KR101390387B1

KR101390387B1 - 바리스터의 열폭주방지 시스템

Info

Publication number: KR101390387B1
Application number: KR1020130117701A
Authority: KR
Inventors: 김동진
Original assignee: 선광엘티아이(주)
Priority date: 2013-10-02
Filing date: 2013-10-02
Publication date: 2014-04-29
Anticipated expiration: 2033-10-02

Abstract

본 발명은 회로기판의 입력라인에 연결된 전원연결부재를 바리스터의 입력단자에 저온납땜으로 연결하면서 서지전류 등의 이상전류에 의해 저온납땜이 녹는 경우에 압축스프링의 탄력으로 분리되도록 하여 바리스터가 파손되는 것을 방지할 수 있는 바리스터의 열폭주방지 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 주요구성은, 전원이 입력되는 입력단자(11) 및 회로기판(60)에 연결된 상태로 출력라인에 연결되는 출력단자(12)를 구비하는 바리스터(10); 상기 바리스터(10)의 입력단자(11)에 일단이 저온납땜부(70)로 고정되고, 타단이 회로기판(60)의 입력라인에 연결되는 전원연결부재(30); 상기 바리스터(10) 및 전원연결부재(30) 사이의 상기 회로기판(60)에 고정되는 지지부재(40); 일단이 상기 지지부재(40)에 위치하고, 타단이 전원연결부재(30)로 연장된 압축스프링(50);를 포함하고, 상기 입력단자(11)는 회로기판(60)과 이격되도록 상기 바리스터(10)의 몸체에서 일측변의 중간으로 돌출되도록 형성되고, 상기 회로기판(60)의 입력라인은 회로기판의 상부면에 판형상으로 밀착되고, 상부면에 전원연결부재(30)의 입력부(32)가 고정되고, 상기 지지부재(40)는 'ㄷ'형상으로 함몰부가 형성되며, 함몰부에 압축스프링(50)이 압축된 상태로 수용되는 것을 특징으로 한다.

Description

바리스터의 열폭주방지 시스템{System preventing thermal runway for varistor}

본 발명은 바리스터의 열폭주방지 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 회로기판의 입력라인에 연결된 전원연결부재를 바리스터의 입력단자에 저온납땜으로 연결하면서 서지전류 등의 이상전류에 의해 저온납땜이 녹는 경우에 압축스프링의 탄력으로 분리되도록 하여 바리스터가 파손되는 것을 방지할 수 있는 바리스터의 열폭주방지 시스템에 관한 것이다.

서지 보호 장치는 서지(surge) 전압으로부터 장치를 보호하기 위한 응용기기로써, 전기 장치에 공급되는 안전 범위 이상의 이상 전압을 차단하거나 접지로 연결하여 감쇄시키는 것이다.

이러한, 서지 보호 장치는 그 기능에 따라 전압스위칭형, 전압제한형, 조합형의 3종류로 나뉜다. 전압스위칭형은 서지가 인가되지 않은 경우 높은 임피던스 상태이고, 전압서지가 있을 때는 급격하게 임피던스가 낮아지는 기능을 가진 서지 보호 장치이다. 이에 사용되는 소자의 예로, 에어갭, 가스방전관, 사이리스터, 트라이액 등이 있다.

전압제한형은 서지가 인가되지 않은 경우 높은 임피던스 상태이고, 서지전류와 전압이 상승하면 임피던스가 연속적으로 감소하는 기능을 가진 서지 보호 장치이다. 전압제한형 서지 보호 장치에 사용되는 소자의 예로, 바리스터, 억제 다이오드 등이 있다. 조합형은 전압스위칭형 소자와 전압제한형 소자를 갖는 서지 보호 장치이다.

인가전압의 특성에 따라 전압스위칭, 전압제한 또는 전압스위칭과 전압제한의 두 가지 동작을 하는 것으로 가스방전관과 바리스터를 조합한 서지 보호 장치가 있다.

