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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023113134
(43)【公開日】2023-08-15
(54)【発明の名称】高電圧に耐えるための熱保護デバイス
(51)【国際特許分類】
H02H 5/04 20060101AFI20230807BHJP
H01C 7/02 20060101ALI20230807BHJP
【ＦＩ】
H02H5/04 120
H01C7/02
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023013727
(22)【出願日】2023-02-01
(31)【優先権主張番号】63/305,901
(32)【優先日】2022-02-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】519226506
【氏名又は名称】リテルフューズ、インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山岡 俊和
(72)【発明者】
【氏名】水上 陽平
(72)【発明者】
【氏名】ジアンフア チェン
(72)【発明者】
【氏名】ヴェルナー ヨーラー
【テーマコード（参考）】
5E034
【Ｆターム（参考）】
5E034AA08
5E034AB01
5E034AC19
(57)【要約】 （修正有）
【課題】電気及び電子コンポーネント及び回路を保護するために、熱保護デバイス、過電圧保護デバイス並びに過電流保護デバイスを含む熱保護回路を提供する。
【解決手段】熱保護回路１００は、ＰＴＣ回路１０８に配置されており、ＰＴＣ回路の入力経路１０３に結合された第１の入力側を有し、ＰＴＣ回路の出力経路１０５に結合された第１の出力側を有する第１のＰＴＣデバイス１０２、ＰＴＣ回路に配置されており、ＰＴＣ回路の入力経路に結合された第２の入力側１１６を有し、ＰＴＣ回路の出力経路に結合された第２の出力側１１８を有する第２のＰＴＣデバイス１０４及びＰＴＣ回路の出力経路を経由して第１のＰＴＣデバイスの第１の出力側及び第２のＰＴＣデバイスの第２の出力側に結合されている第３の入力側１２０を有する熱リンク１０６を備える。
【選択図】図１
【解決手段】熱保護回路１００は、ＰＴＣ回路１０８に配置されており、ＰＴＣ回路の入力経路１０３に結合された第１の入力側を有し、ＰＴＣ回路の出力経路１０５に結合された第１の出力側を有する第１のＰＴＣデバイス１０２、ＰＴＣ回路に配置されており、ＰＴＣ回路の入力経路に結合された第２の入力側１１６を有し、ＰＴＣ回路の出力経路に結合された第２の出力側１１８を有する第２のＰＴＣデバイス１０４及びＰＴＣ回路の出力経路を経由して第１のＰＴＣデバイスの第１の出力側及び第２のＰＴＣデバイスの第２の出力側に結合されている第３の入力側１２０を有する熱リンク１０６を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ＰＴＣ回路に配置されており、前記ＰＴＣ回路の入力経路に結合された第１の入力側を有し、前記ＰＴＣ回路の出力経路に結合された第１の出力側を有する第１のＰＴＣデバイス；
前記ＰＴＣ回路に配置されており、前記ＰＴＣ回路の前記入力経路に結合された第２の入力側を有し、前記ＰＴＣ回路の前記出力経路に結合された第２の出力側を有する第２のＰＴＣデバイス；及び
前記ＰＴＣ回路の前記出力経路を経由して、前記第１のＰＴＣデバイスの前記第１の出力側及び前記第２のＰＴＣデバイスの前記第２の出力側に結合されている第３の入力側を有する熱リンク
を備える熱保護回路。
前記ＰＴＣ回路に配置されており、前記ＰＴＣ回路の前記入力経路に結合された第２の入力側を有し、前記ＰＴＣ回路の前記出力経路に結合された第２の出力側を有する第２のＰＴＣデバイス；及び
前記ＰＴＣ回路の前記出力経路を経由して、前記第１のＰＴＣデバイスの前記第１の出力側及び前記第２のＰＴＣデバイスの前記第２の出力側に結合されている第３の入力側を有する熱リンク
を備える熱保護回路。
