本發(fā)明涉及一種連接器，特別涉及一種具有過溫度及過電流保護(hù)功能的連接器。

背景技術(shù)：

隨著可攜式裝置技術(shù)的發(fā)展，使用者需求的功能越來越多，例如，為因應(yīng)屏幕尺寸越來越大，裝置的電池容容量需求也越來越大，再加上因應(yīng)快速充電的需求，因此所需要的充電器功率越來越大。在這種大電流的充電過程中使用者都可能遇到充電器輸出端子的連接器(例如廣為使用的USB和micro USB型連接器，或較為新式的Type C型式)在充電時發(fā)生微短路后燒融的安全問題。舉例而言，大電流的充電過程中，隨著熱插拔的次數(shù)越來越多，在使用過程中異物(例如：頭髪、金屬屑、雜物、飲料、甚至是沒干透的咖啡殘渣)進(jìn)入充電介面連接器的狹小空間內(nèi)，產(chǎn)生微短路，或是插頭插座斜向插拔破損，插頭用力過大變形，造成資料傳輸線或充電器在插頭內(nèi)部微短路，微短路無法達(dá)到充電器短路保護(hù)條件，導(dǎo)致充電器持續(xù)輸出功率，并轉(zhuǎn)化形成熱量，因此出現(xiàn)發(fā)熱故障導(dǎo)致充電器插頭或連接器燒毀的問題。目前許多使用者在充電時都發(fā)生充電介面連接器微短路后燒融的安全問題，因此對此問題的解決將越來越迫切。

目前USB資料傳輸線已成為主要的資料傳輸和充電工具。如前所述，由于電子設(shè)備充電電流的變大，熱插拔次數(shù)的越來越多，使得USB資料傳輸線出現(xiàn)發(fā)熱故障導(dǎo)致電子設(shè)備燒毀的概率增加。但是現(xiàn)有USB資料傳輸線中大部分都沒有安裝保護(hù)裝置，或即使有保護(hù)裝置卻無法感測到微短路而作出降低電流值的反應(yīng)，因此可能發(fā)生USB資料傳輸線、相關(guān)連接器或電子設(shè)備燒毀故障，將對人身財產(chǎn)安全造成威脅。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述充電或資料傳輸時可能發(fā)生微短路卻又無法提供保護(hù)的問題，本發(fā)明提供一種連接器，其內(nèi)部設(shè)置的層狀電路板具有過電流和過溫度保護(hù)的功能，從而避免微短路可能產(chǎn)生連接器或電子設(shè)備燒毀的風(fēng)險。

過電流保護(hù)通常使用的導(dǎo)電復(fù)合材料具正溫度系數(shù)(Positive Temperature Coefficient；PTC)特性，亦即在室溫時具低電阻值，而當(dāng)溫度上升至一臨界溫度或電路上有過量電流產(chǎn)生時，其電阻值可立刻跳升數(shù)千倍以上(亦即觸發(fā)trip)，由此抑制過量電流通過，以達(dá)到電路保護(hù)的目的。當(dāng)溫度降回室溫后或電路上不再有過電流的狀況時，PTC導(dǎo)電復(fù)合材料可回復(fù)至低電阻狀態(tài)，而使電路重新正常操作，具有可重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明即利用PTC導(dǎo)電復(fù)合材料作為連接器中層狀電路板的核心，從而提供過電流和過溫度保護(hù)的功能。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，一種連接器包括連接器端子與層狀電路板。該層狀電路板連接該連接器端子的一端，且包含一PTC材料層以及形成層狀電路板上表面的第一電極層和位于層狀電路板下表面的第二電極層。該P(yáng)TC材料層設(shè)置于該第一和第二電極層之間。第一電極層和第二電極層中包含作為電源提供的第一電極區(qū)塊和第二電極區(qū)塊，該P(yáng)TC材料層電氣連接該第一電極區(qū)塊和第二電極區(qū)塊，形成導(dǎo)電路徑。該P(yáng)TC材料層在該導(dǎo)電路徑中形成一串聯(lián)于第一電極區(qū)塊和第二電極區(qū)塊之間的PTC電阻元件，當(dāng)該導(dǎo)電路徑中有過電流或過溫度發(fā)生時，該P(yáng)TC電阻元件會觸發(fā)而成高電阻狀態(tài)。

