하면, 상기 저항소자는 상기 퓨저블엘리먼트(10)를 기준으로 양쪽에 2개가 병렬로 연결되는 제1, 2저항소자(20,20a)로 이루어진다. 상기 제1, 2저항소자(20,20a)는 동일한 저항값(20R)을 가지도록 구성할 수 있다. 도 5b 및 도 5c와 같이 서로 다른 저항값(20R,10R)을 가지도록 구성할 수도 있다.
그리고 도 5b 및 5c와 같이, 상기 제1, 2저항소자(20,20a)가 서로 다른 저항값을 가지는 경우에 있어서, 상기 제2저항소자(20a)는 상기 제1저항소자(20)보다 작은 저항값을 가지지만 제1저항소자의 크기와 상응하는 크기로 구성할 수도 있고(도 5b 참조), 상기 제2저항소자를 제1저항소자보다 작은 크기로 구성할 수도 있다(도 5c 참조).
이와 같이, 본 발명에 따른 복합보호소자는 복수의 저항소자 각각의 저항값을 다양하게 조합할 수 있는 것은 물론, 저항소자의 크기/모양을 다양하게 조합할 수 있다. 이러한 저항소자의 다양한 조합을 통해 메인회로 또는 보호회로의 설계시 자유도를 높일 수 있고, 제품 특성에 최적화된 복합보호소자를 구성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 복합보호소자는 복수의 저항소자를 병렬로 구성함으로써, 일측에 있는 저항소자 예를 들어 도 5a의 제2저항소자가 제대로 작동하지 않는 경우에도 제1저항소자가 정상적으로 작동하여 제1,2저항소자가 상호 보완적인 관계를 가지므로 안정성을 높일 수 있다.
도 6a 및 6b는 메인회로에 과전류가 인가되는 경우 퓨저블엘리먼트가 용단되는 모습을 도시하는 회로도 및 평면도이고, 도 6c는 과전류가 인가되어 퓨저블엘리먼트가 용단되는 모습을 촬영한 사진이다.
도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 상기 퓨저블엘리먼트(10)는 상기 메인회로에 순간적으로 유입되는 돌입전류(surge current)가 인가되면 돌입전류에 의한 열에 의해 용단된다.
이때, 상기 퓨저블엘리먼트(10)는 전단부(11) 영역에서 용단이 이루어지고 메인회로는 차단되므로 충전지의 손상 내지 폭발을 방지한다. 상기 퓨저블엘리먼트(10)는 상기 메인회로에 순간적으로 유입되는 돌입전류(surge current)가 인가되면 돌입전류에 의한 열에 의해 용단된다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 퓨저블엘리먼트가 용단되는 모습을 도시하는 회로도 및 평면도이고, 도 7c는 과전압이 인가되어 퓨저블엘리먼트가 용단되는 모습을 촬영한 사진이다.
도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 상술한 바와 같이 상기 메인회로에 기준전압을 벗어나는 전압, 예를 들어 과전압이 인가되는 경우 스위칭소자에서 상기 제1,2저항소자로 전류가 흐르도록 제어하게 된다.(도 1 참조) 그리고 상기 퓨저블엘리먼트(10)는 상기 제1, 2저항소자(20,20a)로 전류가 유입되어 발생하는 열에 의해 전단부(11) 영역과 후단부(13) 영역에서 용단이 이루어져 충전지를 보호하게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 복합보호소자는 과전류가 인가되거나, 또는 과전압이 인가되는 비정상상태에서 충전지를 보호할 수 있게 된다.
특히, 도 6c 및 도 7c에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 복합보호소자는 종래의 보호소자(도 13 참조)에 비해 퓨저블엘리먼트의 용단거리를 충분히 확보할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명에 따른 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자의 제1실시예를 도시하는 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 복합보호소자는 상기 제1, 2저항소자(20,20a)가 각각 상기 퓨저블엘리먼트(10)를 기준으로 양쪽에 병설되어 있다. 따라서, 메인회로로 기준전압을 벗어나는 전압이 인가되면 상기 제1, 2저항소자(20,20a)에서 발산하는 복사열과 상기 도전층(42)을 통해 전도되는 전도열에 의해 퓨저블엘리먼트(10)가 용단된다.
그리고 상기 제1, 2저항소자(20,20a)가 상기 퓨저블엘리먼트(10)의 양측면에 위치하기 때문에 용단시 절연거리를 충분히 확보할 수 있는 장점이 있다.(도 6c 참조)
본 발명에 따른 복합보호소자는 상기 제1, 2저항소자(20,20a)가 상기 퓨저블엘리먼트(10)와 소정 거리만큼 이격되어 있다. 따라서, 메인회로로 기준전압 내의 전압이 인가되는 상황에서 일시적으로 상기 제1,2저항소자로 전류가 인가되더라도, 상기 제1,2저항소자와 상기 퓨저블엘리먼트와의 이격거리로 인해 소정의 용단지연시간을 확보할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자의 제2실시예를 도시하는 평면도이고, 도 10은 본 발명에 따른 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자의 제2실시예를 도시하는 단면도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 퓨저블엘리먼트(10a)는 도 2의 평판 형상의 퓨저블엘리먼트(10)와 달리, 중앙 영역이 중공된 링 형상으로 구성할 수 있다.