【請求項2】
前記第１のＰＴＣデバイスが、第１のトリップ温度を有し、前記第２のＰＴＣデバイスが、前記第１のトリップ温度よりも高い第２のトリップ温度を有する、請求項１に記載の熱保護回路。
【請求項3】
前記第１のＰＴＣデバイスが、ポリエチレン、フッ化ポリビニリデン、エチレンテトラフルオロエチレン、エチレン‐酢酸ビニル、エチレンアクリル酸共重合体、エチレンブチルアクリレート共重合体、ポリカプロラクトン、ポリウレタン、ポリエステル、又はそれらの組合せを有する、請求項２に記載の熱保護回路。
【請求項4】
前記第２のＰＴＣデバイスが、ポリエチレン、フッ化ポリビニリデン、パーフルオロアルコキシアルカン、エチレンテトラフルオロエチレン、エチレン‐酢酸ビニル、エチレンアクリル酸共重合体、エチレンブチルアクリレート共重合体、又はそれらの組合せを有する、請求項２に記載の熱保護回路。
【請求項5】
前記第２のＰＴＣデバイスが、前記熱リンクと熱的近傍にある、請求項１に記載の熱保護回路。
【請求項6】
前記第１のＰＴＣデバイスが、第１のトリップ温度ＰＴＣＴ１を有し、前記第２のＰＴＣデバイスが、第２のトリップ温度ＰＴＣＴ２を有し、前記熱リンクが、溶融温度ＴＭを有し、ＰＴＣＴ１＜ＴＭ＜ＰＴＣＴ２である、請求項１に記載の熱保護回路。
【請求項7】
前記第１のＰＴＣデバイスの第１の電気抵抗率が、前記第２のＰＴＣデバイスの第２の電気抵抗率よりも小さい、請求項１から６のいずれか一項に記載の熱保護回路。
【請求項8】
保護回路を介して電流を伝導する段階、前記保護回路は、ＰＴＣ回路内で互いに電気的に並列に配置された第１のＰＴＣデバイス及び第２のＰＴＣデバイスを有し、前記ＰＴＣ回路に電気的に直列に配置された熱リンクをさらに有する；及び
異常条件に応答して前記第１のＰＴＣデバイスを正常状態からトリップされた状態に変更する段階、ここで前記第２のＰＴＣデバイスは、前記第１のＰＴＣデバイスが前記正常状態から前記トリップされた状態に変更された後に正常導通状態からトリップされた状態に移行し、前記第２のＰＴＣデバイスは、前記熱リンクを溶融させる、
を備える熱保護を提供する方法。
異常条件に応答して前記第１のＰＴＣデバイスを正常状態からトリップされた状態に変更する段階、ここで前記第２のＰＴＣデバイスは、前記第１のＰＴＣデバイスが前記正常状態から前記トリップされた状態に変更された後に正常導通状態からトリップされた状態に移行し、前記第２のＰＴＣデバイスは、前記熱リンクを溶融させる、
を備える熱保護を提供する方法。
【請求項9】
前記第１のＰＴＣデバイスが、前記ＰＴＣ回路の入力経路に結合された第１の入力側を有し、前記ＰＴＣ回路の出力経路に結合された第１の出力側を有し；
第２のＰＴＣデバイスが、前記ＰＴＣ回路の前記入力経路に結合された第２の入力側を有し、前記ＰＴＣ回路の前記出力経路に結合された第２の出力側を有し；
前記熱リンクが、前記ＰＴＣ回路の前記出力経路を経由して前記第１のＰＴＣデバイスの前記第１の出力側及び前記第２のＰＴＣデバイスの前記第２の出力側に結合された第３の入力側を有する、
請求項８に記載の方法。
第２のＰＴＣデバイスが、前記ＰＴＣ回路の前記入力経路に結合された第２の入力側を有し、前記ＰＴＣ回路の前記出力経路に結合された第２の出力側を有し；
前記熱リンクが、前記ＰＴＣ回路の前記出力経路を経由して前記第１のＰＴＣデバイスの前記第１の出力側及び前記第２のＰＴＣデバイスの前記第２の出力側に結合された第３の入力側を有する、
請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記第１のＰＴＣデバイスが、第１のトリップ温度を有し、前記第２のＰＴＣデバイスが、前記第１のトリップ温度よりも高い第２のトリップ温度を有する、請求項８に記載の方法。
【請求項11】
前記第１のＰＴＣデバイスが、ポリエチレン、フッ化ポリビニリデン、エチレンテトラフルオロエチレン、エチレン‐酢酸ビニル、エチレンアクリル酸共重合体、エチレンブチルアクリレート共重合体、ポリカプロラクトン、ポリウレタン、ポリエステル、又はそれらの組合せを有する、請求項８に記載の方法。
【請求項12】
