JPH11341674A - 電位から電気構成部分を保護する回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 簡単な様式で従来の保護要素により、不所望
な値の電位から電気構成部分を確実に保護することを可
能にする、不所望な値の電位から電気構成部分を保護す
る回路装置を提供する。 【解決手段】 電圧供給装置から壊れやすい構成部分に
通じる少なくとも１つの導体に遮断位置を備え、かつサ
プレッサダイオードの１つの端子を、通常動作の場合、
すなわちダイオードが通し合金される前に遮断位置を橋
絡するために使用する。この時、サプレッサダイオード
がはんだから外れると、それでもなお壊れやすい構成部
分は、この時に遮断位置によって切離される導体に基付
いて、もはや許容できない電圧を引起こす電圧供給装置
には接続されていないので、許容できない電圧から保護
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気構成部分が、
導体を介して電位に接続されており、保護要素が設けら
れており、この保護要素の一方の端子が、電気構成部分
と電位との間の導体に接続されている、不所望な値の電
位から電気構成部分を保護する回路装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような回路装置は、例えば電圧供給
を行なう装置において電気装置が動作し、その際、例え
ば高すぎる出力電圧のように許容できない電圧値が生じ
ることがあるときに、使用される。そのために実例とし
て自動車における典型的な電圧供給装置が挙げられ、こ
の電圧供給装置は、調整器を備えた三相交流発電機及び
バッテリーを有する。このような装置において、三相交
流発電機から発生される所定の電圧尖頭値は、調整器又
はバッテリーによってあらゆる場合に許容できるように
抑圧されるわけではないので、このような電圧尖頭値
は、電圧供給装置によって給電される場合によっては壊
れやすい電気装置に到達することがある。このような場
合に、保護処置が設けられていない場合、電気装置の損
傷が生じることがある。

【０００３】電気装置のための周知の保護処置は、壊れ
やすい構成部分を保護するために、電気装置内に回路装
置を設け、この回路装置が、保護すべき構成部分に対し
て並列に接続されており、さもなければ電位の源、した
がって通常電圧供給装置と保護すべき構成部分との間に
配置されることにある。保護要素として、しばしばいわ
ゆるサプレッサダイオードが使用され、これらのサプレ
ッサダイオードは、その両方の端子間の電圧が許容でき
ないほど高い際に、端子間の接続を行なうという特殊な
特性を有し、それにより電気装置内においてこの電圧
は、短絡され、したがって保護すべき構成部分に到達し
ない。その際、電気装置内又はその前に、短絡による後
続損傷を避けるためになおヒューズが配置されている。

【０００４】周知の保護要素において、許容できない電
圧の生じた際の保護作用は、保護要素の同時の強力な加
熱を伴って現われるという問題が生じる。通常このよう
な保護要素は、プリント板上に配置されており、かつこ
のようなプリント板にほとんどの場合にはんだによって
電気的に接続されているので、保護過程の際の保護要素
の加熱によって、同様に保護要素の機械的な取付けのた
めに利用されるはんだが同様に加熱されるということが
生じることがある。その結果、はんだは、まず液状にな
り、それにより場合によっては流出する。強力な加熱の
際に、はんだが蒸発することも起こり得る。両方の場合
に、保護要素の機械的な固定、したがって確実な電気的
な接続は、もはや保証されていない。

【０００５】前に挙げた効果がなくとも、すなわちはん
だの流出又は蒸発がなくとも、すでにはんだの液状化の
際に、保護要素又は電気装置に機械的な振動が作用する
と、保護要素の確実な接続はもはや保証されていない。
このような場合、保護要素が、もっぱらはんだによって
機械的に固定される場合、保護要素は、保護作用が始ま
る前に、又はヒューズが破壊される前に、プリント板か
ら落下するという危険が存在する。

