ЭЛЕКТРОННЫЙ УСТАНОВОЧНЫЙ ПРИБОР Российский патент 2024 года по МПК H01H71/40 

Изобретение относится к электронному установочному прибору согласно родовому понятию пункта 1 формулы изобретения. Электронный установочный прибор для управления нагрузкой в электрической токовой цепи, содержащий признаки ограничительной части независимого пункта 1, известен из документа DE 10 2017 110897 A, 23.11.2017.

Подобные электронные установочные приборы могут содержать переключающие контакты, например, реле, или силовые полупроводниковые компоненты для проведения нагрузочного тока и электронные управляющие устройства для управления катушкой реле или для управления силовыми полупроводниковыми компонентами.

Часто такие электронные установочные приборы используются в системах электрических установок домового оборудования и спроектированы для нагрузочного тока заметно ниже номинального тока, например, 16 ампер, обычных токовых цепей домового оборудования. Например, переключатель жалюзи, выключатели с часовым механизмом и т.п. проектируются для нагрузочного тока в диапазонах от 3 ампер до 8 ампер.

Электронные установочные приборы, при испытаниях, соответствующих стандарту, должны испытываться с током отключения предвключенного предохранительного элемента, предпочтительно линейного защитного автомата, домовой установки. Ввиду различия между нагрузочным током электронного установочного прибора и тока отключения предвключенного на стороне здания предохранительного элемента, электронный установочный прибор был бы недостаточно защищен, а именно, по слишком высокому току. При токе перегрузки в диапазоне между номинальным током прибора и током отключения предвключенного предохранительного элемента домового оборудования, электронный установочный прибор оказался бы незащищенным и мог бы выйти из строя.

С точки зрения техники безопасности, в подобных случаях требуется размещение собственного предохранителя прибора, чтобы защитить его от тока перегрузки. Известно, что в электронных системах с силовой цепью и с цепью управляющего тока используются быстродействующие плавкие предохранители, которые предпочтительно расположены в силовой цепи, в качестве собственных предохранителей приборов. Электронные системы с помощью подобного устройства защиты от тока перегрузки надежно защищены от тока короткого замыкания в силовой цепи.

Когда в силовой цепи протекает ток, которые меньше, чем ток короткого замыкания, но больше, чем номинальный ток прибора, электронные компоненты все еще могут быть повреждены. Обычно, эта так называемая перегрузка определяется как превышение допустимого тока в электрически неповрежденной токовой цепи. При этом обусловленное током выделение тепла разрушает электрические проводники и компоненты из-за превышения допустимых предельных температур. Устройство защиты от перегрузки обнаруживает нагрев проводников и/или компонентов и отключает токовую цепь по меньшей мере временно.

Токи короткого замыкания и токи перегрузки обуславливают различные технические требования к защитным устройствам. Как при коротком замыкании, так и при перегрузке, токоведущие проводники нагреваются до недопустимо высоких температур. Существенное различие состоит в том, что, в случае короткого замыкания при высоких токах короткого замыкания, недопустимо высокое количество тепла может выделяться уже за доли электрической полуволны (полупериода переменного напряжения). Плавкие предохранители расплавляются и при высоких токах короткого замыкания за достаточно короткое время. В случае перегрузки возникают токи, которые лишь немного превышают максимальную долговременную допустимую нагрузочную способность проводника, и нагревают проводник только спустя более продолжительное время до недопустимо высоких температур. В нагружаемой таким образом токовой цепи, предпочтительно, реверсивный предохранитель может обеспечивать то, что на проводниках и компонентах не сможет достигаться недопустимо высокая температура, и обеспечивается защита при перегрузке.

С помощью единственного, внутреннего для прибора предохранителя может обеспечиваться защита как в случае короткого замыкания, так и в случае перегрузки. При этом расчет (выбор параметров) плавкого предохранителя в общем случае ориентируется на более низкое значение для случая перегрузки. Следствием этого является то, что предохранитель срабатывает чаще, чем необходимо. Недостатком является то, что такие плавкие предохранители после срабатывания разрушаются и должны заменяться, чтобы восстанавливать работоспособность прибора после устранения ситуации перегрузки.

Известные выключатели защиты прибора или выключатели защиты проводника, которые оба обеспечивают конкретный тип защиты в случаях тока перегрузки, невозможно использовать в электронных приборах, которые реализуются с мелкими деталями и в основном на проводящих дорожках, ввиду их габаритов и конструкции. Термические защитные устройства с механическими компонентами также невозможно применять в качестве защиты от перегрузки, ввиду их габаритов.

