中心論題：
- 分析PPTC在便攜式電子設(shè)備起過(guò)流保護(hù)作用的實(shí)現(xiàn)
- 分析PPTC在電流適配器起過(guò)流保護(hù)作用的實(shí)現(xiàn)
- 分析PPTC在充電器起過(guò)流保護(hù)作用的實(shí)現(xiàn)
解決方案：
- 在電源接口串聯(lián)一個(gè)PPTC元件可起到防過(guò)壓作用
- PPTC元件非常適合在過(guò)熱故障時(shí)提供有效保護(hù)
- PPTC元件可提供“一插即可”的解決方案對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)從而減少質(zhì)保返修
本文介紹PPTC過(guò)流保護(hù)在便攜式電子設(shè)備、電流電配器和充電器中的應(yīng)用。
便攜式電子設(shè)備保護(hù)
便攜式電子設(shè)備，例如蜂窩電話、PDA和手提電腦的電源都有特殊的過(guò)流保護(hù)要求。這些設(shè)備一般是通過(guò)AC/DC電源適配器供(充)電，將市電或未經(jīng)穩(wěn)壓的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楹线m的低壓直流電。由于越來(lái)越多的人開始在零配件市場(chǎng)上購(gòu)買電源適配器以及通用充電器，將不兼容或有故障的電源適配器應(yīng)用于便攜式設(shè)備的可能性也就大大增加。由于電源適配器的電壓、極性以及電流都可能與該設(shè)備的電路規(guī)范不相吻合，從而將會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞甚至帶來(lái)安全隱患。
體積小，熔斷保險(xiǎn)絲，一度被廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備中。然而，由于新型micro系列的誕生，可復(fù)式電路保護(hù)元件的體積已不再成為其制約瓶頸。并且，由于此類設(shè)備出現(xiàn)的大多數(shù)故障本質(zhì)上都是瞬時(shí)性的，可復(fù)式電路保護(hù)元件的應(yīng)用可使生產(chǎn)商避免小故障大維修的高額成本。
通過(guò)在電源接口串聯(lián)一個(gè)高分子正溫度系數(shù)(PPTC)元件，因電源適配器不兼容而造成的過(guò)流損壞就可以被有效避免。另外，如果再并聯(lián)一些其他元件如：齊納二極管、瞬時(shí)限壓二極管或消弧電路，還可以起到防過(guò)壓作用。
如圖1所示，未經(jīng)整流的直流電通過(guò)電源適配器轉(zhuǎn)變?yōu)楹线m電壓對(duì)電池組進(jìn)行充電。PPTC元件與過(guò)壓保護(hù)元件協(xié)調(diào)作用共同完成下列工作：
- 針對(duì)可能損壞FET以及電池組的過(guò)大電流，提供過(guò)電流保護(hù)。
- 極性倒置時(shí)， PPTC通過(guò)動(dòng)作以限制由于齊納二極管正向?qū)ǘa(chǎn)生的過(guò)電流。
- 在過(guò)電壓元件對(duì)電壓過(guò)載提供保護(hù)時(shí)，由PPTC元件對(duì)導(dǎo)通電流進(jìn)行限制，以保護(hù)過(guò)壓器件。
PPTC元件也可以用于連接電池組的器件端口，以保護(hù)因?yàn)槭褂糜泄收匣虿黄ヅ涞碾姵亟M而帶來(lái)的過(guò)電流損害。對(duì)各種免提式汽車通話裝置或耳機(jī)等供電時(shí)，電池組輸出端保護(hù)亦提供理想的保護(hù)功能。
圖1典型的電池充電電壓
圖2 PPTC元件用于變壓器次級(jí)線圈所發(fā)揮的過(guò)熱保護(hù)特性
圖3 典型的CLA電路圖
AC/DC電源適配器保護(hù)
AC/DC電源適配器被廣泛地使用于電池充電應(yīng)用中，以及為各種消費(fèi)類電器提供低成本直流電源。使用分離的AC/DC電源適配器，可使終端設(shè)備的設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)化，并便于通過(guò)各類認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。
各種電源適配器都有其安全和可靠性要求，包括短路電流限制和變壓器線圈過(guò)溫保護(hù)。如果線圈超過(guò)了絕緣材料所規(guī)定的溫度，絕緣層就可能損壞并導(dǎo)致變壓器短路，甚至引發(fā)火災(zāi)。雖然PPTC元件的過(guò)電流保護(hù)效果非常顯著，但其本身所具有的溫度衰減特性卻鮮受關(guān)注，而這種特征非常適合在過(guò)熱故障時(shí)提供有效保護(hù)。
