特開 2023-60458 電子機器

(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】P2023060458

(43)【公開日】2023-04-28

(54)【発明の名称】電子機器

(51)【国際特許分類】

   H05K 1/02 20060101AFI20230421BHJP

   H01C 7/02 20060101ALI20230421BHJP

   H05K 1/18 20060101ALI20230421BHJP

【ＦＩ】

H05K1/02 J

H01C7/02

H05K1/18 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021170084

(22)【出願日】2021-10-18

(71)【出願人】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】坂東 佑介

【テーマコード（参考）】

5E034

5E336

5E338

【Ｆターム（参考）】

5E034AA07

5E034DD06

5E336AA04

5E336AA12

5E336BB01

5E336CC31

5E336CC52

5E336CC55

5E336EE01

5E336GG11

5E338AA01

5E338BB75

5E338CC04

5E338CD11

5E338EE12

(57)【要約】

【課題】サーミスタがトリップ状態に至らないような異常状態であっても過電流を制限する。
【解決手段】電子機器は、電源と保護対象の回路との間に直列に挿入されるようにプリント基板１０ｂ上に実装されたサーミスタＲｔｈと抵抗器Ｒ１とを含む過電流保護回路を備える。プリント基板１０ｂには、サーミスタＲｔｈの電極１００，１０１が半田付けされたパッド１１，１２と、抵抗器の電極１０２，１０３が半田付けされたパッド１３，１４と、パッド１３とパッド１２とを接続する配線１６ｂとが形成されている。配線１６ｂは、パッド１３からパッド１２への延伸方向に対して垂直方向の幅Ｗ３がパッド１２の垂直方向の幅Ｗ１よりも広く、サーミスタＲｔｈの下に形成される部分がパッド１２からはみ出るように形成される。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源と保護対象の回路との間に直列に挿入されるようにプリント基板上に実装されたサーミスタと抵抗器とを含む過電流保護回路を備え、
前記プリント基板には、
前記サーミスタの１対の電極が半田付けされた第１、第２のパッドと、
前記抵抗器の１対の電極が半田付けされた第３、第４のパッドと、
前記第３のパッドと前記第２のパッドとを接続する配線とが形成され、
前記配線は、前記第３のパッドから前記第２のパッドへの延伸方向に対して垂直方向の幅が前記第２のパッドの前記垂直方向の幅よりも広く、前記サーミスタの下に形成される部分が前記第２のパッドからはみ出るように形成されることを特徴とする電子機器。

【請求項2】

請求項１記載の電子機器において、
前記抵抗器は、その発熱が前記サーミスタに伝わるように前記サーミスタの近傍に実装されることを特徴とする電子機器。

【請求項3】

請求項１または２記載の電子機器において、
前記サーミスタと前記抵抗器は、チップタイプの素子であることを特徴とする電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、正特性サーミスタを利用する過電流保護回路を備えた電子機器に関するものである。

【背景技術】

【0002】

誤接続や部品故障などの異常状態に対して、正特性サーミスタを使用することでサーミスタの自己発熱により抵抗値が上昇し、電子機器の内部回路を保護することができる（非特許文献１参照）。

【0003】

図２は、サーミスタを使用した保護回路を備えた電子機器の構成を示す回路図である。図２の例では、電子機器１にＤＣ１２Ｖの電源２を接続した例を示している。電子機器１は、電子機器１の機能を実現する、保護対象の回路３と、過電流保護回路４とを備えている。過電流保護回路４は、サーミスタＲｔｈと、抵抗器Ｒ１と、ツェナーダイオードＺＤ１とから構成される。

【0004】

例えば最大定格がＤＣ２０Ｖの回路３に対して、前段にツェナー電圧が１８ＶのツェナーダイオードＺＤ１を設けることで、１８Ｖ以上の電圧が回路３に加わることを防ぐ。ただし、ツェナーダイオードＺＤ１のみで保護した場合、ツェナーダイオードＺＤ１に過電流が流れてしまうため、抵抗器Ｒ１やサーミスタＲｔｈを入れる必要がある。

【0005】

過電流保護回路４をツェナーダイオードＺＤ１と抵抗器Ｒ１で構成した場合、抵抗器Ｒ１の抵抗値を大きくすることで過電流の制限ができるが、正常時の消費電力が増加する。抵抗値を小さくすると、過電流に対応するためにツェナーダイオードＺＤ１や抵抗器Ｒ１の定格電力を大きくしなければならない。