申言之，當(dāng)可作為充電接口的連接器端子發(fā)生過電流或微短路發(fā)熱故障時，熱量很快可傳遞到串聯(lián)于電路中的PTC材料層，然后形成高電阻大幅降低流通的電流值，以防止連接器和其相關(guān)電子裝置過熱燒毀。

一實施例中，該層狀電路板還包含第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層。第一導(dǎo)電層形成于該P(yáng)TC材料層的一表面，且電氣連接該第一電極區(qū)塊。第二導(dǎo)電層形成于該P(yáng)TC材料層相對的另一表面，且電氣連接該第二電極區(qū)塊。

一實施例中，該層狀電路板還包含第一絕緣層和第二絕緣層。第一絕緣層疊設(shè)于該第一導(dǎo)電層和第一電極層之間，第二絕緣層疊設(shè)于該第二導(dǎo)電層和第二電極層之間，作為其間的隔離。

一實施例中，該層狀電路板還包含第一導(dǎo)電連接件和第二導(dǎo)電連接件。第一導(dǎo)電連接件電氣連接第一電極區(qū)塊和第一導(dǎo)電層。第二導(dǎo)電連接件電氣連接第二電極區(qū)塊和第二導(dǎo)電層。

一實施例中，該第一導(dǎo)電連接件穿過該第一絕緣層并連接第一電極區(qū)塊和第一導(dǎo)電層，且第二導(dǎo)電連接件穿過該第二絕緣層并連接第二電極區(qū)塊和第二導(dǎo)電層。

一實施例中，該第一電極區(qū)塊和第二電極區(qū)塊分別位于層狀電路板的不同側(cè)。

一實施例中，該第一導(dǎo)電連接件和第二導(dǎo)電連接件為通過第一絕緣層、PTC材料層和第二絕緣層之貫穿結(jié)構(gòu)，第一導(dǎo)電連接件連接第一電極區(qū)塊和第一導(dǎo)電層且與第二導(dǎo)電層隔離，第二導(dǎo)電連接件連接第二電極區(qū)塊和第二導(dǎo)電層且與第一導(dǎo)電層隔離。

一實施例中，該第一電極區(qū)塊和第二電極區(qū)塊分別位于層狀電路板的同側(cè)。

一實施例中，該連接器還包含一警示裝置，該警示裝置與該P(yáng)TC電阻元件形成并聯(lián)。當(dāng)該P(yáng)TC電阻元件因觸發(fā)而成高電阻狀態(tài)時，電流轉(zhuǎn)而流經(jīng)該警示裝置，從而發(fā)出警示信息。

一實施例中，該警示裝置包含一LED元件，可于異常狀況時發(fā)光警示。

一實施例中，該警示裝置包含兩個互成并聯(lián)的LED元件，且該兩個LED元件極性方向相反，可于異常狀況時發(fā)光警示。

一實施例中，該警示裝置包含一蜂鳴器，可于異常狀況時發(fā)聲警示。

隨著電池容量增大及快充需求增加，充電器瓦數(shù)勢必增大，不僅是電流增大電壓也會增加。本發(fā)明將PTC材料層作為核心制作成整片層狀電路板型式，故具有相當(dāng)大的有效面積，而可降低其電阻值。相較于其它方案將PTC元件以SMD方式貼裝于電路板上，本發(fā)明不僅可節(jié)省空間，PTC材料層更因此增大了利用面積而可達(dá)成較低電阻，故設(shè)計上更可采用高耐壓的材料來制作，大大提升其實用性及應(yīng)用廣度。本發(fā)明保護(hù)電路板還有另一優(yōu)點(diǎn)，只需查證充電線端子的電路板是否為PTC所制作，客戶就能方便地判斷用戶是否使用了標(biāo)配充電線，避免了出廠后的糾紛。

附圖說明

圖1顯示本發(fā)明一實施例的連接器的立體示意圖；

圖2顯示本發(fā)明一實施例的連接器中層狀電路板的橫剖面示意圖；

圖3顯示本發(fā)明另一實施例的連接器中層狀電路板的橫剖面示意圖；

圖4顯示本發(fā)明又一實施例的連接器中層狀電路板的橫剖面示意圖；

圖5顯示本發(fā)明一實施例的連接器的電路示意圖；以及

圖6至圖8顯示本發(fā)明其他實施例的連接器的電路示意圖。

【符號說明】

10 連接器

11 外殼

12 連接器端子

13 電路板

21 PTC材料層

22 第一導(dǎo)電層

23 第二導(dǎo)電層

24 第一電極層

25 第二電極層

26 第一絕緣層

27 第二絕緣層

28、44 第一導(dǎo)電連接件

29、45 第二導(dǎo)電連接件

30、31、32 導(dǎo)電連接件

40、50 警示裝置

41 PTC電阻元件

42、51、52 LED元件

43 電阻元件

60 蜂鳴器

241、245 第一電極區(qū)塊

242、243、244 電極區(qū)塊

251、255 第二電極區(qū)塊

252、253、254 電極區(qū)塊

具體實施方式

為讓本發(fā)明的上述和其他技術(shù)內(nèi)容、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出相關(guān)實施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說明如下。