前記第２のＰＴＣデバイスが、ポリエチレン、フッ化ポリビニリデン、パーフルオロアルコキシアルカン、エチレンテトラフルオロエチレン、エチレン‐酢酸ビニル、エチレンアクリル酸共重合体、エチレンブチルアクリレート共重合体、又はそれらの組合せを有する、請求項８に記載の方法。
【請求項13】
前記第２のＰＴＣデバイスが、前記熱リンクと熱的近傍にある、請求項９に記載の方法。
【請求項14】
前記第１のＰＴＣデバイスが、第１のトリップ温度ＰＴＣＴ１を有し、前記第２のＰＴＣデバイスが、第２のトリップ温度ＰＴＣＴ２を有し、前記熱リンクが、溶融温度ＴＭを有し、ＰＴＣＴ１＜ＴＭ＜ＰＴＣＴ２である、請求項９に記載の方法。
【請求項15】
前記第１のＰＴＣデバイスの第１の電気抵抗率が、前記第２のＰＴＣデバイスの第２の電気抵抗率よりも小さい、請求項９から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項16】
第１の電流経路に沿って配置された熱リンク、前記第１の電流経路は外部コンポーネントに結合されている；及び
前記熱リンクの熱的近傍に配設されたＰＰＴＣヒーター、前記ＰＰＴＣヒーターは前記第１の電流経路とは別の第２の電流経路に沿って配置されたＰＰＴＣデバイスを有する、
を備える熱保護回路。
前記熱リンクの熱的近傍に配設されたＰＰＴＣヒーター、前記ＰＰＴＣヒーターは前記第１の電流経路とは別の第２の電流経路に沿って配置されたＰＰＴＣデバイスを有する、
を備える熱保護回路。
【請求項17】
前記ＰＰＴＣヒーター及び前記熱リンクの間に配設された電気絶縁基板をさらに備え、前記ＰＰＴＣヒーターが前記電気絶縁基板を経由して前記熱リンクに熱的に結合されている、請求項１６に記載の熱保護回路。
【請求項18】
第１の電気的な導電性パッド及び第２の電気的な導電性パッドをさらに備え、前記第１の電気的な導電性パッド及び前記第２の電気的な導電性パッドの各々は、前記ＰＰＴＣヒーターに隣接している前記電気絶縁基板の第２の側面の反対側にある前記電気絶縁基板の第１の側面に配設されており、前記熱リンクが前記第１の電気的な導電性パッド及び前記第２の電気的な導電性パッドの間に電気的な導電経路を形成する、請求項１７に記載の熱保護回路。
【請求項19】
前記電気絶縁基板がセラミックを有する、請求項１７に記載の熱保護回路。
【請求項20】
前記熱リンクがハンダを有する、請求項１６から１９のいずれか一項に記載の熱保護回路。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０２２年２月２日に出願された米国仮特許出願第６３／３０５，９０１、発明の名称「高電圧に耐えるための熱保護デバイス」に対する優先権の利益を主張し、参照によってその出願の全体を本明細書に引用する。
本出願は、２０２２年２月２日に出願された米国仮特許出願第６３／３０５，９０１、発明の名称「高電圧に耐えるための熱保護デバイス」に対する優先権の利益を主張し、参照によってその出願の全体を本明細書に引用する。
【技術分野】
【0002】
実施形態は、抵抗ヒーターの分野に関し、より詳細には、ＰＰＴＣ材料に基づくヒーターに関する。
［関連技術の論考］
［関連技術の論考］
【0003】
自動車及び他の装置は、広い温度範囲にわたって動作するように設計されたコンポーネントを含み得る。広い温度範囲にわたって動作し得るコンポーネントの例には、自動車の中の様々なコンポーネントを制御するために用いられる電子回路、並びに自動車に電力供給するために用いられるバッテリがある。
【0004】
様々な電気及び電子コンポーネント及び回路を保護するために、熱保護デバイス、過電圧保護デバイス、並びに過電流保護デバイスを含む、様々な既知のデバイスが配備され得る。
【0005】
この考慮事項及び他の考慮事項に関して、本開示は提供される。
【発明の概要】
【0006】
１つの実施形態において、熱保護回路は、ＰＴＣ回路に配置されており、前記ＰＴＣ回路の入力経路に結合された第１の入力側を有し、前記ＰＴＣ回路の出力経路に結合された第１の出力側を有する第１のＰＴＣデバイス；前記ＰＴＣ回路に配置されており、前記ＰＴＣ回路の前記入力経路に結合された第２の入力側を有し、前記ＰＴＣ回路の前記出力経路に結合された第２の出力側を有する第２のＰＴＣデバイス；及び前記ＰＴＣ回路の前記出力経路を経由して前記第１のＰＴＣデバイスの前記第１の出力側及び前記第２のＰＴＣデバイスの前記第２の出力側に結合されている第３の入力側を有する熱リンクを含み得る。