【０００６】前記の危険は、保護要素を、はんだ付けに
加えてなお別の方法で機械的に固定すれば、例えば接着
剤により又は電気接続線材を曲げることによって固定す
れば、減少することができる。ただし最後に挙げた処置
は、いわゆる表面取付け可能な構成部分（ＳＭＤ＝サー
フェス・マウンテッド・デヴァイセズ）には適用するこ
とができない。このような取付け方法の別の欠点は、追
加的な手間が、かつそれにより追加的なコストが、電気
装置の製造の際に生じることにある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】それ故に本発明の課題
は、簡単な様式で従来の保護要素により、不所望な値の
電位から電気構成部分を確実に保護することを可能にす
る、不所望な値の電位から電気構成部分を保護する回路
装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この課題は、特許請求の
範囲第１項に記載の本発明により、次のようにして解決
される。すなわち導体が、遮断位置を有し、保護要素の
端子が、遮断位置によって互いに切離された導体の部分
を結合している。本発明の変形及び有利な構成は、特許
請求の範囲従属請求項に記載されている。

【０００９】本発明の利点は、電気装置の製造の際に追
加的な手間を必要とすることなく、任意の電気装置にこ
れを使用することができるという点にある。保護要素を
配置しようとする部分を製造する際に、いずれにせよ保
護要素が電気構成部分に電位を導く導体に接続される位
置において、遮断位置を設けるだけでよい。とくに保護
要素及び場合によっては保護すべき電気構成部分のため
に支持体としてプリント板を使用する場合、そのために
プリント板の製造の際に追加的な手間は必要ない。例え
ば加えておおいに耐熱性でなければならない保持板又は
接着剤のように、保護要素を機械的に固定する別の補助
手段の利用は、不要である。

【００１０】本発明の機能様式は、次のようになってい
る。すなわち保護作用が生じる際、はんだの流出又は蒸
発、又は保護要素の脱落は、保護作用が生じる前に保護
要素の端子によって橋絡される本発明による遮断位置の
切離しを引起こすので、保護要素の保護作用がなくと
も、保護すべき構成部分は、確実に不所望な値の電位か
ら保護される。なぜならこの時、保護すべき構成部分
は、もはやこの電位に接続されていないからである。し
たがって本発明は、保護作用によって生じることがある
前記のあらゆる場合をカバーしている。

【００１１】本発明の有利な変形において、保護要素は
が、プリント板上に取付けるために表面に取付け可能な
構成部分（ＳＭＤ）として形成されている。このこと
は、保護要素としてきわめて望ましいコストの構成部分
を使用することができるという利点を有する。

【００１２】本発明の別の有利な変形において、保護要
素の端子が遮断位置によって互いに切離された導体の部
分を結合する導体の位置において、特殊な接続場所が設
けられており、この接続場所の形は、保護要素が導体の
部分のために確実な機械的及び電気的結合を有するよう
に、保護要素の事実にしたがって形成されている。とく
に保護要素として表面取付け可能な構成部分を利用する
際、接続場所は、いわゆるはんだパッドとして形成され
ている。その際、その他の導体の幅と比較して比較的幅
広い導体路片が問題になり、この導体路片の形は、ここ
に取付けるべき構成部分に合わされている。はんだパッ
ドは、ほとんどの場合、長方形に形成されている。

【００１３】例えばダイオード、バリスタ又はサイリス
タのように、ここにおいて考慮される保護要素は、通常
少なくとも１つの別の端子を有するので、本発明の前記
の機能様式が生じる際に、遮断位置が設けられた端子に
おいても遮断位置の切離しを行なう必要性がある。この
ことは、通常従来の保護要素を使用した際に、これらが
非対称のハウジングを有することだけで保証されてお
り、このことは、ハウジング内においてかつそれにより
保護要素の端子においても不均一な温度分布に通じる。
それ故になるべく期待すべき温度分布に基付いて保護作
用が生じる際に最高の温度が生じる保護要素の端子は、
遮断位置を橋絡するために利用される。

【００１４】本発明の有利な構成において、保護要素の
少なくとも１つの別の端子のために、別の接続場所が設
けられており、この接続場所は、共通に分割された接続
場所の部分より大きな面積を有する。それにより比較的
対称的なハウジングを有する保護要素においても前記の
所望の温度分布は、所望のように影響を及ぼすことがで
き、すなわち遮断位置を持たない別の接続場所における
熱の放出は、意図して改善される。

