TW201421520A - 阻止電流及電壓異常狀態的複合保護裝置 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種阻止電流及電壓異常狀態的複合保護裝置。本發明之複合保護裝置的電阻元件係以一種構造(結構)的方式形成，因此，電阻元件具有較佳的耐用性，且適用於自動化表面安裝技術，且當熔化元件被熔斷時，可充分確保絕緣距離。

Description

阻止電流及電壓異常狀態的複合保護裝置

本發明關於一種阻止電流及電壓異常狀態的複合保護裝置，且特別有關於一種阻止電流及電壓異常狀態的複合保護裝置，其中電阻元件係以一種構造(結構)的方式形成，因此，電阻元件具有較佳的耐用性，且適用於自動化表面安裝技術，且當熔化元件被熔斷時，可充分確保絕緣距離。

單向(non-return)保護裝置的工作原理是偵測設備過熱，設備過熱是因過電流或溫度異常上升所導致，將電路限制在既定的操作溫度以確保設備安全性。舉例來說，有一種保護裝置，其藉由偵測設備異常狀態的電流訊號來加熱電阻，並藉由所產生的熱來操作保險絲單元。在包括保護裝置的鋰離子二次電池之中，其中包括位於陶瓷基板上並在異常狀態產生熱量的電阻並使用膜電阻，保護裝置可以防止性能退化或因過充電模式下的電極的表面上形成的枝晶點火，或可以防止電池在充電模式被充電到超過一個預定的電壓。

韓國申請專利10-2001-0006916揭露一種保護裝置，包括：低熔點金屬體電極與基板上的加熱元件；低熔點金 屬體直接形成在低熔點金屬體電極和加熱元件上；內部密封件，其由固體助熔劑構成並形成於低熔點金屬之上，避免低熔點金屬體表面氧化；以及外部密封件或蓋體，其形成內部密封件外側，避免低熔點金屬體熔斷時，熔融材料洩漏到保護元件的外部。

第13A圖和第13B圖是習知的保護裝置的俯視圖和剖視圖，包括電阻(加熱元件)上的一個熔化元件(熔點低的金屬體)。第14圖是一張照片，顯示當過電壓施加到習知的保護裝置，熔化元件被熔斷的狀態。

參考第13A圖和第13B圖，習知的保護裝置包括陶瓷基板1，形成在陶瓷基板1上的糊型電阻2，一個絕緣器3，保險絲端子4，熔化元件5，依序堆疊在電阻2上的外殼6。保險絲端子4包括連接至電阻端子8的連接部4a。

當電流流經電阻2，電阻2產生的熱量通過連接保險絲端子4的電阻端子8消散。換言之，電阻2產生的熱量無法均勻地施加到熔化元件5，使得保險絲端子的連接部4a附近得到的熱相對較少。

因此，如第14圖所示，當熔化元件5熔斷時，熔化元件對側的熔化表面是不均勻的，因此連接部4a周圍區域的絕緣距離是非常小的，這會導致絕緣穩定性較低。

此外，習知的保護裝置的電阻2，其電阻塗料是由無機粘合劑或有機粘合劑形成的塗層形成，從而降低了耐久性，並沒有表現出足夠使用在高電壓的時間滯後特性。

因此，鑑於上述問題，本發明提供一種阻止電流及電壓異常狀態的複合保護裝置，其中電阻元件係以一種構造(結構)的方式形成，因此，電阻元件具有較佳的耐用性，且適用於自動化表面安裝技術。

本發明亦提供一種阻止電流及電壓異常狀態的複合保護裝置，其中複數電阻元件在熔化元件對側彼此互相串聯連接，當熔化元件被熔斷時，可充分確保絕緣距離。

本發明亦提供一種阻止電流及電壓異常狀態的複合保護裝置，其中電阻元件和和熔化元件彼此間隔開來，避免電阻在參考電壓通過時被熔斷。

根據本發明，本發明提供一種阻止電流及電壓異常狀態的複合保護裝置，複合保護裝置包括熔化元件，熔化元件連接至第一端子與第二端子，第一端子與第二端子形成於主電路上，當過電流施加於主電路時，熔化元件被熔斷；電阻元件，電阻元件連接至複數電阻端子，電阻元件連接至熔化元件；以及切換裝置，當施加超過參考電壓之電壓至主電路時，切換裝置控制電流流向電阻端子，其中第一端子與第二端子以及電阻端子在同一平面上彼此隔開地平行配置，且當施加超過參考電壓之電壓時，熔化元件被電阻元件產生的熱熔斷。