Кроме того, известны самовосстанавливающиеся предохранители, например, электрические компоненты с PTC-характеристикой (положительным температурным коэффициентом), которые состоят из терморезистора на полимерной основе с положительным температурным коэффициентом (позистора) с нелинейной характеристикой сопротивления. Такой позистор при нормальной температуре является низкоомным. Если позистор нагревается, например, за счет внешнего подвода тепла, он становится высокоомным, благодаря чему протекание тока сильно ограничивается. Если подвод тепла снижается, то позистор охлаждается и вновь становится низкоомным.

Электронные установочные приборы реализуются преимущественно из мелких деталей (миниатюрными) на компоновках (пакетах) проводящих дорожек. Реализация полной защиты от тока перегрузки на основе структур проводящих дорожек до сих пор не известна, так как, в частности, обычная геометрия проводящих дорожек с малыми толщинами слоя и большими поверхностями не пригодна для нагружения различными предельными значениями тока. Защита от короткого замыкания с помощью плавкого предохранителя требует во всех остальных местах структуры проводящих дорожек более высокого интеграла плавления и, следовательно, больших поверхностей проводящих дорожек. Необходимое для защиты от перегрузки с помощью PTC-элементов выделение тепла и отвод тепла проводника невозможно реализовать с обычными ширинами проводящей дорожки. Однако требуемая суженная проводящая дорожка в случае короткого замыкания была бы разрушена.

Реализация защиты от перегрузки на основе PTC привела бы к тому, что на компоновке проводящих дорожек была бы невозможна отдельная защита от короткого замыкания. Соответствующий предохранитель домашнего оборудования, чаще всего обратимый автомат, должен был бы заменяться соответственно меньшему номинальному току установочного прибора.

Не известно решение, которое защищает установочные электронные приборы отдельно и оптимальным образом в обоих сценариях тока перегрузки.

Поэтому задача предложенного изобретения состоит в том, чтобы устранить вышеуказанные недостатки и реализовать электронный установочный прибор с собственными (принадлежащими прибору) устройствами защиты от короткого замыкания и от перегрузки.

Эта задача решается признаками, приведенными в пункте 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления следуют из зависимых пунктов Формулы изобретения.

Изобретение согласно пункту 1 формулы изобретения имеет преимущество, состоящее в том, что соответствующий изобретению электронный установочный прибор защищен от тока перегрузки посредством комбинации двух отдельных согласованных друг с другом устройств защиты. Первое устройство защиты от тока перегрузки защищает от короткого замыкания, в то время как второе устройство защиты от тока перегрузки обеспечивает защиту в случае перегрузки.

Электронный установочный прибор может предпочтительно быть включен последовательно с нагрузкой. Схемотехнически, электронный установочный прибор может содержать цепь нагрузочного тока и цепь управляющего тока, которые связаны термически и физически/электрически. Цепь нагрузочного тока может содержать первое устройство защиты от тока перегрузки, резистивный элемент и элемент прерывания цепи, которые могут быть расположены последовательно между источником тока и электрической нагрузкой.

Устройство обнаружения тока перегрузки может взаимодействовать с устройством управления как второе устройство защиты от тока перегрузки. Устройство управления может располагаться в цепи управляющего тока и функционально соединяться с элементом прерывания цепи в цепи нагрузочного тока. Устройство обнаружения тока перегрузки может включать в себя сенсорный элемент в цепи управляющего тока, предпочтительно обратимый электрический компонент, например, в форме терморезистора с положительным температурным коэффициентом (PTC), и резистивный элемент в цепи нагрузочного тока, который термически связан с PTC-элементом. Резистивный элемент проходит как гальванически отделенная проводящая дорожка под PTC-элементом.

Электронный установочный прибор может, по меньшей мере частично, быть реализован на конфигурации (узле) печатной платы и может в цепи нагрузочного тока содержать первое устройство защиты от тока перегрузки в форме плавкого предохранителя, который защищает принадлежащие прибору электрические компоненты и проводники при коротком замыкании. Это означает, что интеграл плавления защищаемых компонентов и проводящих дорожек выше, чем интеграл плавления предохранителя. Предохранитель теперь проектируется только для случая короткого замыкания, а не для случая перегрузки.