【００１５】別の有利な変形において、１つ又は複数の
別の接続場所も、それぞれ１つの遮断位置を有する。こ
のことは、電気装置の構造における熱力学的な効果を考
慮しなくともよいという利点を有する。

【００１６】本発明の有利な変形によれば、保護作用の
開始の際に、その外側の幾何学的な形が変化する保護要
素が利用され、その結果、遮断位置を橋絡する保護要素
の端子は、保護作用の開始の際に、機械的に遮断位置か
ら離れ、したがって導体の部分は、互いに接続されてい
ない。なるべくその際、保護要素は、これが配置された
プリント板に対して凸面の形をとるので、前に遮断位置
を橋絡していた端子は、この時にプリント板から持ち上
がる。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に本発明を図面を参照しながら
実施例によって詳細に説明する。

【００１８】図において同じ参照符号は、互いに対応す
る部分のために使われる。

【００１９】図１に、許容できない電位から電気構成部
分を保護する回路装置の基本的な様式が示されている。
図１による表示は、周知の回路装置にも本発明による回
路装置にも当てはまる。

【００２０】記号的に示された電圧供給を行なう装置１
は、電気導体５、８を介して電気装置２に電位差を与え
る。装置１において、例えば三相交流発電機、トランジ
スタ調整器及びバッテリーを有する自動車における電圧
供給装置、又は不十分に安定化された給電網部分も問題
になる。

【００２１】電気装置２内に、電気構成部分３が配置さ
れており、この電気構成部分は、所定の許容された範囲
内になければならない動作電圧における動作のために設
けられている。動作電圧がこの範囲の外にある場合、電
気構成部分３は、損傷することがある。電気構成部分３
として、用途に応じて、例えば発光ダイオードのような
１つの電気又は電子構成要素、又は例えばマイクロプロ
セッサ及びメモリブロックを含む多数の電気又は電子構
成要素を有する回路装置を利用することができる。電気
構成部分３は、電気導体６、９を介して、電気装置２に
供給される電位差を動作電圧として供給される。

【００２２】電気構成部分３に、保護要素４が並列接続
されている。保護要素４は、図１による実施例におい
て、サプレッサダイオードとして形成されており、かつ
所定の値を越える電圧が加わった際に、その両方の端子
の間の接続を行なう特性を有し、このことは、通し合金
（Ｄｕｒｃｈｌｅｇｉｅｒｅｎ）と称する。保護作用の
この特殊な様式のために、ダイオード４は、電気構成部
分３に対する並列配置を必要とする。それ故にダイオー
ド４は、接続点７において導体５、６に、かつ接続点１
０において導体８、９に接続されている。

【００２３】さらに導体５は、ヒューズ２１を有する。
ヒューズは、図１に示すように、電気装置２内に又はそ
の外に配置してもよい。

【００２４】この時、電圧を供給する装置１の誤動作に
基付いて、許容できない電位又は許容できないほど高い
又は低い電位差が、電気導体５、８を介して電気装置２
に到達すると、ダイオードは、通し合金され、したがっ
て接続点７、１０の間に短絡を引起こす。それにより許
容できない電位差は、導体６、９を介して電気構成部分
３に到達しない。その上さらにその直後に、ヒューズ２
１が応答し、かつ短絡によって引起こされるそれ以上の
電流流通を遮断する。それにより電気構成部分３は、損
傷を防止される。

【００２５】図２及び３に、図１において電気回路記号
によって示された回路装置が、断片的に示されている。
部分１、３、２１は欠けている。図３において、さらに
ダイオード４は示されていない。

【００２６】導体５、６、８、９は、図２及び３におい
て同様に断片的に電気導体路として示されており、これ
らの電気導体路は、わかりやすくするために同じ参照符
号を備えている。

【００２７】図２は、プリント板１８の平面図を示して
おり、このプリント板上に、電気導体路５、６、８、
９、１５、第１のはんだパッド１１、１２及び第２のは
んだパッド１４が配置されている。はんだパッド１１、
１２、１４は、部分的にその上に配置されたダイオード
４によって覆われている。ダイオード４は、端子１６、
１７を有し、これらの端子は、はんだによって、なるべ
くはんだすずによって、電気的及び機械的にはんだパッ
ド１１、１２、１４に結合されている、その他にはんだ
パッド１１、１２は、導体路５、６に接続されている。
はんだパッド１４は、導体路１５を介して導体路８、９
に接続されている。

