KR20160060636A - 보호 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 돌입 전류값이 크고, 변동이 있는 경우에도, 확실하게 전자·전기 기기를 보호할 수 있으며, 또한, 복귀성을 갖는 보호 디바이스를 제공한다. 본 발명의 보호 디바이스는 PTC 소자, 저항 소자, 및 제1 단자 및 제2 단자를 포함해서 이루어지고, 제1 단자, PTC 소자, 저항 소자 및 제2 단자가, 이 순서로 전기적으로 직렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는, 보호 디바이스.

Description

보호 디바이스{PROTECTION DEVICE}

본 발명은, PTC 소자 및 저항 소자를 갖고 이루어지는 보호 디바이스에 관한 것이다.

전자·전기 기기에 있어서, 전원을 투입한 직후에 흐를 수 있는 과도한 과전류(이하, 「돌입 전류」라고도 함) 및 어떠한 이상, 예를 들어 단락에 의해 발생하는 연속적인 과전류(이하, 간단히 「과전류」라고도 함)와 같은 여러 가지 이상하게 큰 전류, 즉 이상 전류로부터, 전기 요소 또는 회로를 보호하기 위해서, 여러 가지 보호 디바이스 또는 보호 회로가 사용되고 있다.

이러한 보호 디바이스로서, 특허문헌 1에는, 온도 퓨즈 딸린 저항 디바이스가 개시되어 있다. 이 온도 퓨즈 딸린 저항 디바이스에서는, 저항 소자와 온도 퓨즈 소자가 전기적으로 직렬로 접속되어 있고, 돌입 전류 또는 과전류가 온도 퓨즈 딸린 저항 소자를 흐르는 경우, 저항 소자에서 줄 열이 발생하고, 이 열에 의해 온도 퓨즈 소자가 용단하며, 돌입 전류 또는 과전류가 차단되어, 전자·전기 기기가 보호되도록 구성되어 있다.

일본 특허 공개 제2004-241665호 공보

최근, 특히 가전 등의 전기 기기는, AC 전원용 평활 콘덴서의 용량을 증대시켜서 리플 함유율을 작게 하는 경향이 있다. 리플 함유율을 작게 하는 것은, 평활 콘덴서의 구조상, 유전체의 온도 상승을 억제한다. 또한, 리플 전류/전압의 거동은, 평활 콘덴서에 대한 충방전이라고 간주할 수 있고, 리플 함유율을 작게 하는 것은, 평활 콘덴서의 수명 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 전기 기기에 사용하는 회로도 복잡해지고 있다. 이에 따라, 발생할 수 있는 돌입 전류도 증대하고, 돌입 전류의 전류값의 변동도 커지고 있다. 이렇게 돌입 전류가 증대하고, 돌입 전류값의 변동이 커지면, 특허문헌 1의 기재와 같은 종래의 보호 소자에서는, 저항 소자의 발열에 의한 온도 퓨즈 소자의 용단이 빈번히 발생하고, 그 때마다 디바이스의 교환이 필요하게 되며, 수리의 번거로움이 있음과 함께, 사용 불가능 기간이 길어진다는 문제가 발생한다. 또한, 이러한 온도 퓨즈 딸린 저항 디바이스는, 통상 그것이 설치된 기판 전체를 교환할 필요가 있으므로, 비용면에서 부담도 크다.

상기와 같은 온도 퓨즈 딸린 저항 디바이스의 빈번한 교환을 방지하기 위해, 온도 퓨즈 소자의 동작 온도, 즉 온도 퓨즈 엘리먼트를 구성하는 재료의 융점을 높게 하는 것을 고려할 수 있다. 그러나, 온도 퓨즈 소자의 동작 온도를 높게 하면, 평활 콘덴서가 단락했을 때에 온도 퓨즈가 용단할 때까지의 시간이 길어지고, 과전류 때문에 기기가 손상될 우려가 있다. 또한, 온도 퓨즈 소자의 동작 온도는, 온도 퓨즈 엘리먼트를 구성하는 재료의 융점에 의해 결정되므로, 동작 온도로서 설정 가능한 온도가 한정되어 있고, 정밀한 온도 조정이 곤란하다는 문제도 있다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 돌입 전류값이 크고, 그 크기에 변동이 있는 경우에도, 보다 확실하게 전자·전기 기기를 보호할 수 있으며, 또한, 복귀성을 갖는 보호 디바이스를 제공하는 것이다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하도록 예의 검토한 결과, PTC(positive temperature coefficient) 소자 및 저항 소자를 조합함으로써, 상기 과제를 해결할 수 있음을 알아내어 본 발명에 이르렀다.