Резистивный элемент в форме проводящей дорожки цепи нагрузочного тока выполняется специальным образом, чтобы, с одной стороны, в случае короткого замыкания не разрушаться, а с другой стороны, обеспечивать возможность обнаружения термической энергии в случае перегрузки. Проводящая дорожка может на этом месте состоять из двух параллельно включенных проводящих дорожек различной ширины. При этом отношение ширин составляет предпочтительно 5 к 1. Широкая проводящая дорожка воспринимает ток короткого замыкания, в то время как узкая проводящая дорожка служит для обнаружения случая перегрузки. При этом общий интеграл плавления обеих проводящих дорожек выше, чем интеграл плавления плавкого предохранителя.

При нормальных условиях эксплуатации, электронный установочный прибор находится в состоянии с низкой температурой и низким сопротивлением. В случае короткого замыкания, ток очень быстро возрастает и приводит плавкий проводник в первом устройстве защиты от тока перегрузки к расплавлению, благодаря чему протекание тока через предохранитель долговременно прерывается. Так как общий интеграл плавления обеих проводящих дорожек резистивного элементы выше, то на этом месте не происходит никакого повреждения. Узкая проводящая дорожка при этом не разрушается, так как, при протекании высокого тока в случае короткого замыкания, ток использует путь с наименьшим сопротивлением через выполненную достаточно широкой проводящую дорожку. Плавкий предохранитель не вызывает отключение при перегрузке в диапазоне между током короткого замыкания (ток отключения плавкого предохранителя) и номинальным током установочного прибора.

В случае перегрузки, ток через резистивный элемент возрастает сравнительно медленно, причем, в частности, температура окружающей среды узкой проводящей дорожки чрезмерно повышается, и сохраняется дольше, чем нормальное время эксплуатации. Сенсорный элемент под действием температуры окружающей среды проводящей дорожки "срабатывает", т.е. переходит в состояние с высокой температурой и высоким сопротивлением, так что ток существенно снижается. Смена значений сопротивления и тока "сообщается" на устройство управления и вызывает в нем то, что элемент прерывания цепи, например, реле или силовой полупроводниковый компонент, в цепи нагрузочного тока переходит из нормального состояния эксплуатации в отключенное состояние, и, тем самым, также осуществляется отключение нагрузки.

В цепи управляющего тока, сенсорный элемент может образовывать с сопротивлением делитель напряжения, изменяющееся напряжение которого считывается и обрабатывается микроконтроллером. При распознавании перегрузки, подключенное к микроконтроллеру реле или силовой полупроводниковый компонент и, тем самым, также нагрузка в цепи нагрузочного тока отключается. В качестве альтернативы, также возможно, при перегрузке выполнять отключение без микроконтроллера. Если ток перегрузки в цепи нагрузочного тока продолжает нарастать, то узкая проводящая дорожка резистивного элемента продолжает нагреваться до тех пор, пока снижающийся управляющий ток сенсорного элемента не спадет ниже тока удержания реле. Реле размыкается и размыкает цепь нагрузочного тока. Сенсорный элемент остается в отключенном состоянии до тех пор, пока температура не возвратится к нормальной и сможет обеспечить охлаждение. Затем следует возврат в нормальное состояние, т.е. повторное подключение нагрузки. Сенсорный элемент расположен не последовательно с нагрузкой и поэтому может работать при уровнях тока, которые намного ниже, чем нормальная токовая цепь, которая проходит через нагрузку.

Определение ширины обеих проводящих дорожек резистивного элемента осуществляется по следующим правилам. Для рассмотрения короткого замыкания релевантной является энергия, которая воспринимается в форме интеграла плавления. Интеграл плавления проводящих дорожек установочного прибора должен быть выше, чем интеграл плавления предохранителя. Общий интеграл плавления обеих проводящих дорожек резистивного элемента должен также рассчитываться согласно этим требованиям. Отношение интегралов плавления проводящих дорожек друг к другу предпочтительно определяется как отношение больше чем 25.

Посредством этой заданной величины, можно также путем пересчета относящегося к круглому проводу интеграла плавления плавкого предохранителя определить диаметр круглого провода. Полученный поперечник можно пересчитать в минимальную ширину обеих проводящих дорожек. В предположении отношения 25 к 1 для интегралов плавления обеих проводящих дорожек, получается отношение ширин проводящих дорожек 5 к 1. При этом исходят из того, что обе проводящие дорожки состоят из того же самого материала и имеют ту же самую толщину.