【００２８】はんだパッド１１、１２は、遮断位置１３
を有し、この遮断位置によってはんだパッドは、個々の
電気的に互いに切離された２つの部分１１又は１２に分
割される。その際、部分１１は、電圧を供給する装置１
に通じる導体路５に接続されている。部分１２は、電気
構成部分３に通じる導体路に接続されている。保護作用
が始まる前に、すなわちダイオード４の通し合金の前
に、ダイオード４の端子１６は、遮断位置１３を橋絡し
ているので、はんだパッドの部分１１、１２は、はんだ
によって電気的に接続されている。

【００２９】保護作用が始まると、すなわちダイオード
４が、あまりに高い電圧によって通し合金されると、ダ
イオード４の加熱のためにはんだは液状化する。加熱の
強さに応じて、はんだの液状化が起こることもできる。
この場合、前に望まれていた端子１６による遮断位置１
３の橋絡は、もはや確実には保証されておらず、このこ
とは、全く望ましい。なぜならこれによっても電気構成
部分３は、許容できない電圧値から保護されるからであ
る。加熱の強さと期間に応じて、電気装置２の機械的な
振動の際に、図３に示すように、ダイオード４がプリン
ト板１８から離れることが起こることもできる。

【００３０】図３に、図２により前に説明した配置が、
ダイオードを含まずに示されており、すなわち電気装置
２の製造の際にダイオード４をはんだ付けする前、又は
加熱によりはんだが外れた後において示されている。

【００３１】遮断位置１３は、分割されたはんだパッド
の部分１１、１２の間の分割線をなしている。この分割
線は、なるべく直接隣接する導体路５、６に対して垂直
又はほぼ垂直に配置されている。それにより図２及び４
に示すように、ＳＭＤ構成様式の通常市販のサプレッサ
ダイオードを利用することができる。

【００３２】はんだパッド１４は、分割されたはんだパ
ッドの部分１１、１２よりも大きな面積を有する。それ
により対称的に構成された保護要素を使用する際にも、
分割されていないはんだパッド１４における熱放出が分
割されたはんだパッド１１、１２と比較して改善されて
いるように、相応した非対称の温度分布が保証されてい
る。この理由により分割されたはんだパッド１１、１２
における保護要素の加熱は、分割されていないはんだパ
ッド１４におけるものよりも迅速な温度上昇を引起こす
ので、まずここにおいてはんだは液状化する。

【００３３】図４及び５において、電気装置２の図２に
示された部分は、側面図で示されている。

【００３４】図４において、保護作用はまだ始まってい
ない。ダイオード４は、その電気端子１６、１７及びは
んだ１９、２０を介して、プリント板１８上に配置され
た前記のはんだパッド１１、１２、１４に電気的及び機
械的に結合されている。ここに示された構成様式におい
て、保護作用が始まる際、すなわち加熱の際に、機械的
に変形するダイオード４が使用される。

【００３５】図５に、このように機械的に変形したダイ
オード４が示されている。ダイオード４は、保護作用の
始まる際に、プリント板１８から離れるように湾曲し、
すなわちはんだがまず液状化する端子は、プリント板１
８から離れる。この場合、端子１６が問題になってい
る。ダイオード４のこのような挙動は、ダイオードが、
異なった熱膨張係数を有する材料の少なくとも２つの層
からなることによって、ダイオード４の多層構成により
所望のように意図して設けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による回路装置の概略的な電気回路図で
ある。

【図２】保護要素及びプリント板の本発明に該当する部
分を示す平面図である。

【図３】保護要素を含まない図２による表示である。

【図４】保護作用が始まる前の図２による表示の側面図
である。

【図５】保護作用が始まった後の図４による表示であ
る。

【符号の説明】

１ 電圧供給装置 ２ 電気装置 ３ 構成部分 ４ 保護要素 ５ 導体 ６ 導体 １１ 接続場所 １２ 接続場所 １３ 遮断位置 １６ 端子 １７ 端子 １８ プリント板 ２０ 結合手段