본 발명의 제1 요지에 의하면,

PTC 소자,

저항 소자, 및

제1 단자 및 제2 단자

를 포함해서 이루어지는 보호 디바이스이며, 제1 단자, PTC 소자, 저항 소자 및 제2 단자가, 이 순서로 전기적으로 직렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는, 보호 디바이스가 제공된다.

본 발명의 제2 요지에 의하면, 상기 보호 디바이스를 포함하는 보호 회로가 제공된다.

본 발명의 제3 요지에 의하면, 상기 보호 디바이스 또는 보호 회로를 포함하는 전기 장치가 제공된다.

PTC 소자 및 저항 소자를 조합해서 사용하고, 이들을 서로 전기적으로 직렬로 접속함으로써, 돌입 전류 및 과전류를 보다 확실하게 차단할 수 있으며, 또한, 복귀성을 갖는 보호 디바이스를 제공할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 보호 디바이스의 1개의 형태의 배선도를 모식적으로 도시한다(PTC 소자 및 저항 소자는 간단화를 위하여 도면 기호로 나타낸다).

본 발명의 보호 디바이스는, 제1 단자, PTC 소자, 저항 소자 및 제2 단자가, 이 순서로 전기적으로 직렬로 접속되어 있고, 돌입 전류 또는 이상 전류가 보호 디바이스를 흐르는 경우에는, 저항 소자에서 전류의 흐름을 억제함과 함께, PTC 소자가 트립(즉, 동작)해서 고저항이 되고, 그 후 실질적으로 전류를 차단한다(단, 누설 전류로서 미소 전류는 흐를 수 있다). 예를 들어, 돌입 전류는, 주로 전자 기기 또는 전자 회로에 있어서의 용량(부유 용량도 포함)에 기인해서 발생하므로, 이들 용량에 전하가 축적됨과 함께 감쇠한다. 돌입 전류가 감쇠하면, 보호 디바이스를 흐르는 전류가 감소하고, PTC 소자의 트립 상태가 해제되어, 전자 기기 또는 전자 회로를 정상 전류가 흐르게 된다. 또한, 예를 들어 과전류가 흐르는 경우, 그 원인이 제거될 때까지 PTC 소자는 계속해서 트립해서 회로를 보호하지만, 과전류의 원인이 제거되면, PTC 소자의 트립 상태가 해제되어, 다시 통전이 가능해진다. 즉, 본 발명의 보호 디바이스는, 돌입 전류 및 이상 전류에 대한 보호를 제공하면서도, 복귀성을 갖는다.

또한, 본 발명의 보호 디바이스는, PTC 소자를 사용하고 있으므로, 이상 발열에 대하여도 적절한 보호를 제공할 수 있다. 여기서, 「이상 발열」이란, 회로·기기 또는 그 주변에서 상정되어 있지 않은 발열이 발생하고, 보호 디바이스의 주위 온도가 이상 고온에 달하는 것을 의미한다. 「주위 온도」란, 어떤 소자, 예를 들어, 이 경우 보호 디바이스를 둘러싸는 분위기의 온도 또는 보호 디바이스에 접하는 다른 부재의 온도를 의미한다. 「이상 고온」이란, 특정한 온도를 의미하는 것이 아니고, 용도, 보호해야 할 회로·기기 등에 따라 적절히 결정되는 것이며, 예를 들어 기기의 통상 동작 시에 허용되는 온도 범위보다 소정의 수치만큼 높은 온도, 사용되는 부품의 정격 온도를 소정의 수치만큼 초과하는 온도 등을 의미한다.