Соответствующий изобретению электронный установочный прибор может, по меньшей мере частично, содержать послойную или попакетную конфигурацию печатных плат, которая состоит из одного или нескольких слоев подложки, на которых, соответственно, с одной стороны или с обеих сторон могут быть расположены электрические компоненты и/или проводящие дорожки. Предпочтительно, оба устройства защиты от тока перегрузки выполнены на обеих внешних основных поверхностях конфигурации печатных плат. На нижнем слое подложки может располагаться первое устройство защиты от тока перегрузки, в форме плавкого предохранителя, а на верхнем слое подложки может располагаться по меньшей мере сенсорный элемент второго устройства защиты от тока перегрузки, в форме PTC-элемента. Под сенсорным элементом расположены параллельно включенные проводящие дорожки резистивного элементы. Соответственно структурированный резистивный элемент может предпочтительно состоять из широкой проводящей дорожки и из суженной проводящей дорожки и может располагаться в различных слоях подложки структуры печатной платы. В частности, узкая проводящая дорожка может располагаться вблизи к поверхности или на поверхности внешнего слоя, чтобы сделать возможным применение сенсорного элемента на поверхности (SMD-технология) конфигурации печатной платы. Суженная проводящая дорожка может иметь уменьшенную ширину или уменьшенный размер по высоте. Наряду с релевантными для схемы функциями, различные слои структуры печатной платы служат для максимизации площади проводящих дорожек, чтобы иметь возможность выдерживать ток короткого замыкания. В качестве стандартного диэлектрика применяется FR4 с общей высотой. Подходящие сенсорные элементы состоят из PTC-проводящего полимера, т.е. имеют состав, включающий в себя органический полимер и проводящий наполнитель в форме частиц и/или проводящий неорганический наполнитель.

Соответствующие изобретению электронные установочные приборы часто используются для защиты конфигураций цепей со специфическими для приборов нагрузками с относительно высоким током и относительно низким напряжением, таких как переключатели жалюзи, выключатели с часовым механизмом или вентиляторы. Подобные цепи обычно содержат электрические нагрузки, которые при пуске нагрузки, например, двигателя, или при осложненных условиях эксплуатации, вызывают токи перегрузки. Преимущество электронного установочного переключателя с встроенными устройствами защиты от тока перегрузки состоит в том, что он может безопасно применяться в уже существующих токовых цепях со слишком высокой защитой. При соответствующей изобретению конфигурации, может использоваться специальный (более высокий) внутренний для прибора предохранитель от короткого замыкания, который не требует замены обычного защитного автомата домашнего оборудования и не имеет ориентированного на ток перегрузки (пониженного) значения (например, 10 ампер вместо 8 ампер) для минимизации температурного воздействия. Недопустимо сильное нагревание электронного установочного устройства может быть предотвращено, так как предохранитель используется только для коротких замыканий, а не для перегрузки. Вследствие этого на стороне домового оборудования может применяться предохранитель обычного размера (16 ампер). Защита в случае короткого замыкания обеспечивается в установочном приборе отдельно с помощью первого устройства защиты от тока перегрузки в форме плавкого предохранителя. Защита в случае перегрузки обеспечивается посредством второго устройства защиты от тока перегрузки, а не посредством плавкого предохранителя. Создается надежная токовая цепь, которая может использоваться и при повышенных требованиях для нагрузки двигателя (например, при аномальных условиях, прибор может обрабатывать 8 А без особых аномалий).

Основная структура компоновки печатной платы сохраняется неизменной. Материал и толщины материала подложек, изоляционных слоев и проводящих дорожек остаются теми же самыми. Поперечное сечение проводящей дорожки может быть реализовано с оптимизированным отношением ширины к толщине, так что в малом пространстве можно компактно и экономично изготавливать продукт с малыми габаритами. Применение и монтаж электронных компонентов также могут сохраняться теми же самыми. Принципы предложенного изобретения могут использоваться в более крупных конфигурациях печатных плат и в подузлах, которые содержат печатные проводники и компоненты.

Дальнейшие подробности, признаки и преимущества изобретения следуют из последующего описания предпочтительного примера выполнения со ссылками на чертежи, на которых показано следующее:

фиг. 1 - конфигурация цепи электронного установочного устройства,

фиг. 2 - схематичная компоновка печатной платы на виде в плане,

фиг. 3 - обобщенная компоновка печатной платы в поперечном сечении и

фиг. 4a-d - различные слои компоновки печатной платы согласно фиг. 2 и фиг. 3.