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ａ）電気構成部分（３）が、導体（５，
   ６）を介して電位に接続されており、 ｂ）保護要素（４）が設けられており、この保護要素の
   一方の端子（１６）が、電気構成部分（３）と電位との
   間の導体（５，６）に接続されている、 不所望な値の電位から電気構成部分（３）を保護する回
   路装置において、 ｃ）導体（５，６）が、遮断位置（１３）を有し、 ｄ）保護要素（４）の端子（１６）が、遮断位置（１
   ３）によって互いに切離された導体（５，６）の部分を
   結合していることを特徴とする、不所望な値の電位から
   電気構成部分（３）を保護する回路装置。
2. 【請求項２】 保護要素（４）が、プリント板（１８）
   上の表面に取付け可能な構成部分として形成されている
   ことを特徴とする、請求項１に記載の回路装置。
3. 【請求項３】 ａ）導体（５，６）に保護要素（４）を
   接続するために、接続場所（１１，１２）が、とくに表
   面取付け可能な構成部分のためのはんだパッドが設けら
   れており、 ｂ）接続場所（１１，１２）が、互いに電気的に切離さ
   れた少なくとも２つの部分に分割されるように、遮断位
   置（１３）を含み、その際、接続場所のそれぞれ一部
   （１１又は１２）が、電気導体の一部（５又は６）に接
   続されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載
   の回路装置。
4. 【請求項４】 保護要素（４）の別の端子（１７）が、
   別の接続場所（１４）に取付けられており、この接続場
   所が、共通に分割された接続場所（１１，１２）の部分
   より大きな面積を有することを特徴とする、請求項３に
   記載の回路装置。
5. 【請求項５】 分割された接続場所（１１，１２）が、
   分割線を有し、この分割線が、導体（５，６）の直接隣
   接する部分に対して垂直又はほぼ垂直であることを特徴
   とする、請求項３又は４に記載の回路装置。
6. 【請求項６】 分割された接続場所（１１，１２）の部
   分が、互いに少なくとも０．７ｍｍの間隔を有すること
   を特徴とする、請求項３ないし５の１つに記載の回路装
   置。
7. 【請求項７】 保護要素（４）が、ダイオードとして又
   はバリスタとして又はサイリスタとして形成されている
   ことを特徴とする、請求項１ないし６の１つに記載の回
   路装置。
8. 【請求項８】 保護要素（４）が、保護すべき電気構成
   部分（３）に対して並列に接続されていることを特徴と
   する、請求項１ないし７の１つに記載の電気回路。
9. 【請求項９】 電気導体（５，６）の部分を結合する保
   護要素（４）の端子（１６）が、互いに切離して取付け
   可能かつ電気的に互いに接続された少なくとも２つの端
   子脚として形成されていることを特徴とする、請求項１
   ないし８の１つに記載の回路装置。
10. 【請求項１０】 別の接続場所（１７）が、互いに電気
    的に切離された少なくとも２つの部分を有することを特
    徴とする、請求項４ないし９の１つに記載の電気回路。
11. 【請求項１１】 その保護機能の応答の際に、とくに加
    熱の際に、その幾何学的な形を変える保護要素（４）を
    利用することを特徴とする、請求項１ないし１０の１つ
    に記載の回路装置。
12. 【請求項１２】 保護要素（４）が、異なった熱膨張係
    数を有する材料の少なくとも２つの層からなることを特
    徴とする、請求項１ないし１１の１つに記載の回路装
    置。
13. 【請求項１３】 ａ）保護要素（４）の端子（１６）
    が、接続手段（２０）によって、導体（５，６）に、と
    くに分割された接続場所（１１，１２）に接続されてお
    り、 ｂ）保護要素（４）の保護機能が応答したとき、接続手
    段（２０）が、そのアセンブリー状態を変えることを特
    徴とする、請求項１ないし１２の１つに記載の回路装
    置。
14. 【請求項１４】 接続手段（２０）として、はんだが、
    とくにはんだすずが利用されることを特徴とする、請求
    項１３に記載の回路装置。