【0006】

過電流保護回路４をツェナーダイオードＺＤ１とサーミスタＲｔｈで構成した場合、例えば電源の誤接続により過電流が発生したときに、誤接続の直後にはサーミスタＲｔｈが発熱しておらず、サーミスタＲｔｈの抵抗値が低いため、ツェナーダイオードＺＤ１に大きな過電流が流れてしまう。したがって、図２に示すように過電流保護回路４をサーミスタＲｔｈと抵抗器Ｒ１とツェナーダイオードＺＤ１とによって構成することが望ましい。

【0007】

例えばＤＣ１２Ｖの電源２を接続すべき電子機器１に、図３に示すようにＤＣ２４Ｖの電源５を誤接続した場合、抵抗器Ｒ１の抵抗値を１００Ω、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧を１８Ｖとすると、図４に示すようにＤＣ６０ｍＡの過電流が流れるが、サーミスタＲｔｈが自己発熱して電流制限がかかるために、回路３に故障が発生することはない。

【0008】

ただし、過電流保護回路４をサーミスタＲｔｈと抵抗器Ｒ１とツェナーダイオードＺＤ１とから構成した場合でも、異常状態によってはサーミスタＲｔｈの自己発熱が僅かとなり、回路３を十分に保護できないことがある。例えばＤＣ１２Ｖの電源２を接続すべき電子機器１に、図５に示すようにＡＣ２４Ｖの電源６を誤接続した場合、抵抗器Ｒ１の抵抗値を１００Ω、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧を１８Ｖとすると、図６に示すように＋１５０ｍＡ～－３３０ｍＡの過電流が流れる。しかし、交流電流ではサーミスタＲｔｈが自己発熱しにくい場合があり、サーミスタＲｔｈによる電流制限が機能しない。このため、後段の抵抗器Ｒ１やツェナーダイオードＺＤ１の定格電力を大きくしなければならない。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】“アプリケーションノート電流保護素子としてのPTCサーミスタＲｔｈの使い方”，ＴＤＫ株式会社，２０２１年，＜https://product.tdk.com/ja/techlibrary/applicationnote/howto_ptc-limiter.html＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、サーミスタがトリップ状態に至らないような異常状態であっても過電流を制限することができる過電流保護回路を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の電子機器は、電源と保護対象の回路との間に直列に挿入されるようにプリント基板上に実装されたサーミスタと抵抗器とを含む過電流保護回路を備え、前記プリント基板には、前記サーミスタの１対の電極が半田付けされた第１、第２のパッドと、前記抵抗器の１対の電極が半田付けされた第３、第４のパッドと、前記第３のパッドと前記第２のパッドとを接続する配線とが形成され、前記配線は、前記第３のパッドから前記第２のパッドへの延伸方向に対して垂直方向の幅が前記第２のパッドの前記垂直方向の幅よりも広く、前記サーミスタの下に形成される部分が前記第２のパッドからはみ出るように形成されることを特徴とするものである。
また、本発明の電子機器の１構成例において、前記抵抗器は、その発熱が前記サーミスタに伝わるように前記サーミスタの近傍に実装されることを特徴とするものである。
また、本発明の電子機器の１構成例において、前記サーミスタと前記抵抗器は、チップタイプの素子である。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、抵抗器の第３のパッドとサーミスタの第２のパッドとを接続する配線を、第３のパッドから第２のパッドへの延伸方向に対して垂直方向の幅が第２のパッドの垂直方向の幅よりも広くなるようにし、サーミスタの下に形成される部分が第２のパッドからはみ出るように形成することにより、過電流による抵抗器の発熱をサーミスタに伝え易くすることができるので、サーミスタが自己発熱しにくいためにトリップ状態に至らないような異常状態であっても、サーミスタの温度を上昇させて過電流を制限することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本発明の実施例と従来の電子機器のプリント基板のサーミスタ付近の回路パターンを示す平面図である。