電阻元件包括串聯連接之複數電阻元件。

電阻元件包括分設於熔化元件對側且彼此串聯連接之第一電阻元件與第二電阻元件。

第一端子和第二端子被設置在其間之連接端子連接到第一電阻元件和第二電阻元件；絕緣層和導電層依序堆疊 在連接端子上，且第一電阻元件和第二電阻元件與熔化元件平行設置在導電層上；以及熔化元件被第一電阻元件和第二電阻元件散發的輻射熱所熔斷且透過導電層傳導轉移的熱。

第一電阻元件和第二電阻元件分別連接至第三端子和第四端子；導電層具有第一端和第二端，第一端連接至第三端子，第二端與第四端子絕緣；以及當切換裝置導通時，主電路中的電流依序流經：熔化元件、導電層、第三端子、第一電阻元件、連接端子、第二電阻元件，以及第四端子。

電阻元件包括由陶瓷材料構成之電阻體、形成在電阻體兩端之端子部，以及形成在電阻體外表面周圍之電阻層。

熔化元件具有環狀外形。

切換裝置包括電晶體和控制單元，當所施加電壓超過參考電壓時，控制單元施加控制訊號開啟電晶體，控制電流流向電阻元件。

電阻元件包括絕緣罩，除了每一個電阻元件朝向熔化元件的外表面之外，絕緣罩形成在每一個電阻元件的外表面上，使得電阻元件產生的熱量被集中在熔化元件。

1‧‧‧陶瓷基板

2‧‧‧電阻

3‧‧‧絕緣器

4‧‧‧保險絲端子

5‧‧‧熔化元件

6‧‧‧外殼

4a‧‧‧連接部

8‧‧‧電阻端子

10‧‧‧熔化元件

11‧‧‧前端區域

13‧‧‧後端區域

20、20a‧‧‧電阻元件

21‧‧‧電阻體

22‧‧‧電阻層

23‧‧‧端子部

24‧‧‧鍍層

30‧‧‧切換裝置

31‧‧‧電晶體

32‧‧‧二極體

33‧‧‧控制單元

41‧‧‧絕緣層

42‧‧‧導電層

50、50a、55、55a‧‧‧端子

40‧‧‧連接端子

60a、60b、60c、60d‧‧‧電阻端子

25‧‧‧絕緣罩

本發明之實施例現在將參照所附示意圖式來更詳細敘述，其中：第1圖是本發明第一實施例，用於說明阻止電流和電壓異常狀態之複合保護裝置的電路圖；第2圖是本發明第一實施例複合保護裝置的平面圖； 第3A圖和第3B圖是本發明第一實施例複合保護裝置的透視圖和展開圖；第4圖是本發明複合保護裝置的電阻元件的剖視圖；第5A圖和第5B圖是一個電路圖和平面圖，其中顯示過電流提供到主電路時，熔化元件被熔斷的情況；第5C圖是一張照片，其中顯示供應過電流使得熔化元件被熔斷的情況；第6A圖和第6B圖是一個電路圖和平面圖，其中顯示熔化元件被熔斷；第6C圖是一張照片，其中顯示過電流施加到熔化元件時，熔化元件被熔斷的情況；第7圖是本發明的第一實施例複合保護裝置的剖視圖；第8圖是本發明第二實施例阻止電流和電壓的異常狀態之複合保護裝置的俯視圖；第9圖本發明第二實施例複合保護裝置的剖視圖；第10圖是本發明第三實施例阻止電流和電壓的異常狀態的複合保護裝置的剖視圖；第11圖是本發明第四實施例阻止電流和電壓的異常狀態的複合保護裝置的平面圖；第12A圖和第12B圖是本發明第四實施例複合保護裝置的立體圖和分解透視圖；第13A圖和第13B圖是習知的保護裝置的俯視圖和剖視圖，包括電阻(加熱元件)上的一個熔化元件(熔點低的金屬體)；以及 第14圖是一張照片，顯示當過電壓施加到習知的保護裝置，熔化元件被熔斷的狀態。

文後，將參照附圖對本發明進行說明。

當相關技術之詳細描述可能會不必要地模糊本發明的主題事項時，其描述將被省略。此外，下列考慮本發明功能所定義之術語，可能會因為使用者目的或判決先例而改變。因此，每個術語之含義應基於本說明書全部公開內容加以解釋。