본 발명의 보호 디바이스에 사용되는 PTC 소자는 특별히 한정되지 않고, 세라믹 PTC 소자 또는 중합체 PTC 소자 중 어느 것을 사용해도 된다. 중합체 PTC 소자는, 세라믹 PTC 소자와 비교하여 일정 이상의 온도가 되어도 자기 파괴가 발생하기 어렵고, 또한 세라믹 PTC 소자는 인덕턴스 성분을 갖고 부유 용량이 크므로 돌입 전류가 커지는 점에서, 중합체 PTC 소자를 사용함이 바람직하다.

일반적으로, 상기 중합체 PTC 소자는, 도전성 충전제(예를 들어, 카본 블랙, 니켈 합금 등)가 분산되어 있는 중합체(예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드 등)를 포함해서 이루어지는 도전성 조성물을 압출함으로써 얻어지는 층상의 PTC 요소 및 그 양측에 배치된 전극(예를 들어, 금속박)을 갖고 이루어진다.

상기 PTC 소자의 유지 전류는 특별히 한정되지 않고, 상정되는 돌입 전류의 크기에 따라 적절히 선택할 수 있다. PTC 소자의 유지 전류는, 유지 전류가 지나치게 작으면 정상 전류에 대하여도 동작해버리고, 지나치게 크면 돌입 전류가 유입된 경우에도 동작하지 않으므로, 예를 들어 0.1 내지 5A, 바람직하게는 0.1 내지2A, 보다 바람직하게는 0.1 내지 0.55A의 범위에 있다. 또한, 본 명세서에 있어서, 「유지 전류」란, PTC 소자가, 실온(구체적으로는, 25℃)에서, 동작하지 않고 흐르게 할 수 있는 최대 전류를 의미한다. 「정상 전류」란, 전자 기기 또는 전자 회로에 흐르는 전류값이 거의 일정해진 상태의 전류이며, 즉, 이상 없이 전자 기기 또는 전자 회로가 동작하고 있을 때에, 그곳을 흐르는 전류를 의미한다.

상기 PTC 소자의 내전압은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 일반적인 가정용 전원의 교류 전압 이상이면 되고, 구체적으로는 100Vac 이상, 바람직하게는 140Vac 이상, 보다 바람직하게는 240Vac 이상, 또한 보다 바람직하게는 300Vac 이상이다. 또한, 사용하는 변압기에 따라, PTC 소자의 내전압은, 예를 들어 500Vac 이상, 특히 530Vac 이상으로 함이 바람직하다. 또한, 본 명세서에 있어서, 「내전압」이란, PTC 소자가 정상적으로 동작할 수 있는 전압의 최댓값을 의미한다. 구체적으로는, 이하와 같이 구해진다. PTC 소자에 전압을 인가하면, PTC 소자는 그 전압에 따라 자기 발열하고, PTC 소자 자체의 저항값이 결정된다. 내전압이란, PTC 소자에 전압을 인가한 경우에, 이 전압에 대응하는 PTC 소자의 저항값이, PTC 소자의 기준 저항값(즉, 25℃에서의 저항값)의 1000배의 70％가 되는 전압을 의미한다.

PTC 소자의 실온(구체적으로는, 25℃)에서의 저항값은, 특별히 한정되지 않고 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 중합체 PTC 소자가 265V 인가로 트립한 상태를 유지하도록, 중합체 PTC 소자의 저항값을 0.05Ω 이상으로 할 수 있다. 또한, 중합체 PTC 소자에 265V 인가에서의 트립 상태일 때의 누설 전류를0.03A 이하로 하기 위해서, 중합체 PTC 소자의 저항값을 0.45Ω 이상으로 할 수 있다. 또한, 중합체 PTC 소자의 저항값을 65Ω 이하로 함으로써, 그 제조 시에, 저항값의 변동을 작게 함이 용이해진다. 바람직하게는, 중합체 PTC 소자의 실온에서의 저항값은 0.05 내지 65Ω이며, 0.30 내지 10Ω인 것이 보다 바람직하고, 0.45 내지 2.4Ω인 것이 또한 보다 바람직하다.