參照圖1，其顯示本發(fā)明一實施例的連接器的立體示意圖，其以目前廣為使用的USB 2.0型式連接器為例進(jìn)行說明，但并不以該型式的連接器為限。連接器10包含外殼11、連接器端子12以及層狀電路板13。層狀電路板13一端連接連接器端子12，且另一端則可連接至相關(guān)導(dǎo)電線或電纜線(圖未示)。連接器端子12中有多個引腳，通過線路分別電氣連接至層狀電路板13上的相對電極區(qū)塊Vbus、D－、D+、GND等。根據(jù)USB 2.0規(guī)范，Vbus提供5V的電源，D－、D+作為數(shù)據(jù)傳輸，GND則為接地。層狀電路板13由外殼11包覆作為保護(hù)，該外殼11可為塑膠類的絕緣材料。

圖2顯示本發(fā)明一實施例的層狀電路板13的橫剖面結(jié)構(gòu)圖，其為多層堆疊的層狀結(jié)構(gòu)。層狀電路板13包含以水平方向延伸的PTC材料層21、第一導(dǎo)電層22、第二導(dǎo)電層23、第一電極層24、第二電極層25、第一絕緣層26以及第二絕緣層27。第一導(dǎo)電層22和第二導(dǎo)電層23分別置于PTC材料層21的上表面和下表面，也就是PTC材料層21疊設(shè)于第一導(dǎo)電層22和第二導(dǎo)電層23之間。第一絕緣層26設(shè)于第一導(dǎo)電層22和第一電極層24之間，第二絕緣層27設(shè)于第二導(dǎo)電層23和第二電極層25之間，作為隔離。第一電極層24形成層狀電路板13上表面，且分隔出多個電極區(qū)塊241、242、243和244，分別作為Vbus、D－、D+、GND的電源或數(shù)據(jù)傳輸。類似地，第二電極層25形成層狀電路板13下表面，且分隔出多個電極區(qū)塊251、252、253和254，分別作為Vbus、D－、D+、GND的電極區(qū)塊。第一電極層24和第二電極層25中提供電源供應(yīng)Vbus的電極區(qū)塊包含位于層狀電路板13上表面的第一電極區(qū)塊241和位于下表面的第二電極區(qū)塊251。第一導(dǎo)電連接件28穿過第一絕緣層24而連接第一電極區(qū)塊241至第一導(dǎo)電層22，而第二導(dǎo)電連接件29穿過第二絕緣層27而連接第二電極區(qū)塊251至第二導(dǎo)電層23。如此一來，PTC材料層21電氣連接第一電極區(qū)塊241和第二電極區(qū)塊251，形成導(dǎo)電路徑。如前述，第一電極區(qū)塊241連接至連接器端子12中的Vbus相應(yīng)引腳，第二電極區(qū)塊251則連接至相應(yīng)電源線，如此提供電源的導(dǎo)電路徑必須通過PTC材料層21，從而該P(yáng)TC材料層21在該導(dǎo)電路徑中形成一PTC電阻元件。當(dāng)連接器10發(fā)生過電流異常時，PTC材料層21會觸發(fā)而成高電阻狀態(tài)，進(jìn)而大幅降低電流值。若連接器10有微短路的情形發(fā)生時，連接器10會發(fā)熱升溫，此時PTC材料層21可以感測到溫度上升，從而提升其電阻值甚至達(dá)到觸發(fā)狀態(tài)，大幅降低通過電流，如此可避免連接器10或與其數(shù)據(jù)線和電子設(shè)備燒毀。作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)腄－、D+，其相對應(yīng)的上下電極區(qū)塊242和252、電極區(qū)塊243和253之間，并不需要連接PTC材料層21，而分別利用導(dǎo)電連接件30和31直接導(dǎo)通。第一導(dǎo)電層22和第二導(dǎo)電層23鄰近導(dǎo)電連接件30和31的地方可制作缺口形成隔離。接地GND的上下電極區(qū)塊244和254之間也不需要連接PTC材料層21，而利用導(dǎo)電連接件32直接導(dǎo)通。同樣地，第一導(dǎo)電層22和第二導(dǎo)電層23鄰近導(dǎo)電連接件32的地方可制作缺口形成隔離。