상기 퓨저블엘리먼트(10a)를 평판 형태의 퓨저블엘리먼트와 차별화된 구조인 링 형상으로 구성함으로써, 용단시간을 보다 자유롭게 제어할 수 있다.
또한, 퓨저블엘리먼트(10a)의 용단부분의 폭이 평판 형태의 퓨저블엘리먼트보다 좁기 때문에 용단시 절연거리가 멀어져, 충전지의 폭발에 대한 안전성을 높일 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자의 제3실시예를 도시하는 단면도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 복합보호소자는 상기 제1, 2저항소자(20,20a)의 외면에 단열커버(25)가 구비되도록 구성할 수 있다.
상기 단열커버(25)는 저항소자(20)에서 발생되는 열이 상기 퓨저블엘리먼트(10) 방향으로 집중될 수 있도록 방향성을 제공한다.
따라서, 상기 단열커버(25)는 상기 저항소자(20)의 외면을 감싸되, 상기 퓨저블엘리먼트(10) 방향은 개방되는 구조로 이루어진다.
이와 같이 저항소자(20)의 외면에 단열커버(25)를 형성함으로써, 용단시간을 단축할 수 있고, 상기 퓨저블엘리먼트(10)를 제외한 주변 소자로 열이 전달되는 것을 차단할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 퓨저블엘리먼트 11 : 전단부
13 : 후단부 20 : 저항소자
21 : 세라믹 소체 22 : 도전층
23 : 단자부 24 : 코팅층
25 : 단열커버 30 : 스위칭소자
31 : 트랜지스터 32 : 다이오드
33 : 제어부 40 : 연결단자
41 : 절연층 42 : 도전층
50 : 제1단자 50a : 제2단자
55 : 제3단자 55a : 제4단자
60 : 저항단자

Claims (10)

  1. 메인회로 상에 형성된 제1, 2단자에 접속되어 상기 메인회로로 과전류가 인가되는 경우에 용단되는 퓨저블엘리먼트;
    상기 퓨저블엘리먼트와 접속되는 저항단자에 접속되는 저항소자;
    기준전압을 벗어나는 전압이 인가되는 경우에는 상기 저항단자로 전류가 흐르도록 제어하는 스위칭소자;를 포함하되,
    상기 제1, 2단자 및 저항단자는 서로 동일 평면상에서 이격하여 병설되고,
    상기 퓨저블엘리먼트는 기준전압을 벗어나는 전압이 인가되는 경우에 상기 저항소자에서 발생하는 열에 의해 용단되되,
    상기 저항소자는 상기 퓨저블엘리먼트를 기준으로 양쪽에 2개가 병렬로 연결되는 제1, 2저항소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 2저항소자는 동일한 저항값을 가지는 것을 특징으로 하는 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 2저항소자는 서로 다른 저항값을 가지는 것을 특징으로 하는 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1, 2저항소자는 서로 동일한 크기 또는 다른 크기로 형성하여, 보호회로의 설계시 자유도를 높일 수 있는 것을 특징으로 하는 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1, 2단자 사이에는 상기 제1, 2저항소자와 접속되는 제1, 2연결단자가 위치하고,
    상기 제1, 2연결단자의 상면에는 절연층 및 도전층이 순차적으로 적층되며, 상기 도전층 상면에는 각각의 상기 제1, 2저항소자 및 퓨저블엘리먼트가 병설되고,
    상기 퓨저블엘리먼트는 상기 저항소자의 복사열 및 상기 도전층을 통한 전도열에 의해 용단되는 것을 특징으로 하는 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 도전층의 일단부는 제3단자와 접속되고, 타단부는 제4단자와 접속이 차단되도록 구성하며,
    상기 스위칭소자가 턴온되는 경우 상기 메인회로에서 흐르는 전류는 상기 퓨저블엘리먼트, 도전층, 제3단자를 거쳐 상기 제1저항소자와 제2저항소자로 분배되고, 상기 제4단자에서 병합되어 흐르는 것을 특징으로 하는 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 저항소자는 세라믹 소재로 이루어지는 세라믹 소체와, 상기 세라믹 소체의 양단에 형성되는 단자부와, 상기 세라믹 소체의 외주면에 형성되는 저항층을 포함하는 것을 특징으로 하는 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭소자는 트랜지스터와, 기준전압보다 낮은 전압 또는 높은 전압이 인가되는 경우에 상기 트랜지스터를 턴온(Turn-on)시키는 제어신호를 인가하여 상기 저항소자로 전류가 흐르도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 저항소자는 외면을 둘러싸는 단열커버를 구비하되, 상기 단열커버는 상기 퓨저블엘리먼트 방향으로만 개방되어 상기 저항소자에서 발생되는 열이 상기 퓨저블엘리먼트로 집중되는 것을 특징으로 하는 비정상상태의 전류 및 전압을 차단하는 복합보호소자.
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