Одинаковые или одинаково действующие компоненты обозначены в последующем описании одинаковыми ссылочными позициями.

Фиг. 1 показывает принципиальную конфигурацию цепи для электронного установочного прибора 1. Электронный установочный прибор 1 может предпочтительно быть соединен последовательно с нагрузкой (не показана). Схемотехнически, электронный установочный прибор 1 включает в себя цепь 2 нагрузочного тока цепь 3 управляющего тока, которые термически, физически и/или электрически связаны. Электронный установочный прибор 1 с помощью комбинации двух отдельных, согласованных друг с другом устройств защиты защищен от тока перегрузки. Первое устройство 4 защиты от тока перегрузки защищает от короткого замыкания, в то время как второе устройство 5 защиты от тока перегрузки защищает в случае перегрузки.

Электронный установочный прибор 1 содержит элемент 6 прерывания цепи в форме переключающего контакта реле 7, с помощью которого может подключаться или отключаться электрическое соединение нагрузки с питающим напряжением. Управление реле 7 осуществляется посредством устройства 8 управления в цепи 3 управляющего тока, которое подает управляющие команды на катушку реле 7.

Цепь 2 нагрузочного тока содержит первое устройство 4 защиты от тока перегрузки, резистивный элемент 9 и элемент 6 прерывания цепи, которые расположены последовательно между источником тока (не показан) и электрической нагрузкой. Устройство 10 обнаружения тока перегрузки действие совместно с устройством 8 управления как второе устройство 5 защиты от тока перегрузки. Устройство 8 управления расположено в цепи 3 управляющего тока и функционально соединено с элементом 6 прерывания цепи в цепи 2 нагрузочного тока. Устройство 10 обнаружения тока перегрузки включает в себя сенсорный элемент 11 в цепи 3 управляющего тока, предпочтительно обратимый электрический компонент в форме терморезистора с положительным температурным коэффициентом (PTC), и резистивный элемент 9 в цепи 2 нагрузочного тока, который термически связан с PTC-элементом 11. Резистивный элемент 9 проходит как гальванически отделенная проводящая дорожка под PTC-элементом 11.

Электронный установочный прибор 1, по меньшей мере частично, реализован на структуре 12 печатной платы и содержит в цепи 2 нагрузочного тока первое устройство 4 защиты от тока перегрузки в форме плавкого предохранителя, который защищает принадлежащие прибору электрические компоненты и проводники при коротком замыкании. Это означает, что интеграл плавления защищаемых компонентов и проводящей дорожки выше, чем интеграл плавления предохранителя 4. Предохранитель 4 спроектирован в расчете только на короткое замыкание, но не на перегрузку. Используемый сертифицированный предохранитель 4 спроектирован, чтобы минимизировать температурные воздействия и обрабатывать ток отключения. В случае короткого замыкания, цепь 2 нагрузочного тока продолжительно прерывается с помощью предохранителя 4.

Резистивный элемент 9 в форме проводящей дорожки цепи нагрузочного тока выполняется специальным образом, чтобы, с одной стороны, в случае короткого замыкания не разрушаться, а с другой стороны, обеспечивать возможность обнаружения термической энергии в случае перегрузки. Проводящая дорожка состоит в этом месте из двух параллельно включенных проводящих дорожек 13 и 14 различной ширины. При этом отношение ширин составляет предпочтительно 5 к 1. Широкая проводящая дорожка 14 воспринимает ток короткого замыкания, в то время как узкая проводящая дорожка 13 служит для обнаружения тока перегрузки. При этом общий интеграл плавления обеих проводящих дорожек 13 и 14 выше, чем интеграл плавления плавкого предохранителя 4.

Со ссылкой на фиг. 1 далее описывается способ функционирования соответствующего изобретению электронного установочного устройства 1. При этом электрическая сеть домового оборудования вырабатывает рабочий ток для электронного установочного прибора 1. Если в цепи 2 управления нагрузкой элемент 6 прерывания цепи реле 7 замкнут, то рабочий ток протекает к нагрузке, например, щеточному двигателю с относительно высоким током для управления жалюзи. Источник управляющего тока, который является отдельным от первичного источника тока, вырабатывает управляющий ток для цепи 3 управляющего тока. Через сенсорный элемент 11 управляющий ток протекает в катушку реле 7 и обычно вызывает замыкание элемента 6 прерывания цепи, благодаря чему цепь 2 нагрузочного тока замыкается. При нормальных условиях эксплуатации, электронный установочный прибор 1 находится в состоянии с низкой температурой и низким сопротивлением.