상기 서지 보호장치 중 뇌해를 방지하기 위하여 단상교류 또는 삼상교류 전로나 직류 전로에 있어서 전기기기와 대지간에 천둥에 의한 과도기적인 과전압을 제한하고 서지(serge)전류를 분류하는 디바이스(device)로서 서지 보호 장치가 설치되어 있다. 이 서지 보호 장치용 소자로서는, 산화 아연 형태 바리스터(varistor)가 일반적으로 사용된다.

이러한, 산화 아연 형태 바리스터(varistor)는 낙뢰 등이 반복하여 입력되면 그 입력 레벨(level)에 따라서 순차적으로 전압이 떨어진다. 산화 아연 형태 바리스터의 입력 전압이 떨어지면 누설되는 전류가 증가하여 발열량이 증가하고 이에 따라 열 폭주에 의한 발연 발화의 원인이 된다. 이를 방지하기 위하여 산화 아연 형태 바리스터의 열 폭주에 의한 발연 발화를 방지하는 보호로서 온도퓨즈(fuse) 기능을 구비하고 있는 것이 제안되어 있다.

그러나 종래의 온도퓨즈 기능을 구비하는 바리스터는 온도퓨즈와 바리스터가 일체형으로 구성된 경우 열폭주를 방지하는 데 유리하나, 바리스터의 과열된 온도가 온도퓨즈에 제대로 전달되지 못하여 산화 아연 형태의 바리스터를 제대로 보호하지 못하는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 서지 보호 장치는 바리스터에서 발생된 열을 외부로 쉽게 방출하지 못하여 자연 발화 가능성이 높고, 바리스터가 과열되는 경우 자연 발화되어 비산함으로써 2차적으로 서지 보호 장치가 폭발할 수 있다는 문제점이 있었다.

등록특허 10-992426호 상기한 특허문헌에는 "열폭주 방지 소자가 구비된 방폭형 서지 보호 장치"에 대하여 개시되어 있다. 구체적으로는 원선에 연결되어 일정 수준 이상의 전원이 인가되면 흡수하여 접지로 도통시키는 바리스터와, 상기 바리스터 전단에 연결되어 상기 바리스터의 내부온도가 일정 값 이상으로 상승되면 상기 전원선으로부터 흡수되는 입력전원을 차단할 수 있는 온도퓨즈로 구성되되, 상기 바리스터는 복수로 구비되어 상호 직렬, 병렬 또는 직렬 및 병렬로 연결되되, 상기 복수의 바리스터 사이에 상기 온도퓨즈가 위치하여 상호 면접촉되고, 상기 복수의 바리스터는 상기 온도퓨즈와 압착되도록 그 외면이 열수축테이프로 권취된다. 그러나 상기한 특허문헌은 복수의 바리스터의 사이에 온도퓨즈를 장착하기 때문에 장치가 복잡해지고, 바리스터들의 설치면적이 확장되어야 하는 문제가 있으며, 한번 사용된 온도퓨즈를 교체작업 해야 하는 번거로운 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 회로기판의 입력라인에 연결된 전원연결부재를 바리스터의 입력단자에 저온납땜으로 연결하면서 서지전류 등의 이상전류에 의해 저온납땜이 녹는 경우에 압축스프링의 탄력으로 분리되도록 하여 바리스터가 파손되는 것을 방지할 수 있는 바리스터의 열폭주방지 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 바리스터의 열폭주방지 시스템은, 전원이 입력되는 입력단자(11) 및 회로기판(60)에 연결된 상태로 출력라인에 연결되는 출력단자(12)를 구비하는 바리스터(10); 상기 바리스터(10)의 입력단자(11)에 일단이 저온납땜부(70)로 고정되고, 타단이 회로기판(60)의 입력라인에 연결되는 전원연결부재(30); 상기 바리스터(10) 및 전원연결부재(30) 사이의 상기 회로기판(60)에 고정되는 지지부재(40); 일단이 상기 지지부재(40)에 위치하고, 타단이 전원연결부재(30)로 연장된 압축스프링(50);를 포함하고, 상기 입력단자(11)는 회로기판(60)과 이격되도록 상기 바리스터(10)의 몸체에서 일측변의 중간으로 돌출되도록 형성되고, 상기 회로기판(60)의 입력라인은 회로기판의 상부면에 판형상으로 밀착되고, 상부면에 전원연결부재(30)의 입력부(32)가 고정되고, 상기 지지부재(40)는 'ㄷ'형상으로 함몰부가 형성되며, 함몰부에 압축스프링(50)이 압축된 상태로 수용되는 것을 특징으로 특징으로 한다.