【図2】図２は、サーミスタを使用した過電流保護回路を備えた電子機器の構成を示す回路図である。

【図3】図３は、電子機器にＤＣ２４Ｖの電源を誤接続した１例を示す回路図である。

【図4】図４は、電子機器にＤＣ２４Ｖの電源を誤接続した場合の過電流を示す図である。

【図5】図５は、電子機器にＡＣ２４Ｖの電源を誤接続した１例を示す回路図である。

【図6】図６は、電子機器にＡＣ２４Ｖの電源を誤接続した場合の過電流を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。本実施例においても、電子機器は保護対象の回路と過電流保護回路とを有する構成であり、その回路図は従来と同様なので、図２、図３、図５の符号を用いて説明する。図１（Ａ）は従来の電子機器１のプリント基板のサーミスタ付近の回路パターンを示す平面図、図１（Ｂ）は本実施例の電子機器１のプリント基板のサーミスタ付近の回路パターンを示す平面図である。

【0015】

図１（Ａ）、図１（Ｂ）において、１０ａ，１０ｂは絶縁体からなるプリント基板、１１，１２はチップタイプのサーミスタＲｔｈの電極１００，１０１が半田付けされた金属からなるパッド（第１、第２のパッド）１３，１４はチップタイプの抵抗器Ｒ１の電極１０２，１０３が半田付けされた金属からなるパッド（第３、第４のパッド）、１５は一端がパッド１１に接続され、他端が電源側に接続された金属からなる配線、１６ａ，１６ｂはパッド１２とパッド１３とを接続する金属からなる配線、１７は一端がパッド１４に接続され、他端がツェナーダイオードＺＤ１と回路３側に接続された金属からなる配線である。

【0016】

サーミスタＲｔｈは、正の温度係数を有するＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスタである。また、サーミスタＲｔｈと抵抗器Ｒ１とは、後述のように抵抗器Ｒ１の発熱をサーミスタＲｔｈに伝え易くするためにチップタイプの素子であることが好ましい。

【0017】

図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すように、プリント基板１０ａ，１０ｂ上のサーミスタＲｔｈの付近には、パッド１１～１４と、配線１５，１６ａ，１６ｂ，１７とが形成されている。
本実施例と従来との違いの１つは、抵抗器Ｒ１の発熱を配線を介してサーミスタＲｔｈに伝え、サーミスタＲｔｈの温度を上昇させるために、サーミスタＲｔｈのパッド１２と抵抗器Ｒ１のパッド１３の距離を近づけ、抵抗器Ｒ１をサーミスタＲｔｈの近傍に実装したことである。

【0018】

また、サーミスタＲｔｈが半田付けされるパッド１１，１２の大きさは、サーミスタＲｔｈの電極１００，１０１の大きさに合わせて設計される。従来の電子機器では、パッド１３からパッド１２への延伸方向（図１（Ａ）左右方向）に対して垂直方向（図１（Ａ）上下方向）の配線１６ａの幅Ｗ２は、パッド１２の幅Ｗ１に合わせて設計されている。

【0019】

これに対して、本実施例では、パッド１３とパッド１２を接続する配線１６ｂは、パッド１３からパッド１２への延伸方向（図１（Ｂ）左右方向）に対して垂直方向（図１（Ｂ）上下方向）の幅Ｗ３がパッド１２の幅Ｗ１よりも広く、サーミスタＲｔｈの下に形成される部分がパッド１２からはみ出るように形成される。

【0020】

以上のような構成により、本実施例では、例えば図５の例のように電子機器にＡＣ２４Ｖの電源が誤接続された場合で、サーミスタＲｔｈが自己発熱しにくい場合であっても、交流の過電流による抵抗器Ｒ１の発熱をサーミスタＲｔｈに伝えることで、サーミスタＲｔｈの温度を上昇させることができる。その結果、本実施例では、従来の電子機器でサーミスタＲｔｈが自己発熱しにくいためにトリップ状態に至らないような異常状態であっても、サーミスタＲｔｈの温度を上昇させてトリップ状態に遷移させることができ、サーミスタＲｔｈの抵抗値の上昇によって過電流を制限することができるので、回路３に故障が発生することはない。また、本実施例では、過電流に対応するためにツェナーダイオードＺＤ１や抵抗器Ｒ１の定格電力を大きくする必要がなくなる。

【産業上の利用可能性】

【0021】

本発明は、正特性サーミスタを利用する過電流保護技術に適用することができる。

【符号の説明】

【0022】

１…電子機器、２，５，６…電源、３…保護対象の回路、４…過電流保護回路、１０ｂ…プリント基板、１１～１４…パッド、１５，１６ｂ，１７…配線、Ｒｔｈ…サーミスタ、Ｒ１…抵抗器、ＺＤ１…ツェナーダイオード。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】