또한, 본 명세서에 있어서, 중합체 PTC 소자의 저항값이란, 중합체를 포함해서 이루어지는 도전성 조성물을 압출해서 얻어지는 PTC 요소의 양측에 전극(바람직하게는 니켈 박)을 압착해서 얻어지는 중합체 PTC 소자의 양쪽 전극 간에 25℃에서6.5mV(직류)의 전압을 인가한 상태에서 측정되는 전류값 및 인가 전압으로부터 산출되는 저항값(4단자법에 의한 측정, 저항 측정기의 측정 레인지의 인가 전류:100mA)을 의미한다. 또한, 전극의 저항값은 PTC 요소의 저항값과 비교한 경우, 무시할 수 있을 정도로 작으므로, PTC 소자의 저항값은 PTC 요소의 저항값과 실질적으로 동등하다.

본 발명의 보호 디바이스에 사용되는 저항 소자는 특별히 한정되지 않고, 일반적인 저항 소자를 사용할 수 있으며, 예를 들어 권선 저항, 시멘트 저항, 칩 저항, 탄소 피막 저항, 금속 피막 저항, 산화 금속 피막 저항 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 돌입 전류 및 과전류를 더 효과적으로 억제할 수 있는 점에서, 권선 저항 또는 시멘트 저항을 사용함이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 저항 소자는, 보호해야 할 회로에 흐르는 돌입 전류 및 과전류의 흐름을 억제한다. 또한, PTC 소자가 트립 후 복귀하고, PTC 소자의 저항값이 트립 전과 변화한 경우에, 그 저항 변화가, 보호해야 할 회로에 흐르는 전류에 미치는 영향을 완화하는 기능도 있다. 예를 들어, 가령 저항 소자가 없을 경우, 트립 전과 복귀 후에 PTC 소자의 저항값이 2배가 된 경우, 회로에 흐르는 전류는 트립 전의 50％로 감소한다. 한편, 예를 들어 PTC 소자의 저항값 10배의 저항값을 갖는 저항 소자를 설치함으로써, PTC 소자의 저항값이 4배가 되는 경우에도, 회로에 흐르는 전류는 트립 전의 약 80％를 유지할 수 있다.

상기 저항 소자의 저항값은, 예를 들어 PTC 소자의 실온(구체적으로는, 25℃)에서의 저항값의, 적어도 10배, 예를 들어 10 내지 50배, 바람직하게는 30 내지 50배일 수 있다. 저항 소자의 저항값을 PTC 소자의 저항값의 10배 이상으로 함으로써, PTC 소자의 저항값 변화가 회로에 흐르는 전류에 미치는 영향을 작게 할 수 있다. 한편, 저항 소자의 저항값을 PTC 소자의 저항값의 50배 이하로 함으로써, 저항 소자에 의한 전력의 소비를 작게 할 수 있다

상기 저항 소자의 저항값은 특별히 한정되지 않지만, 구체적으로는, 1 내지 650Ω, 바람직하게는 1.5 내지 500Ω, 보다 바람직하게는 2 내지 50Ω일 수 있다.

본 발명의 보호 디바이스에 있어서, 바람직하게는 PTC 소자는, 저항 소자에서 발생하는 줄 열의 영향 하(이하, 「열 영향 하」라고도 함)에 있어도 된다. PCT 소자가 저항 소자의 열 영향 하에 있다는 것은, 돌입 전류 또는 과전류가 발생했을 때, 저항 소자에서 발생한 줄 열에 의해, PTC 소자가 트립하는 환경을 의미한다. PTC 소자를 저항 소자의 열 영향 하에 배치함으로써, PTC 소자의 온도가 높아지기 때문에 유지 전류가 줄어든다. 그 결과, 보다 확실하고 보다 빠르게 돌입 전류 및 과전류를 차단할 수 있다.

본 발명의 보호 디바이스는, 각각 PTC 소자 및 저항 소자에 전기적으로 접속된 제1 및 제2 단자를 갖는다. 이들 단자는, 본 발명의 보호 디바이스를 다른 전자 요소에 접속하기 위한 기능을 제공한다.

본 발명의 보호 디바이스에 있어서, 각 요소(PTC 소자, 저항 소자, 제1 단자 및 제2 단자)는 직접 접속되어 있어도 되고, 또는 리드를 통해서 접속되어 있어도 된다. 이와 같은 접속은, 공지의 수단, 예를 들어 땜납, 용접 등을 사용해서 행할 수 있다.