삭제

바람직하게, 상기 전원연결부재(30)는, 탄성변형이 용이하도록 만곡형상으로 형성되되, 일단은 상기 바리스터(10)의 입력단자(11)에 저온납땜으로 연결되는 연결부(31) 및 타단은 상기 회로기판(60)의 입력라인에 연결되어 전원이 입력되는 입력부(32)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

바람직하게, 상기 출력단자(12)는, 고온납땜에 의해 회로기판(60)에 연결되는 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명의 바리스터의 열폭주방지 시스템에 의하면, 회로기판의 입력라인에 연결된 전원연결부재가 서지전류 등의 이상전류가 유입되면서 발생된 고온에 의해 녹으면 압축스프링의 탄성으로 전원연결부재가 바리스터에서 물리적으로 분리되어 바리스터가 파손되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 전원연결부재를 다시 저온납땜으로 바리스터의 입력단자에 연결하면 바리스터의 교체없이 재사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바리스터의 열폭주방지 시스템을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 분리사시도이다.
도 3은 도 1의 전원연결부재가 입력단자에 접합되기 전을 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 4의 전원연결부재가 입력단자에 접합되었을 때를 나타낸 단면도이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공 되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 바리스터의 열폭주방지 시스템을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바리스터의 열폭주방지 시스템을 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 분리사시도이며, 도 3은 도 1의 전원연결부재가 입력단자에 접합되기 전을 나타낸 단면도이고, 도 4는 도 4의 전원연결부재가 입력단자에 접합되었을 때를 나타낸 단면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 바리스터의 열폭주방지 시스템은, 전원이 입력되는 입력단자(11) 및 회로기판(60)에 연결된 상태로 접지와 연결되는 출력단자(12)를 구비하는 바리스터(10)가 구비된다. 상기 바리스터(10)는, 입력단자(11)를 통해 일정수준 이상의 전원이 인가되면 흡수하여 출력단자(12)를 통해 접지로 도통시킨다. 상기한 일정 수준의 전원이라 함은 바리스터(10)에서 서지(surge)로 판단되는 임계 전압을 의미한다. 이러한, 바리스터(10)는 전원선으로부터 일정전압 이상 인가되는 경우 내부저항이 감소하면서 과전류를 흡수하여 접지로 유도함으로써 부하에 과전류가 흘러 부하가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 바리스터(10)는 당업자의 설계 변경에 따라 억제형 소자를 채택할 수도 있다.

또한, 바리스터(10)의 출력단자(12)는 900~1000도의 고온납땜으로 회로기판(60)에 도통되는 상태로 연결되는 것이 바람직하다. 따라서 출력단자(12)는 이상전류의 유입에 의해 고온이 발생되어도 회로기판(60)에서 분리되지 않는다.

그리고 상기 입력단자(11)는 회로기판(60)과 이격되도록 상기 바리스터(10)의 몸체에서 일측변의 중간으로 돌출되도록 형성된다. 즉, 바리스터(10)의 출력단자(12)는 회로기판(60)의 출력라인에 고정되고, 입력단자(11)는 바리스터(10)의 몸체 중간으로 돌출되도록 형성됨에 따라 상기 입력단자(11)는 회로기판(60)에 물리적으로 이격된 상태이므로 후술할 전원연결부재(30)를 통해서 입력되는 전원을 바리스터(10)에만 제공할 수 있다.

한편, 상기 바리스터(10)의 입력단자(11)에 일단이 저온납땜으로 고정되고, 타단이 회로기판(60)의 입력라인에 연결되는 전원연결부재(30)가 구비된다. 구체적으로 상기 전원연결부재(30)는 탄성변형 되도록 아크형태로 휘어지면서 일단에 바리스터(10)의 입력단자(11)에 저온납땜부(70)로 연결되는 연결부(31)가 형성되고, 회로기판(60)의 입력라인에 연결되어 전원이 입력되는 입력부(32)가 형성된다. 이때, 회로기판(60)의 입력라인은 회로기판의 상부면에 판형상으로 밀착시켜 전원연결부재(30)의 입력부(32)를 고정하면서 연결하는 것이 바람직하다.