Ток неисправности имеет уровень тока, который повреждает один из компонентов электрической токовой цепи. В случае короткого замыкания, ток очень быстро возрастает и приводит к расплавлению плавкого проводника в первом устройстве 4 защиты от тока перегрузки, благодаря чему протекание тока долговременно прерывается. Так как общий интеграл плавления обеих проводящих дорожек 13 и 14 резистивного элемента 9 выше, то на этом месте не происходит никакого повреждения. Узкая проводящая дорожка 13 при этом не разрушается, так как при протекании высокого тока в случае короткого замыкания ток использует путь с наименьшим сопротивлением через выполненную достаточно широкой проводящую дорожку 14. Плавкий предохранитель 4 не срабатывает при перегрузке в диапазоне между током короткого замыкания (ток отключения (срабатывания) плавкого предохранителя) и номинальным током электронного установочного устройства 1.

В случае перегрузки, когда происходит превышение номинального тока прибора, например, двигатель блокируется, ток через резистивный элемент 9 повышается быстро, но сравнительно незначительно, причем, в частности, температура окружающей среды узкой проводящей дорожки 13 чрезмерно возрастает, и сохраняется дольше, чем нормальное рабочее время. PTC-элемент 11 "запускается" под действием температуры окружающей среды узкой проводящей дорожки 13, т.е. переходит в состояние с высокой температурой и высоким сопротивлением, так что ток существенно снижается. Смена значений сопротивления и тока "сообщается" на устройство 8 управления. В цепи 3 управляющего тока, PTC-элемент 11 образует с сопротивлением 15 делитель напряжения, изменяющееся напряжение которого считывается в микроконтроллер 16 и обрабатывается. При распознанной перегрузке обеспечивается то, что подключенное к выходу 17 микроконтроллера 16 через транзистор 18 реле 7 отключается и соответствующий функционально связанный элемент 6 прерывания цепи размыкается, и, тем самым, происходит отключение нагрузки. В микроконтроллере 16 могут быть установлены различные режимы работы. Так, например, может устанавливаться, должна ли нагрузка снова подключаться спустя некоторое время самостоятельно или только после повторной команды включения или после восстановления прерывания цепи 2 нагрузочного тока. Также характеристика отключения может выбираться.

Альтернативно, также возможно, при перегрузке отключать без микроконтроллера 16. Если ток перегрузки в цепи 2 нагрузочного тока продолжает повышаться, проводящая дорожка 13 и сенсорный элемент 11 продолжают нагреваться до тех пор, пока убывающий ток в цепи 3 управляющего тока не спадет ниже тока удержания реле 7. Катушка реле отпадает (отключается) и размыкает элемент прерывания цепи 6 цепи 2 нагрузочного тока. PTC-элемент 11 остается в отключенном состоянии до тех пор, пока температура не станет снова нормальной и сможет охлаждать. Затем следует возврат в нормальное состояние, т.е. повторное подключение нагрузки. PTC-элемент 11 расположен не последовательно с нагрузкой и поэтому может работать при уровнях тока, которые намного ниже, чем нормальная токовая цепь, которая проходит через нагрузку.

На фиг. 2-4 представлены возможные структуры 12 печатной платы электронного установочного устройства 1, которая состоит из одного или нескольких слоев подложки 19-22, которые содержат диэлектрический центральный слой с расположенными, соответственно, с одной или с обеих сторон электрическими компонентами и/или проводящими дорожками. На обеих внешних основных поверхностях 23 и 24 структуры 12 печатной платы, по меньшей мере частично, выполнены устройства 4 и 5 защиты от тока перегрузки. На нижнем слое 19 подложки расположено первое устройство защиты от тока перегрузки, в форме плавкого предохранителя 4, а на верхнем слое 22 подложки расположен по меньшей мере сенсорный элемент 11 второго устройства 5 защиты от тока перегрузки, в форме PTC-элемента. Под PTC-элементом расположены электрически параллельно включенные проводящие дорожки 13 и 14 резистивного элемента 9. Соответственно структурированная проводящая дорожка расположена на различных слоях подложки структуры 12 печатной платы. Суженная проводящая дорожка 13 расположена в слое 20 подложки, в то время как широкая проводящая дорожка 14 расположена в слое 21 подложки. Обе проводящие дорожки 13 и 14 непосредственно соединены через проводящие межслойные отверстия. В частности, узкая проводящая дорожка 13 расположена вблизи поверхности в слое 20, чтобы обеспечить возможность применения PTC-элемента 11 на поверхности (SMD-технология). PTC-элемент 11 на слое 19 подложки находится в термическом контакте со слоем 20 подложки непосредственно через поверхность суженной проводящей дорожки 13, так что там, вследствие состояния тока перегрузки, генерируется тепло и эффективно передается на PTC-элемент 11, так что, как пояснено выше, вырабатывается управляющий сигнал.