【0007】
別の実施形態において、熱保護を提供する方法は、保護回路を介して電流を伝導する段階、前記保護回路は、ＰＴＣ回路内で互いに電気的に並列に配置された第１のＰＴＣデバイス及び第２のＰＴＣデバイスを有し、前記ＰＴＣ回路に電気的に直列に配置された熱リンクをさらに有する；及び異常条件に応答して前記第１のＰＴＣデバイスを正常状態からトリップされた状態に変更する段階、前記第２のＰＴＣデバイスは、前記第１のＰＴＣデバイスのトリップ後に正常導通状態からトリップされた状態に移行し、前記第２のＰＴＣデバイスは前記熱リンクを溶融させる、を含み得る。
【0008】
さらなる実施形態において、熱保護回路は、第１の電流経路に沿って配置された熱リンク、前記第１の電流経路は外部コンポーネントに結合されている；及び前記熱リンクの熱的近傍に配設されたＰＰＴＣヒーター、前記ＰＰＴＣヒーターは前記第１の電流経路とは別の第２の電流経路に沿って配置されたＰＰＴＣデバイスを有する、を含み得る。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本開示の実施形態による熱保護回路を示す図である。
【0010】
【0011】
【0012】
【図2】本開示の実施形態による第１のＰＰＴＣデバイス及び第２のＰＰＴＣデバイスの、温度の関数としての抵抗データの一例を示す図である。
【0013】
【図3】本開示の実施形態に従って配置されたＰＴＣ回路の例示的な温度及び電流挙動を示す複合グラフである。
【0014】
【図4】本開示の実施形態による熱保護回路を示す図である。
【0015】
【図5A】本開示の実施形態による熱保護回路を示す上面図である。
【0016】
【0017】
【図6】本開示のさらなる実施形態による別の熱保護回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
ここで、以下では、例示的な実施形態が示される添付図面を参照しながら、本実施形態についてより十分に説明する。これらの実施形態は、本明細書に記載の実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が十分かつ完全なものになり、当該実施形態の範囲が当業者に十分に伝わるように提供される。図面では、全体を通じて同様の番号が同様の要素を指す。
【0019】
以下の説明及び／又は特許請求の範囲では、「上（ｏｎ）」、「上にある（ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ）」、「上に配置され（ｄｉｓｐｏｓｅｄ ｏｎ）」、及び「上方（ｏｖｅｒ）」という用語が、以下の説明及び特許請求の範囲で使用され得る。「上」、「上にある」、「上に配置され」、及び「上方」は、２つ又はそれより多くの要素が互いに物理的に直接接触していることを示すために使用され得る。また、「上」、「上にある」、「上に配置され」、及び「上方」という用語は、２つ又はそれより多くの要素が互いに直接接触していないことを意味し得る。例えば、「上方」は、１つの要素が別の要素の上にあるが互いに接触していないことを意味してよく、これら２つの要素の間に別の１つの要素又は複数の要素を有してよい。更に、「及び／又は」という用語は、「及び」を意味してよく、「又は」を意味してよく、「排中的な「又は」」を意味してよく、「一方」を意味してよく、「全てではないが幾つか」を意味してよく、「どちらでもない」を意味してよく、及び／又は「両方」を意味してよいが、特許請求される主題の範囲は、この点において限定されない。
【0020】