第1圖是本發明第一實施例，用於說明阻止電流和電壓異常狀態之複合保護裝置的電路圖。

參考第1圖，阻止電流和電壓異常狀態之複合保護裝置(文後稱複合保護裝置)藉由連接至主電路之熔化元件10保護連接至主電路異常狀態之裝置。

適合用於在複合保護裝置的主電路類型沒有特別的限制，例如，其可以是用來對可攜式二次電池充電的電路。因此，可攜式二次電池充電電路之複合保護裝置的實施例將作詳細說明如下。

複合保護裝置包括熔化元件10、電源，以及連接至主電路其他元件之充電器。保護電路係並聯連接於電源和充電器的端點之間，並判斷施加的電壓是否超過參考電壓，以保護充電器。具體來說，保護電路包括複數電阻元件20，電阻元件20串聯連接於熔化元件10；以及切換裝置30，切換裝置30連接於電阻元件20。

切換裝置30包括二極體32、電晶體31以及控制單元33，當所施加電壓超過或低於參考電壓時，控制單元33施加控制訊號開啟電晶體31，控制電流流向電阻元件20，惟本發明並非以此為限。

第2圖是本發明第一實施例複合保護裝置的平面圖。第3A圖和第3B圖是本發明第一實施例複合保護裝置的透視圖和展開圖。

參考第2圖和第3B圖，複合保護裝置主要包括熔化元件10，電阻元件20(即，第一電阻元件20和第二電阻元件20a)，和切換裝置30。

熔化元件10連接到第一和第二端子50和50a，第一和第二端子50和50a形成在主電路，當過電流施加於主電路時，熔化元件10會熔斷以保護充電器。

熔化元件10可由熔點為120~220℃之低熔點金屬或合金構成。

連接端子40連接到第一和第二電阻元件20和20a，連接端子設置在第一和第二端子50和50a之間。電連接的連接端子40的兩端分別電性連接於電阻端子60a和60c。

絕緣層41和導電層42依序堆疊在連接端子40上，且第一和第二電阻元件20和20a與熔化元件10平行設置在導電層42上。

絕緣層41將連接端子40與導電層42電性絕緣。

導電層42不僅讓熔化元件10和第一和第二電阻元件20和20a彼此電性連接，而且讓第一和第二電阻元件20 和20a產生的熱傳遞到熔化元件10。藉由在絕緣層41上塗覆銀(Ag)糊劑或類似的材料可以形成導電層42。

導電層42具有第一端和第二端，第一端連接於第三端子55，第二端與第四端子55a絕緣，第一和第二電阻元件20和20a藉此彼此串聯連接。

第一和第二端子50和50a在同一平面上彼此隔開地平行配置，電阻端子60a和60c與電阻端子60b和60d在同一平面上彼此隔開地平行配置。因此，形成在導電層42上的第一和第二電阻元件20和20a可以被佈置在彼此隔開的平行的熔化元件10的相對兩側。

另一方面，當過電壓被施加到主電路時，因此，切換裝置30導通，主電路中的電流依次流至熔化元件10、導電層42、第三端子55、第一電阻元件20、連接端子40、第二電阻元件20a，以及第四端子55a。

第4圖是本發明第一實施例複合保護裝置的電阻元件20的剖視圖。如第4圖所示，電阻元件20可包括由陶瓷材料製成的電阻體21，端子部23形成在電阻體21的兩端，形成在電阻體21上的電阻層22，以及保護電阻層22的鍍層24。然而，本發明的實施例不限於上述例子。換言之，電阻元件的例子包括：外表面上有線圈纏繞之電阻體的電阻元件、具有螺旋溝槽的電阻元件、MELF型電阻元件、晶片式電阻元件，以及類似電阻元件。

如上所述，相較於在熔化元件10塗上糊劑所形成之習知電阻元件，複合保護裝置的電阻元件20能以一種構造 (結構)的方式形成，因而具有較佳耐用性。因此，可以避免電阻元件20在熔化元件10熔斷之前先被熔斷，因此，充電器可被穩定保護。