圖3為本發(fā)明電路板13的另一實施例的橫剖面示意圖，其結(jié)構(gòu)類似于圖2，不過PTC材料層21并不直接接觸D－、D+和GND的導(dǎo)電連接件30、31和32，而與第一導(dǎo)電層22和第二導(dǎo)電層23一同以缺口隔離，提供更好的絕緣效果。

實際應(yīng)用上，電路板13并不限制于圖2和圖3所示的情況，亦即將第一和第二電極區(qū)塊位于層狀電路板的不同側(cè)。串聯(lián)連接PTC材料層21的Vbus第一和第二電極區(qū)塊241和251也可以利用層狀電路板13中的電路連線設(shè)計，使其位于層狀電路板13的同一側(cè)。圖4顯示作為提供電源的第一和第二電極區(qū)塊位于層狀電路板同側(cè)的一實施例。圖4所示為層狀電路板13的另一方向的橫剖面?zhèn)纫晥D，其中D－、D+和GND的相關(guān)結(jié)構(gòu)未繪出。層狀電路板13包含以水平方向延伸的PTC材料層21、第一導(dǎo)電層22、第二導(dǎo)電層23、第一電極層24、第二電極層25、第一絕緣層26以及第二絕緣層27。不同于圖2或3的設(shè)計，第一導(dǎo)電連接件44和第二導(dǎo)電連接件45為通過第一絕緣層26、第一導(dǎo)電層22、PTC材料層21、第二導(dǎo)電層23和第二絕緣層27的貫穿結(jié)構(gòu)，第一導(dǎo)電連接件44連接第一電極區(qū)塊245和第一導(dǎo)電層22且與第二導(dǎo)電層23隔離。第二導(dǎo)電連接件45連接第二電極區(qū)塊255和第二導(dǎo)電層23且與第一導(dǎo)電層22隔離。

綜言之，第一導(dǎo)電連接件28或44電氣連接第一電極區(qū)塊241或245和第一導(dǎo)電層22。第二導(dǎo)電連接件29或45電氣連接第二電極區(qū)塊251或255和第二導(dǎo)電層23。第一和第二電極層24和25包含Vbus的兩電極區(qū)塊，且必須達(dá)到串聯(lián)PTC材料層21而形成PTC電阻元件的效果，如此才能提供過電流及過溫度保護(hù)的功能。圖2至4的第一導(dǎo)電層22和第二導(dǎo)電層23除了鄰近導(dǎo)電連接件30、31和32處形成缺口外，其余都是導(dǎo)電路徑中通過PTC材料層21的有效電極區(qū)塊(PTC材料層21與第一導(dǎo)電層22和第二導(dǎo)電層23重疊部分)，也就是說通過PTC材料層21的有效電極面積趨近于層狀電路板13的面積。按電阻公式，電極面積愈大，其電阻愈小。因為本發(fā)明的PTC材料層21相對于單顆PTC被動元件具有較大的面積，甚至達(dá)數(shù)倍以上，因此可以達(dá)到更低的電阻值。

PTC材料層21中的導(dǎo)電復(fù)合材料由一結(jié)晶性高分子聚合物及導(dǎo)電填料所組成，該導(dǎo)電填料均勻分散于該高分子聚合物之中。該高分子聚合物一般為聚烯烴類聚合物，例如：聚乙烯，而導(dǎo)電填料可為為碳黑，具有較佳的耐電壓特性和電阻回復(fù)性。然而，如果容納空間不足導(dǎo)致PTC材料層的有效面積不足，也可考慮使用具有較低體積電阻值的金屬或?qū)щ娞沾商盍系腜TC導(dǎo)電復(fù)合材料，以提供相較于碳黑更低的電阻值。

前述PTC材料層21在該導(dǎo)電路徑中形成一串聯(lián)于第一電極區(qū)塊241和第二電極區(qū)塊251之間或第一電極區(qū)塊245和第二電極區(qū)塊255之間的PTC電阻元件，即相當(dāng)于在Vbus線路中串聯(lián)PTC電阻元件41，如圖5所示。當(dāng)該導(dǎo)電路徑中有過電流或過溫度發(fā)生時，該P(yáng)TC電阻元件41會觸發(fā)而成高電阻狀態(tài)，也就是在連接器10中提供電源的導(dǎo)電路徑上串聯(lián)PTC電阻元件41，以提供過電流和過溫度保護(hù)功能。