様々な実施形態において、ＰＴＣ回路及び熱リンク又は熱ヒューズの組合せに基づいて、新規性がある熱保護回路が提供される。熱保護回路は、様々な非限定的な実施形態に従って、任意の適切な対象物、コンポーネント、回路、又は上記の組合せを保護するために用いられ得る。下記詳細のように、様々な実施形態において、ＰＴＣ回路は、ＰＴＣ回路の入力経路に結合された第１の入力側を有し、ＰＴＣ回路の出力経路に結合された第１の出力側を有する第１のＰＴＣデバイスを含み得る。ＰＴＣ回路はさらに、ＰＴＣ回路の入力経路に結合された第２の入力側を有し、ＰＴＣ回路の出力経路に結合された第２の出力側を有する第２のＰＴＣデバイスを含み得る。熱保護回路の熱リンクは、ＰＴＣ回路の出力経路を経由して第１のＰＴＣデバイスの第１の出力側及び第２のＰＴＣデバイスの第２の出力側に結合された第３の入力側を有し得る。下記説明のように、回路アーキテクチャは、異常イベントの場合に有利な保護を提供する。
【0021】
図１は、本開示の実施形態による熱保護回路１００を示している。図１Ａは、正常条件中の図１の熱保護回路１００の動作を示している。図１Ｂ及び図１Ｃは、異常イベント中の図１Ａの熱保護回路１００の動作を集合的に示している。図１に示すように、熱保護回路１００は、ＰＴＣ回路１０８に配置されており、ＰＴＣ回路１０８の入力経路１０３に結合された第１の入力側１１２を有し、ＰＴＣ回路１０８の出力経路１０５に結合された第１の出力側１１４を有する第１のＰＴＣデバイス１０２を含む。熱保護回路１００はさらに、ＰＴＣ回路１０８の入力経路１０３に結合された第２の入力側１１６を有し、ＰＴＣ回路１０８の出力経路１０５に結合された第２の出力側１１８を有する第２のＰＴＣデバイス１０４を含む。熱保護回路はまた、ＰＴＣ回路１０８の出力経路１０５を経由して第１のＰＴＣデバイス１０２の第１の出力側１１４及び第２のＰＴＣデバイス１０４の第２の出力側１１８に結合された第３の入力側１２０を有する本明細書では熱リンク１０６と称される熱ヒューズ又は同様の熱的な要素を含む。
【0022】
本開示の様々な実施形態によれば、用語ＰＴＣデバイスは、正温度係数（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ：ＰＴＣ）材料から形成されたデバイスを指し得、ＰＴＣデバイスは、しばしばトリップ温度と称される所与の温度において抵抗率の大きな上昇を見せることによって電流を限定するように作用するリセット可能なデバイスである。具体的な実施形態において、第１のＰＴＣデバイス１０２及び第２のＰＴＣデバイス１０４のうちの１又は複数は、ポリマーＰＴＣ（ｐｏｌｙｍｅｒ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ：ＰＰＴＣ）材料から形成され得る。適切なＰＴＣ材料又はＰＰＴＣ材料は、１又は複数の適切なポリマー、並びにカーボン、金属粉末、グラフェン、又は他の既知の充填材料などの導電性充填剤形成されたマトリックス重合を含み得る。正常状態の抵抗率などの材料特性は、マトリックス重合を含むＰＴＣ材料全体に対する導電性充填剤の相対パーセントを調節することによって調整され得る。
【0023】
ＰＴＣデバイス用のマトリックス重合に関して、非限定的な実施形態によるＰＴＣデバイス１０２に適切な材料には、半結晶性ポリマーがあり、例えばポリエチレン、フッ化ポリビニリデン、エチレンテトラフルオロエチレン、エチレン‐酢酸ビニル、エチレンアクリル酸共重合体、エチレンブチルアクリレート共重合体、ポリカプロラクトン、ポリウレタン、及びポリエステルである。いくつかの非限定的な実施形態によれば、第２のＰＴＣデバイス１０４に適切な材料には、半結晶性ポリマーがあり、例えばポリエチレン、フッ化ポリビニリデン、パーフルオロアルコキシアルカン、エチレンテトラフルオロエチレン、エチレン‐酢酸ビニル、エチレンアクリル酸共重合体、エチレンブチルアクリレート共重合体である。
【0024】
当技術分野において既知のように、ＰＴＣデバイスのトリップ温度は、そのＰＴＣ材料のマトリックス重合の溶融温度又は軟化温度によって設定され得る。様々な実施形態において、第１のＰＴＣデバイス１０２は、第１のトリップ温度を伴って手配され、第２のＰＴＣデバイス１０４は、第１のトリップ温度よりも高い第２のトリップ温度を伴って手配される。加えて、第１のＰＴＣデバイス１０２の第１の電気抵抗率は、第２のＰＴＣデバイス１０４の第２の電気抵抗率よりも小さくなるように手配され得る。いくつかの非限定的な例において、第１のＰＴＣデバイス１０２の電気抵抗率は、第２のＰＴＣデバイス１０４の電気抵抗率の１０分の１、５０分の１、又は１００分の１であってもよい。