따라서 회로기판(60)의 입력라인에 연결된 전원연결부재(30)의 입력부(32)를 통해 입력된 전원은 연결부(31)를 통해 입력단자(11)에 인가되어서 바리스터(10)에 제공된다. 이때, 입력부(32)는 고온납땜으로 회로기판(PCB)에 도통되는 상태로 연결되어 회로기판(60)에서 분리되지 않는다. 여기서, 전원연결부재(30)의 연결부(31)와 바리스터(10) 입력단자(11)를 연결하는 저온납땜부(70)는 130~230도의 저온으로 저온납땜 되는 것이 바람직하다. 특히, 상기 저온납땜부(70)는 227도, 217도, 183도, 178도, 138도 중 어느 하나의 온도로 납땜되는 크림납으로 구성될 수 있다.

한편, 상기 바리스터(10)와 전원연결부재(30) 사이에는 회로기판(60)의 표면에 고정되는 절연체의 지지부재(40)와, 상기 지지부재(40)와 전원연결부재(30)를 탄성으로 지지하는 압축스프링(50)이 구비된다. 상기 지지부재(40)는 'ㄷ'형상으로 함몰부가 형성되며, 함몰부에 압축스프링(50)이 압축된 상태로 수용되어 전원연결부재(30)에 밀착된다.

따라서 상기 저온납땜부(70)가 서지에 의해 융해되는 경우 압축스프링(50)이 전원연결부재를 바리스타(10)에서 이격되도록 밀어내기 때문에 전원연결부재(30)의 연결부(31)가 입력단자(11)에서 빠르게 분리될 수 있다. 즉, 전원연결부재(30)의 연결부(31)가 바리스터(10)의 입력단자(11)에서 빠르게 분리됨에 따라 바리스터(10)에 서지가 전달되는 것을 용이하게 차단할 수 있게 된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바리스터의 열폭주방지 시스템의 작용 및 효과에 대하여 살펴보기로 한다.

먼저, 상기 바리스터(10)의 출력단자(12)를 약900~1000도의 고온으로 납땜하여서 회로기판(60)의 출력라인에 고정하고, 출력라인에 미도시된 접지와 부하를 연결한다.

그리고 전원연결부재(30)의 입력부(32)를 회로기판(60)의 입력라인에 고정한다. 이때, 회로기판(60)의 입력라인은 회로기판의 상부면에 판형상으로 밀착시켜 전원연결부재(30)의 입력부(32)를 고정하면서 연결하는 것이 바람직하다. 이어서, 전원연결부재(30)의 연결부(31)가 입력단자(11)에 저온납땜으로 고정한다. 이후 바리스터(10)와 전원연결부재(30) 사이의 회로기판(60)에 지지부재(40)를 고정시킨 후 압축스프링(50)을 압축시킨 상태로 일단이 지지부재(40)의 함몰부에 고정하면서 타단이 전원연결부재(30)에 밀착되도록 위치시킨다.

이와 같은 상태에서, 정격전압의 전류가 입력되는 경우 전원연결부재(30)의 입력부(32)를 통하고, 바리스터(10)의 입력단자(11)를 통해서 바리스터(10)에 인가된다. 이때, 바리스터(10)는 과전류가 입력되는 경우 과전류를 흡수하여 접지로 유도하므로 부하가 손상되는 것을 방지한다.