此外，電阻元件20與熔化元件10可以分開配置，因此使用表面接著技術(surface mounting technology)時是有利的。

第5A圖和第5B圖是一個電路圖和平面圖，其中顯示過電流提供到主電路時，熔化元件10被熔斷的情況。第5C圖是一張照片，其中顯示供應過電流使得熔化元件被熔斷的情況。

參考第5A圖至第5C圖，當突然湧入主電路之突波電流施加到熔化元件時，熔化元件10被其所產生的熱熔斷。

藉此，熔化元件10在其前端區域11被熔斷且主電路被短路，因此可以避免充電器損壞或爆炸。當突然湧入主電路之突波電流施加到熔化元件時，熔化元件10被其所產生的熱熔斷。

第6A圖和第6B圖是一個電路圖和平面圖，其中顯示熔化元件10被熔斷。第6C圖是一張照片，其中顯示過電流施加到熔化元件時，熔化元件10被熔斷的情況。

參考第6A圖至第6C圖，如上所述，當電壓高於參考電壓時，例如，過電壓施加到主電路，切換裝置允許的電流流入第一和第二電阻元件20和20a(參考第1圖)。藉此，熔化元件10在其前端區域11和後端區域13被過電流施加到第一和第二電阻元件20和20a產生的熱熔斷時，從而保護充 電器。

如上所述，複合保護裝置可保護處於異常狀態(即，當施加過電壓或過電流時)下的充電器。

具體而言，參考第5C圖和第6C圖，可以確定的是，和習知的保護裝置(參見第15A圖和第15B圖)相比，複合保護裝置可以確保熔化元件10具有足夠的熔斷距離。

第7圖是本發明的第一實施例複合保護裝置的剖視圖。

參考第7圖，複合保護裝置包括平行配置在熔化元件10對側的第一和第二電阻元件20和20a。因此，當高於參考電壓的電壓施加到主電路時，熔化元件10被第一和第二電阻元件20和20a散發的輻射熱所熔斷且透過導電層42傳導轉移的熱。

由於第一和第二電阻元件20和20a被設置在熔化元件10的對側，所以當熔化元件10被熔斷時，可充分確保絕緣距離(參照第6C圖)。

複合保護裝置的第一和第二電阻元件20和20a之間有熔化元件10以預定的間隔隔開。因此，當低於參考電壓的電壓被施加到主電路時，即使電流被暫時施加第一和第二電阻元件20和20a，由於第一和第二電阻元件20和20a與熔化元件10之間彼此間隔，所以可以確保預定的熔斷時間。

第8圖是本發明第二實施例用於阻止電流和電壓的異常狀態之複合保護裝置的俯視圖。第9圖本發明第二實施例複合保護裝置的剖視圖。

參考第8圖和第9圖，熔化元件10a是具有一個空心中央區域的環形，其外形與第2圖平板型的熔化元件10有所不同。

藉由配置環形的熔化元件10a，熔斷時間可以自由地控制。

此外，熔化元件10a的熔斷部(blown-out portion)比平板型的熔化元件10具有更窄的寬度，因此當熔化元件10a被熔斷時，絕緣距離增加，從而充電器爆炸的風險會顯著降低。

第10圖是本發明第三實施例用於阻止電流和電壓的異常狀態的複合保護裝置的剖視圖。

參考第10圖，複合保護裝置包括絕緣罩25，絕緣罩25設置在每一個第一和第二電阻元件20和20a的外表面。

絕緣罩25提供的方向性，使得第一和第二電阻元件20和20a產生的熱量被集中在熔化元件10。

換言之，除了每一個電阻元件朝向熔化元件10的外表面之外，絕緣罩25形成在每一個電阻元件的外表面上。

如上所述，通過各電阻元件的外表面部分上形成的絕緣罩25，熔斷時間可以縮短，並且可以防止熱傳遞到相鄰的設備。

第11圖是本發明第四實施例用於阻止電流和電壓的異常狀態的複合保護裝置的俯視圖。第12A圖和第12B圖是本發明第四實施例複合保護裝置的立體圖和分解透視圖。

參考第11圖至第12B圖，複合保護裝置包括熔化元件10、電阻元件20以及切換裝置30。熔化元件10連接到 第一和第二端子50和50a，其中第一和第二端子50和50a形成在主電路上，且當過電流施加到主電路時，熔化元件10被熔斷。電阻元件20連接至一對電阻端子60，電阻端子60形成在保護電路上，保護電路連接至熔化元件10。切換裝置30連接至保護電路，當施加參考電壓時，切換裝置30控制電流流向第一和第二端子50和50a，當施加超過參考電壓的電壓時，切換裝置30控制電流流向電阻端子60。不同於第1圖至第3B圖所述之的第一實施例，在第一實施例中，兩個電阻元件互相串聯連接，在本實施例中，只有單一個電阻元件。因為電阻元件20係獨立形成，電阻元件20和熔化元件10直接形成在連接端子40上。