【0025】
動作中に、熱保護回路１００は、保護されるべきデバイス、回路、又は他のエンティティを表すコンポーネント１５０として示されている任意の適切なコンポーネントを保護するために結合され得る。保護の例には、コンポーネント１５０への電流を所与の動作電圧に対する許容限度に限定することがあり得る。
【0026】
ここで図１Ａに目を向けると、正常条件中の図１の熱保護回路１００の動作が示されている。このシナリオ下で、電流は、コンポーネント１５０へ熱保護回路１００を介して通る。電流は、許容範囲内であり得、それに応じて、所定の経路に沿って熱保護回路１００を介して通り得る。例えば、第１のＰＴＣデバイス１０２の抵抗が、第２のＰＴＣデバイス１０４の抵抗の例えば１０分の１又は１００分の１であると、ＰＴＣ回路１０８を介して通る入射電流１２２の全てではない場合に大部分は、第１のＰＴＣデバイス１０２を介して、及び電気的な導電性が高いコンポーネントであり得る熱リンク１０６を介して伝導され得る。そのため、熱リンク１０６は、熱保護回路１００を介して通る入射電流１２２のレベルに影響され得ない。
【0027】
図１Ｂは、異常イベント中の図１Ａの熱保護回路１００の動作を示している。異常イベントとは、第１のＰＴＣデバイス１０２がトリップされるようなことであり得る。つまり、異常イベントが、第１のＰＴＣデバイス１０２の温度に第１のＰＴＣデバイス１０２のトリップ温度を超えさせ得る。異常イベントの一例は、ＰＴＣデバイスをトリップさせる過剰電流である。電流がＰＴＣデバイスを介して流れると、生成された熱が、ＰＴＣデバイスの温度を上げる。過剰電流のイベントでは、第１のＰＴＣデバイス１０２の内部温度がトリップ温度に到達し得、第１のＰＴＣデバイス１０２の抵抗率が２桁、３桁、４桁などだけ上昇する。そのため、電流の流れは、第１のＰＴＣデバイス１０２によってブロックされ得、異常イベント中の入射電流１３０は、バイパス電流１３０Ｂとして第２のＰＴＣデバイス１０４へ導かれ、このデバイスは初めに、そこを介して電流１３０Ｃとして示されている過剰電流を伝導し得る。
【0028】
同時に、バイパス電流１３０Ｂが、第２のＰＴＣデバイス１０４の温度上昇を生じ、第２のＰＴＣデバイス１０４に第２のＰＴＣデバイス１０４のトリップ温度を超えさせ得る。トリップされた状態で第２のＰＴＣデバイス１０４の抵抗率が急に上昇することはまた、バイパス電流１３０Ｂがそこを介して通ることに応答して第２のＰＴＣデバイス１０４によって生成される熱１３４を増加させる。
【0029】
ここで図１Ｃに目を向けると、異常イベント中の図１Ｂのインスタンス後のより後のインスタンスが示されており、第２のＰＴＣデバイス１０４から生成された熱１３４が、熱リンク１０６を溶融して、電流がもはや熱保護回路１００を介して流れない開回路条件を生じる。第２のＰＴＣデバイス１０４を第１のＰＴＣデバイス１０２に並列に設けることによって、第２のＰＴＣデバイス１０４を含むＰＴＣ回路１０８の分岐が、ヒーター回路を効果的に形成し、第１のＰＴＣデバイス１０２がトリガーされて電流を第２のＰＴＣデバイス１０４に方向転換すると、第２のＰＴＣデバイス１０４がトリガーされて熱リンク１０６を加熱する。
【0030】
様々な実施形態において、第２のＰＴＣデバイス１０４が、熱リンク１０６の熱的近傍にあり得ることに留意されたい。このようにして、熱リンク１０６は、異常イベントに応答して急速に開放させられ得る。
【0031】