Идеальным образом, слои конфигурации 12 печатной платы являются настолько тонкими, насколько это является конструктивно практичным. Диэлектрический материал, который образует подложку, может представлять собой тонкий полиэфирный материал или представлять собой другую подходящую тонкую гибкую подложку. Также может применяться тонкая, однако относительно жесткая подложка из армированного стекловолокном полимера. Структурирование слоев меди может выполняться посредством обычных методов фоторезиста и химического травления, которые известны специалисту в данной области техники. Наряду с релевантными для схемы функциями, различные слои конфигурации печатной платы служат максимизации поверхности проводящих дорожек, чтобы иметь возможность выдерживать ток короткого замыкания. Для изоляции между слоями подложки конфигурации печатной платы применяются слои 25-27 из FR4 обычной высоты в качестве стандартного диэлектрика. Подходящие PTC-элементы 11 состоят из PTC-проводящего полимера, т.е. состава, включающего в себя органический полимер и проводящий наполнитель в форме частиц и/или проводящий неорганический наполнитель.

Вышеизложенное описание примера выполнения служит лишь для иллюстративных целей, а не для целей ограничения изобретения. В рамках изобретения возможны различные изменения и модификации, без отклонения от объема изобретения и его эквивалентов.

Список ссылочных позиций

1) электронный установочный прибор;

2) цепь нагрузочного тока;

3) цепь управляющего тока;

4) первое устройство защиты от тока перегрузки;

5) второе устройство защиты от тока перегрузки;

6) элемент прерывания цепи;

7) реле;

8) устройство управления;

9) элемент сопротивления;

10) устройство обнаружения тока перегрузки;

11) сенсорный элемент;

12) конфигурация печатной платы;

13) узкая проводящая дорожка;

14) широкая проводящая дорожка;

15) сопротивление;

16) микроконтроллер;

17) выход;

18) транзистор;

19) слой подложки;

20) слой подложки;

21) слой подложки;

22) слой подложки;

23) поверхность слоя 19 подложки;

24) поверхность слоя 22 подложки;

25) изоляционный слой;

26) изоляционный слой;

27) изоляционный слой.

Изобретение относится к электронному установочному прибору для управления нагрузкой в электрической токовой цепи. Технический результат - реализация электронного установочного прибора с собственными (принадлежащими прибору) устройствами защиты от короткого замыкания и от перегрузки. Для этого предложено устройство, которое имеет одно- или многослойную конфигурацию (12) печатной платы с электрическими компонентами и проводящими дорожками, и включает в себя цепь (2) нагрузочного тока и цепь (3) управляющего тока. При этом цепь (2) нагрузочного тока и цепь (3) управляющего тока связаны друг с другом, и электронный установочный прибор (1) имеет первое устройство защиты (4) от тока перегрузки для защиты от токов короткого замыкания и второе устройство защиты (5) от тока перегрузки для защиты от токов перегрузки. 18 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Электронный установочный прибор (1) для управления нагрузкой в электрической токовой цепи, который имеет одно- или многослойную конфигурацию (12) печатной платы с электрическими компонентами и проводящими дорожками, причем электронный установочный прибор (1) имеет цепь (2) нагрузочного тока и цепь (3) управляющего тока, причем цепь (2) нагрузочного тока соединена с цепью (3) управляющего тока посредством соединения элемента (6) прерывания цепи с реле (7) или с силовым полупроводниковым компонентом, и электронный установочный прибор (1) имеет устройство (5) защиты от тока перегрузки для защиты от токов перегрузки,

характеризующийся тем, что цепь (2) нагрузочного тока имеет устройство (4) защиты от тока перегрузки для защиты от токов короткого замыкания и резистивный элемент (9), при этом устройство (4) защиты от тока перегрузки, резистивный элемент (9) и элемент (6) прерывания цепи расположены последовательно для размещения между источником тока и электрической нагрузкой.