여기서, 바리스터(10)는 뇌전류를 접지로 도통시키는 과정에서 온도가 상승된다. 따라서 저온납땜부(70)는 바리스터(10)의 접지로 도통되는 뇌전류에 의한 고온에 의해 융해된다. 이어서, 저온납땜부(70)가 융해됨에 따라 전원연결부재(30)의 연결부(31)가 바리스터(10)의 입력단자(11)에서 분리되면 압축된 압축스프링(50)이 전원연결부재(30)를 밀어내어 입력단자(11)와 연결부(31)가 빠르게 이격되는 것이다. 즉, 연결부(31)가 입력단자(11)에서 분리되어서 이격됨에 따라 뇌전류가 입력단자(11)를 통해 바리스터(10)로 입력되는 것을 차단할 수 있다. 따라서 바리스터(10)는 연결부(31)가 입력단자(11)에서 분리됨에 따라 뇌전류가 더 이상 입력되지 않아서 작동이 중지되므로, 더 이상의 온도상승이 중지됨에 따라 소손되지 않는다.

한편, 바리스터(10)로 입력되는 뇌전류에 의해 발생되는 고온에 의해 저온납땜부(70)가 융해되어 연결부(31)가 입력단자(11)에서 분리된 경우, 전원연결부재(30)를 가압하여서 연결부(31)가 입력단자(11)에 접촉되게 한 상태에서 저온납땜부(70)를 다시 형성하면 연결부(31)를 입력단자(11)에 고정시킬 수 있다. 이에 의해, 연결부(31)를 입력단자(11)에 쉽고 빠르게 다시 연결할 수 있을 뿐만 아니라, 바리스터(10)가 재사용될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 입력되는 일정 수준 이상의 전류를 접지로 도통시키는 바리스터가 도통과정에서 발생되는 열에 의해 소손되는 것을 방지하도록 전류가 입력되는 전원연결부재의 일단을 바리스터의 입력단자에서 분리시켜서 과전류를 차단할 수 있다. 따라서 바리스터는 입력되는 뇌전류가 원천적으로 차단되므로 뇌전류를 접지로 도통시키지 않게 되어, 뇌전류를 접지로 도통시키는 과정에서 발생되는 열에 의해 소손되지 않을 뿐만 아니라 고온으로부터 보호될 수 있어서 장기간 사용될 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 바리스터의 열폭주방지 시스템의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 바리스터 11 : 입력단자
12 : 출력단자 30 : 전원연결부재
31 : 연결부 32 : 입력부
40 : 지지부재 50 : 압축스프링
60 : 회로기판 70 : 저온 납땜부

Claims

전원이 입력되는 입력단자(11) 및 회로기판(60)에 연결된 상태로 출력라인에 연결되는 출력단자(12)를 구비하는 바리스터(10);
상기 바리스터(10)의 입력단자(11)에 일단이 저온납땜부(70)로 고정되고, 타단이 회로기판(60)의 입력라인에 연결되는 전원연결부재(30);
상기 바리스터(10) 및 전원연결부재(30) 사이의 상기 회로기판(60)에 고정되는 지지부재(40);
일단이 상기 지지부재(40)에 위치하고, 타단이 전원연결부재(30)로 연장된 압축스프링(50);를 포함하고,
상기 입력단자(11)는 회로기판(60)과 이격되도록 상기 바리스터(10)의 몸체에서 일측변의 중간으로 돌출되도록 형성되고,
회로기판(60)의 입력라인은 회로기판의 상부면에 판형상으로 밀착되고, 상부면에 전원연결부재(30)의 입력부(32)가 고정되고,
상기 지지부재(40)는 'ㄷ'형상으로 함몰부가 형성되며, 함몰부에 압축스프링(50)이 압축된 상태로 수용되는 것을 특징으로 하는 바리스터의 열폭주방지 시스템.
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청구항 1에 있어서, 상기 전원연결부재(30)는,
탄성변형이 용이하도록 만곡형상으로 형성되되, 일단은 상기 바리스터(10)의 입력단자(11)에 저온납땜으로 연결되는 연결부(31) 및
타단은 상기 회로기판(60)의 입력라인에 연결되어 전원이 입력되는 입력부(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 바리스터의 열폭주방지 시스템.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 출력단자(12)는, 고온납땜에 의해 회로기판(60)에 연결되는 것을 특징으로 하는 바리스터의 열폭주방지 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 저온납땜부(70)는, 130~230도의 저온으로 납땜되는 것을 특징으로 하는 바리스터의 열폭주방지 시스템.
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