あらかじめ留意したように、第１のＰＴＣデバイスのトリガー温度は、第２のＰＴＣデバイスのトリガー温度よりも低くなり得る。図２は、本開示の実施形態による第１のＰＰＴＣデバイス（ＰＴＣ１）及び第２のＰＰＴＣデバイス（ＰＴＣ２）の、温度の関数としての例示的な抵抗データを示している。この場合、第１のＰＰＴＣデバイスは、トリガー温度の限界が１６０度であり、第２のＰＰＴＣデバイスは、トリガー温度の限界が２３０℃である。このようにして、第１のＰＴＣデバイスが過熱下でトリガーするセンサとして機能し得るとともに、第２のＰＴＣデバイスが熱リンクを溶融するために用いられ、その結果、第１のＰＴＣデバイスをトリガーする温度は、熱リンク溶融温度よりも低く設定されるべきであることに留意されたい。これに関連して、いくつかの非限定的な実施形態による熱リンクに適切な材料には、鉛フリーハンダ、又はその代わりに、鉛含有ハンダがある。より概して、コンポーネントの様々な温度間の関係は、ＰＴＣ１のトリガー（トリップ）温度＜熱リンクの溶融温度＜ＰＴＣ２のトリップ（トリップ状態）温度である。本開示の実施形態においては、ＰＴＣ２が電流によってトリガーされるので、ＰＴＣ２の実際のトリガー（トリップ）温度が、それほど重要ではないことに留意されたい。ＰＴＣ２が過剰電流によってトリガーされてトリップ状態に入ると、トリップ状態中に生成された熱が、熱リンクを溶融するので、（低電流における）ＰＴＣ２トリップ温度は、熱リンクの溶融点よりも高くなければならない。
【0032】
そうして、ＰＴＣ１及びＰＴＣ２のトリップ温度の間の間隙を比較的広く設定するにより、ＰＴＣ１及びＰＴＣ２のトリガー温度の間に収まるより広い範囲の融解温度を有する種々の熱リンクを使用することができる。
【0033】
図３は、本開示の実施形態に従って配置されたＰＴＣベースの熱保護回路の例示的な温度及び電流挙動を示す複合グラフである。この例において、図１の回路と同様の回路は、８５０ＶＤＣ及び４Ａ電流においてテストされる。回路全体が室温から２℃／分の速度で加熱されるとともに、電流及び温度が監視される。３つの温度曲線のうちの最も低いものは、時間の関数としての周囲温度を表し、他の２つの曲線は、第１のＰＴＣデバイス（ＰＴＣ１）及び第２のＰＴＣデバイス（ＰＴＣ２）の温度を表す。約２７５０秒の加熱時間で、周囲温度は１０５℃に到達する。この点において、第１のＰＴＣデバイスがトリガー点に到達し、４Ａ電流及び周囲温度の組合せが第１のＰＴＣデバイスをトリガー点に到達させることを意味して、温度の急激な上昇が生じる。ほぼ同時に、図１Ｂ～図１Ｃに対して上記で概して説明したように、第２のＰＴＣデバイスを介する４Ａ電流の分路の理由で、第２のＰＴＣデバイスもトリガーされる。これにより、図示のように、１２３℃までの温度の急激な上昇が生じる。この温度の上昇は、熱リンクの開放をもたらし、この開放は、図示のように、ゼロまでの電流降下をもたらす。
【0034】
図４は、本開示のさらなる実施形態による熱保護回路２００を示している。この例において、熱リンク１０６は、図１に対して上記で概して説明したように提供される。例えば、熱リンク１０６は、コンポーネント１５０への電流を限定する主保護回路２０２の一部を形成し得る。図示のように、熱リンク１０６は、電気経路２０４に沿ってコンポーネント１５０と電気的に直列に配置されている。熱保護回路２００はまた、熱リンク１０６の熱的近傍に配置されたＰＰＴＣヒーター２０６を含む。ＰＰＴＣヒーター２０６は、上記で説明した第２のＰＴＣデバイス１０４と同一又は同様のものであってもよい。ＰＰＴＣヒーター２０６は、電気経路２０４とは別の電気経路２１０に沿ってヒーター回路２０８に配置されている。異常イベント中、周囲温度及びＰＰＴＣヒーター２０６のＰＰＴＣ材料を介して通る電流の組合せが、ＰＰＴＣヒーター２０６にＰＰＴＣヒーター２０６のトリップ温度を超えさせると、上記で説明したように、ＰＰＴＣヒーター２０６は、高抵抗率状態に移行し、同時に、熱１３４を生成し得る。このようにして、熱１３４は、熱リンク１０６を開放させ得、したがって、コンポーネント１５０を過剰な電流から保護する。
【0035】
図４の実施形態の利点は、ＰＰＴＣヒーター２０６が、外部のもの（２１０への入力信号）によってトリガーされるので、熱リンク１０６がトリガーされて融解し開回路を作り出すタイミングを制御可能であるということである。
【0036】