2. Электронный установочный прибор по п. 1, отличающийся тем, что цепь (3) управляющего тока содержит устройство защиты (5) от тока перегрузки для защиты от токов перегрузки, которое содержит устройство (10) обнаружения тока перегрузки и устройство (8) управления, которое функционально соединено с элементом (6) прерывания цепи.

3. Электронный установочный прибор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что элемент (6) прерывания цепи функционально соединен с реле (7) или с силовыми полупроводниковыми компонентами.

4. Электронный установочный прибор по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что устройство (4) защиты от тока перегрузки является необратимым.

5. Электронный установочный прибор по п. 2, отличающийся тем, что устройство (10) обнаружения тока перегрузки состоит из обратимого сенсорного элемента (11) в цепи (3) управляющего тока и из резистивного элемента (9) в цепи (2) нагрузочного тока, причем сенсорный элемент (11) термически связан с резистивным элементом (9).

6. Электронный установочный прибор по п. 5, отличающийся тем, что сенсорный элемент (11) представляет собой терморезистор с положительным температурным коэффициентом.

7. Электронный установочный прибор по п. 5 или 6, отличающийся тем, что резистивный элемент (9) расположен как гальванически отделенная проводящая дорожка под сенсорным элементом (11).

8. Электронный установочный прибор по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что резистивный элемент (9) содержит две параллельно включенных проводящих дорожки (13, 14) различной ширины и/или толщины.

9. Электронный установочный прибор по п. 8, отличающийся тем, что отношение ширин между обеими проводящими дорожками (13, 14) при одинаковой толщине и одинаковом материале предпочтительно составляет 5 к 1.

10. Электронный установочный прибор по п. 8 или 9, отличающийся тем, что узкая проводящая дорожка (13) включает в себя сужающийся по ширине участок или уменьшающийся по высоте участок.

11. Электронный установочный прибор по одному из пп. 8-10, отличающийся тем, что широкая проводящая дорожка (14) воспринимает ток короткого замыкания, в то время как узкая проводящая дорожка (13) служит для обнаружения тока перегрузки.

12. Электронный установочный прибор по одному из пп. 8-11, отличающийся тем, что обе проводящие дорожки (13, 14) резистивного элемента (9) расположены в различных слоях (19, 20, 21, 22) конфигурации (12) печатной платы.

13. Электронный установочный прибор по пп. 5 или 8-12, отличающийся тем, что узкая проводящая дорожка (13) расположена вблизи поверхности или на поверхности (24) внешнего слоя (22), причем сенсорный элемент (11) расположен в термическом контакте и электрически изолированно от проводящей дорожки (13).

14. Электронный установочный прибор по одному из пп. 1-13, отличающийся тем, что интеграл плавления защищаемых компонентов и проводящих дорожек выше, чем интеграл плавления предохранителя устройства (4) защиты от тока перегрузки для защиты от токов короткого замыкания.

15. Электронный установочный прибор по п. 8, отличающийся тем, что общий интеграл плавления обеих проводящих дорожек (13, 14) резистивного элемента (9) выше, чем интеграл плавления устройства (4) защиты от тока перегрузки для защиты от токов короткого замыкания, и отношение интегралов плавления проводящих дорожек (13, 14) друг к другу предпочтительно находится в отношении больше чем 25.

16. Электронный установочный прибор по одному из пп. 1-15, отличающийся тем, что на обеих внешних основных поверхностях (23, 24) конфигурации (12) печатной платы расположено, с одной стороны, устройство (4) защиты от тока перегрузки, а с другой стороны, по меньшей мере сенсорный элемент (11) устройства (5) защиты от тока перегрузки для защиты от токов перегрузки.

17. Электронный установочный прибор по одному из пп. 1-16, отличающийся тем, что конфигурация (12) печатной платы включает в себя один или несколько слоев (19, 20, 21, 22, 25, 26, 27), на которых, соответственно, с одной стороны или обеих сторон расположены электрические компоненты и/или проводящие дорожки.

18. Электронный установочный прибор по одному из пп. 1-17, отличающийся тем, что слой(и) (19, 20, 21, 22, 25, 26, 27) является(ются), по меньшей мере частично, гибким(и) и/или негибким(и).

19. Электронный установочный прибор по одному из пп. 1-18, отличающийся тем, что ток перегрузки в узкой проводящей дорожке (13) резистивного элемента (9) вырабатывает нагрев, который на основе термической связи с сенсорным элементом (11) вызывает реакцию устройства (8) управления и, тем самым, временное прерывание цепи (2) нагрузочного тока.