除了前述利用串聯(lián)PTC電阻元件41以提供過電流和過溫度保護(hù)功能外，亦可如以下實施例發(fā)出警示給使用者，可直接拔除電源而完全避免燒毀的可能。參照圖6，可于Vbus的線路中上另外設(shè)置一警示元件40，于本實施例為一LED元件42，而警示元件40(LED元件42)與PTC電阻元件41成并聯(lián)。LED元件42另外串聯(lián)一電阻元件43作為限流電阻。該電阻元件43可為固定電阻或PTC熱敏電阻。LED元件42與PTC電阻元件41并聯(lián)，當(dāng)PTC電阻元件41為低電阻時，因跨電壓低，無法驅(qū)動LED元件42。當(dāng)PTC電阻元件41感測到過溫度或過電流的狀況而呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)時，跨電壓上升至大于LED元件42驅(qū)動臨界電壓，電流將轉(zhuǎn)而流經(jīng)LED元件42，點(diǎn)亮LED元件42。此時可于外殼11(參照圖1)相對位置開孔，以便將LED元件42的光透出外殼11，作為對使用者的異常警示。

圖6所示的LED元件42有極性方向，使得其電路板安裝時也需一并可慮方向，而可能會產(chǎn)生組裝時的差錯。另外，針對雙向線材如Type C型式，因其電源端和充電端的連接器格式相同，所以若LED元件有方向性，線材以不同方向連接可能造成即使PTC電阻元件41觸發(fā)后，LED元件仍無法點(diǎn)亮的情況。圖7顯示使用兩個不同極性方向的LED元件51和52作為警示元件50。因為LED元件51和52屬不同極性方向，不論電路板以何種方向裝設(shè)，或線材以何種方向連接，當(dāng)PTC電阻元件41感測到過溫度或過電流而成為高電阻狀態(tài)時，電流將轉(zhuǎn)而流向LED元件51和52中的一個并使其發(fā)光而達(dá)到警示的效果。

參照圖8，除了利用LED元件作為發(fā)光警示外，亦可利用其他的警示裝置，例如可發(fā)出聲響的蜂鳴器60，該蜂鳴器60與PTC電阻元件41并聯(lián)設(shè)置。當(dāng)PTC電阻元件41感測到過溫度或過電流而成為高電阻狀態(tài)時，電流將轉(zhuǎn)而流向蜂鳴器60，并使其發(fā)出聲響而達(dá)到警示的效果。

上述實施例揭露的連接器的層狀電路板包含單一PTC電阻元件，但于實際應(yīng)用上并不限于包含單一PTC電阻元件，亦可利用多層PTC材料層的方式構(gòu)成并聯(lián)的多個PTC電阻元件，從而進(jìn)一步降低其電阻值，而為本發(fā)明所涵蓋。并聯(lián)PTC材料層的連接方式已揭露于許多公開專利，而為本領(lǐng)域技術(shù)人士所能輕易了解，在此不再重述。

本發(fā)明的連接器并不限于前述USB 2.0形式，其他例如但不限于USB 3.0、USB 3.1和Type C等也都可以使用本發(fā)明的設(shè)計。連接器的格式也不限于USB型式的連接器。

本發(fā)明使用大面積的PTC材料層作為層狀電路板的核心，可有效降低電阻值，而較佳地但不限于可使用碳黑等可耐高壓和有較佳電阻回復(fù)性的導(dǎo)電填料，可提升其實用性及應(yīng)用廣度。PTC材料層在連接器中作為電源供應(yīng)的導(dǎo)電路徑中形成一串聯(lián)于第一電極區(qū)塊和第二電極區(qū)塊之間的PTC電阻元件。當(dāng)該導(dǎo)電路徑中有過電流或過溫度發(fā)生時，該P(yáng)TC電阻元件會迅速觸發(fā)，從而有效防止例如微短路可能帶來的損害。

本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點(diǎn)已揭示如上，然而本領(lǐng)域具有通常知識的技術(shù)人士仍可能基于本發(fā)明的教示及揭示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)不限于實施例所揭示者，而應(yīng)包括各種不背離本發(fā)明的替換及修飾，并為所附的權(quán)利要求所涵蓋。