如上所述，複合保護裝置可包括如第一實施例中所示之複數電阻元件，亦可根據電路設計和條件而包括單一個電阻元件。

從上面的描述中可以清楚地看出，本發明之用於阻止電流和電壓異常狀態之複合保護裝置，電阻元件係以一種構造(結構)的方式形成，因此，電阻元件具有較佳的耐用性，且適用於自動化表面安裝技術。

此外，複合保護裝置可以被配置複數電阻元件，使得電阻元件在熔化元件對側彼此互相串聯連接，當熔化元件被熔斷時，可充分確保絕緣距離。

此外，複雜的保護裝置中的電阻元件和熔化元件互相間隔開來，從而可以避免熔化元件在參考電壓被熔斷。

雖然本發明較佳實施例已經揭露如上，本領域技 術人員應理解，在不脫離本發明的精神和範疇的前提下，當可作各種修改，添加和替換。

10‧‧‧熔化元件

20、20a‧‧‧電阻元件

30‧‧‧切換裝置

41‧‧‧絕緣層

42‧‧‧導電層

50、50a、55、55a‧‧‧端子

60a、60b、60c、60d‧‧‧電阻端子

Claims (9)

1. 一種複合保護裝置，用於阻止電流及電壓之異常狀態，包括：一熔化元件，該熔化元件連接至一第一端子與一第二端子，該第一端子與該第二端子形成於一主電路上，當過電流施加於該主電路時，該熔化元件被熔斷；一電阻元件，該電阻元件連接至複數電阻端子，該電阻元件連接至該熔化元件；以及一切換裝置，當施加超過一參考電壓之電壓至該主電路時，該切換裝置控制電流流向該等電阻端子，其中該第一端子與該第二端子以及該電阻端子在同一平面上彼此隔開地平行配置，且當施加超過該參考電壓之電壓時，該熔化元件被該電阻元件產生的熱熔斷。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之複合保護裝置，其中該電阻元件包括串聯連接之複數電阻元件。
3. 根據申請專利範圍第2項所述之複合保護裝置，其中：該電阻元件包括分設於該熔化元件對側且彼此串聯連接之一第一電阻元件與一第二電阻元件。
4. 根據申請專利範圍第3項所述之複合保護裝置，其中：該第一端子和該第二端子被設置在其間之一連接端子連接到該第一電阻元件和該第二電阻元件；一絕緣層和一導電層依序堆疊在該連接端子上，且該第一電阻元件和該第二電阻元件與該熔化元件平行設置在該導電層上；以及 該熔化元件被該第一電阻元件和該第二電阻元件散發的輻射熱所熔斷且透過該導電層傳導轉移的熱。
5. 根據申請專利範圍第4項所述之複合保護裝置，其中：該第一電阻元件和該第二電阻元件分別連接至一第三端子和一第四端子；該導電層具有一第一端和一第二端，該第一端連接至該第三端子，該第二端與該第四端子絕緣；以及當該切換裝置導通時，主電路中的電流依序流經：該熔化元件、該導電層、該第三端子、該第一電阻元件、該連接端子、該第二電阻元件，以及該第四端子。
6. 根據申請專利範圍第1項所述之複合保護裝置，其中該電阻元件包括由陶瓷材料構成之一電阻體、形成在該電阻體兩端之端子部，以及形成在該電阻體外表面周圍之一電阻層。
7. 根據申請專利範圍第1項所述之複合保護裝置，其中該熔化元件具有環狀外形。
8. 根據申請專利範圍第1項所述之複合保護裝置，其中該切換裝置包括一電晶體和一控制單元，當所施加電壓超過該參考電壓時，該控制單元施加一控制訊號開啟該電晶體，控制電流流向該電阻元件。
9. 根據申請專利範圍第1項所述之複合保護裝置，其中該電阻元件包括一絕緣罩，除了每一個該電阻元件朝向該熔化元件的外表面之外，該絕緣罩形成在每一個該電阻元件的外表面上，使得該等電阻元件產生的熱量被集中在該熔化 元件。