図５Ａは、本開示の実施形態による熱保護回路の上面図を示しており、図５Ｂは、本開示の実施形態による図５Ａの熱保護回路の断面図を示している。熱保護回路５００は、図４の熱保護回路の変種であると考えられてもよい。外部導体５０２として示されている一対の導体は、熱リンク５０４の反対側に配設されており、あらかじめ説明したように、熱リンク５０４は、電気的に導電性のある溶融可能な材料であり得る。そのため、外部導体５０２及び熱リンク５０４は、図５Ｂに示されている導電経路５２０を画定する。導電経路５２０は、保護されるべきデバイス又は他の回路構成の回路の一部を形成し得る。熱保護回路５００において、電気絶縁基板５１０が、導電性パッド５０８として示されている一対の電気的な導電性パッドのすぐ下に設けられている。導電性パッド５０８は、外部導体５０２と電気的に接触しており、間隙５０７によって互いに分離されている。
【0037】
熱保護回路５００はさらに、上方の導電層５１６及び下方の導電層５１４として示されている２つの電極間に配設されたＰＰＴＣボディ５１２から形成されたＰＰＴＣヒーター５０６を含む。ＰＰＴＣヒーター２０６でのように、導電経路５２０によって形成された電気回路とは別の電気回路におけるＰＰＴＣヒーターを介して電流を駆動するために、リード線（図示せず）などの外部導体がＰＰＴＣヒーター５０６の電極の各々に結合され得る。
【0038】
電気絶縁基板５１０は、最適な動作には不十分な電気導体ではあるが、電気絶縁基板５１０は、ＰＰＴＣヒーター５０６によって生成された熱が効率的に及び急速に熱リンク５０４に伝達するように良好な熱導体であることに留意されたい。電気絶縁基板５１０に適切な材料には、電気的な絶縁性及び比較的高い熱伝導率を見せる様々な既知のセラミックがある。他の実施形態において、熱導体として金属層を用いることによって、電気絶縁基板５１０には樹脂材料が許容可能になるだろう。
【0039】
図５Ｂに示しているように、ハンダ層５１８が、ＰＰＴＣヒーター５０６及び電気絶縁基板５１０の間に設けられている。ハンダ層５１８はまた、導電性パッド５０８を外部導体５０２に接続するために、導電性パッド５０８の上面に設けられ得る。加えて、下方の金属層５２２は、電気絶縁基板５１０をハンダ層５１８に、したがってＰＰＴＣヒーター５０６に接合するために、電気絶縁基板５１０上に設けられ得る。
【0040】
正常動作下では、電流は、外部導体５０２、熱リンク５０４、及び導電性パッド５０８を介して、熱保護回路５００を横断し得、保護すべき任意の外部回路構成を介して伝導し得る。しかしながら、故障条件下では、ＰＰＴＣヒーター５０６は、トリガーする電流を電流源５３０から送られるように導く制御装置５３２によってトリガーされ得、その結果、トリガーする電流がＰＰＴＣボディ５１２を介して通る。そして次に、トリガーする電流は、ＰＰＴＣボディに、熱リンク５０４を融解するのに十分な熱を生成させて、間隙５０７の領域で導電性パッド５０８の１つ目及び導電性パッド５０８の２つ目の間に、電気的な開放を作り出す。
【0041】
図６は、本開示のさらなる実施形態による別の熱保護回路を示している。熱保護回路６００は、図１の実施形態と同様の特徴を伴って手配されており、同様の要素は同一にラベル付けされている。熱保護回路６００において、トリガー端子６０２として示されている追加の端子が、第２のＰＴＣデバイス１０４に結合されている。本実施形態において、上記で説明した熱保護回路１００の特徴に加えて、トリガー端子６０２が、遠隔及び外部トリガー用に結合されて、熱リンク１０６を加熱するためのＰＴＣヒーターとして作用する第２のＰＴＣデバイスをトリガーし得る。動作中には、ＰＴＣ２は、トリガー端子６０２から入力された電流によってトリガーされる。本実施形態において、ＰＴＣヒーターのトリガーは、図４の実施形態においてよりも急速であり得る。
【0042】
本実施形態は特定の実施形態を参照して開示されているが、添付した特許請求の範囲で定義されるように、本開示の領域及び範囲から逸脱することなく、記載されている実施形態に対する数々の修正、改変、及び変更を行うことが可能である。従って、本実施形態は、記載されている実施形態に限定されるべきではなく、以下の特許請求の範囲の文言及びその同等物により定義される全範囲を有し得る。
【図1】
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【外国語明細書】