본 발명의 보호 디바이스는, 외장(즉, 하우징 또는 케이싱)을 갖고 있어도 된다. 외장은, PTC 소자 및 저항 소자를 보호하는 기능을 갖고, 또한 보호 디바이스의 취급을 용이하게 한다. 예를 들어, 본 발명의 보호 디바이스에 있어서, PTC 소자 및 저항 소자, 및 제1 단자 및 제2 단자의 일부가 외장에 의해 덮여 있고, 제1 단자 및 제2 단자의 나머지 부분이 외장으로부터 돌출되어 있다. 외장은, 특별히 한정되지 않고, 일반적으로 사용되는 것, 예를 들어 수지제 케이싱 등이어도 된다.

도 1에, 본 발명의 보호 디바이스(1)의 일 형태의 배선도를 모식적으로 도시한다(PTC 소자 및 저항 소자는 간단히 하기 위하여 도면 기호로 나타냄). 이 형태에 있어서, 각 요소(PTC 소자(2), 저항 소자(4), 제1 단자(6) 및 제2 단자(8))는, 리드(12)를 통해서 접속되어 있다. PTC 소자(2) 및 저항 소자(4)는, 리드(12)를 통하여, 전기적으로 직렬로 접속됨과 함께, PTC 소자가 저항 소자의 열 영향 하에 있도록 서로 근접해서 배치되어 있다. 이 PTC 소자(2) 및 저항 소자(4)에 각각 제1 단자(6) 및 제2 단자(8)가, 리드(12)를 통하여 전기적으로 직렬로 접속되어 있다. 도시한 바와 같이, 제1 단자(6) 및 제2 단자(8)의 일부 이외는, 케이싱(10)의 내부에 위치하고, 제1 단자(6) 및 제2 단자(8)의 일부는, 케이싱(10)의 하나의 면으로부터 돌출되어 있다. 이 제1 단자(6) 및 제2 단자(8)의 일부에 의해 본 발명의 보호 디바이스는 다른 전기 요소에 접속된다.

본 발명의 보호 디바이스는 도시하는 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 1에서는 제1 단자 및 제2 단자가 케이싱의 같은 면으로부터 돌출되어 있지만, 각각이 케이싱의 다른 면, 예를 들어 대향하는 면으로부터 돌출되어도 된다. 또한, 케이싱의 내부를, 열 전도율이 높은 수지, 예를 들어 실리콘 수지 등으로 채우고, PTC 소자가 저항 소자의 열 영향을 받기 쉽게 해도 된다. 기타, 본 발명의 보호 디바이스는, 그 기능을 상실하지 않는 범위에서 다양한 개변이 가능하다.

산업상의 이용 가능성

본 발명의 보호 디바이스는, 여러 전자·전기 기기의 돌입 전류 제한 소자로서 사용할 수 있다.

1: 보호 디바이스
2: PTC 소자
4: 저항 소자
6: 제1 단자
8: 제2 단자
10: 케이싱
12: 리드

Claims (10)

1. PTC 소자,
   저항 소자, 및
   제1 단자 및 제2 단자
   를 포함해서 이루어지는 보호 디바이스이며, 제1 단자, PTC 소자, 저항 소자 및 제2 단자가, 이 순서로 전기적으로 직렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는, 보호 디바이스.
2. 제1항에 있어서, 저항 소자의 저항값이, 실온에서의 PTC 소자의 저항값의 10배 이상인 것을 특징으로 하는, 보호 디바이스.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 저항 소자의 저항값이 1 내지 650Ω인 것을 특징으로 하는, 보호 디바이스.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 저항 소자가 권선 저항 또는 시멘트 저항인 것을 특징으로 하는, 보호 디바이스.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, PTC 소자의 유지 전류가 0.1 내지 5A인 것을 특징으로 하는, 보호 디바이스.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, PTC 소자의 내전압이 100Vac 이상인 것을 특징으로 하는, 보호 디바이스.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, PTC 소자가 중합체 PTC 소자인 것을 특징으로 하는, 보호 디바이스.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, PTC 소자가 저항 소자의 열 영향 하에 있는 것을 특징으로 하는, 보호 디바이스.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 보호 디바이스를 포함하는, 보호 회로.
10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 보호 디바이스 또는 제9항에 기재된 보호 회로를 갖고 이루어지는 전기 장치.

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