一些變壓器線圈通過(guò)內(nèi)置溫度保險(xiǎn)絲，可以具有過(guò)溫保護(hù)功能。但由于溫度保險(xiǎn)絲為一次性元件，不適合用于防止瞬間故障，如輸出端短路或輸入電壓波動(dòng)的故障情況。而CPTC(陶瓷PTC)元件則因?yàn)橛凶杩馆^高的缺點(diǎn)，會(huì)導(dǎo)致在正常工作條件下也產(chǎn)生過(guò)量的功率損耗。通過(guò)提高絕緣材料的耐熱等級(jí)，也可以免去進(jìn)一步的保護(hù)措施，但直接結(jié)果是變壓器成本大大增加。
實(shí)驗(yàn)中，線性電源適配器輸出端被人為短路，因?yàn)榫€圈電阻的存在，輸出電流在1安培左右。此時(shí)，次級(jí)線圈的溫度開始增加，當(dāng)達(dá)到100℃的時(shí)候，溫度和電流的共同作用引起PPTC元件動(dòng)作，從而限制了次級(jí)線圈的電流，并制止了線圈溫度進(jìn)一步上升，如圖2所示。
選擇PPTC元件時(shí)，需要考慮可以通過(guò)的最大負(fù)荷電流、最高的環(huán)境溫度(通常為45℃)以及由變壓器溫度上升速率所決定的的最大動(dòng)作時(shí)間。
CLA短路保護(hù)
由于汽車環(huán)境的多變以及要給各種精密電子設(shè)備供電，CLAs(汽車點(diǎn)煙器電源適配器)必須要在很寬的溫度范圍和充電條件下工作。所以，CLAs經(jīng)常出現(xiàn)短路故障以及保險(xiǎn)絲燒毀的情形。通常，這些情形是由過(guò)電流、充電器電路故障或反向充電所引起。
在CLA輸入端接入過(guò)電流保護(hù)裝置，可以防止此類故障以及可能導(dǎo)致的損壞。這種裝置的具體保護(hù)要求是由終端設(shè)備的負(fù)載電流，以及CLA電源轉(zhuǎn)換電路的故障敏感性決定。通常是在CLA的輸入端，應(yīng)用過(guò)電壓保護(hù)器件，如瞬時(shí)限壓二極管提供過(guò)電壓保護(hù)；結(jié)合自復(fù)式保護(hù)元件，如PPTC元件，即可提供一個(gè)“一插即可”的解決方案，對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)從而減少質(zhì)保返修。
圖3中是一個(gè)PolySwich自復(fù)元件和一個(gè)瞬時(shí)限壓(TVS)二極管提供輸入保護(hù)。IC用于控制DC/DC降壓轉(zhuǎn)換，由PPTC獨(dú)用或與TVS相結(jié)合的保護(hù)措施可以防止以下四種故障造成的損壞。
負(fù)載過(guò)流：故障的車載電話導(dǎo)致過(guò)大的電流，會(huì)使PPTC動(dòng)作跳變至高阻狀態(tài)，直至故障排除。
轉(zhuǎn)換器發(fā)生故障時(shí)的汽車電路保護(hù)：如果轉(zhuǎn)換器或控制IC失效，短路電流會(huì)使PPTC動(dòng)作跳變至高阻狀態(tài)，以保護(hù)汽車的線束及保險(xiǎn)絲。
發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間：發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)峰值電壓，該電壓通常會(huì)被TVS二極管抑制。然而，如果瞬時(shí)電壓值過(guò)大，可能會(huì)超過(guò)TVS二極管的承受能力。而如果使用了PPTC，就可以在過(guò)量電流損壞TVS以前動(dòng)作并限流，從而起到保護(hù)TVS的作用。
極性倒置：如果使用了不正確的汽車電池，TVS二極管將會(huì)正向?qū)?，過(guò)大電流通過(guò)PPTC導(dǎo)致其動(dòng)作跳變至高阻狀態(tài)，從而保護(hù)TVS，并將流過(guò)轉(zhuǎn)換器的反向電壓限制在TVS正向電壓降水平下。
選擇PPTC元件時(shí)，必須考慮最大負(fù)載電流、最高環(huán)境溫度、以及為防止其他部件損壞所要求的最大動(dòng)作時(shí)間。根據(jù)這些參數(shù)，可以選擇插腳式或表面貼裝式的自復(fù)器件。
結(jié)語(yǔ)
PPTC元件在廣泛的電路保護(hù)應(yīng)用中顯示了其卓越的性能，并有UL，CSA和TUV的安全認(rèn)證。PPTC裝置提供可靠、自復(fù)式的電路保護(hù)，有效減少巨額的質(zhì)保返修。
作者簡(jiǎn)介：Frank Owen先生在便攜式電子通訊產(chǎn)品方面擁有十多年設(shè)計(jì)、開發(fā)以及市場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，在英國(guó)倫敦大學(xué)獲得BSEE學(xué)位，在瑞士Lausanne管理開發(fā)學(xué)院獲得MBA學(xué)位；現(xiàn)任泰科電子集團(tuán)Raychem電路保護(hù)部的便攜式電子設(shè)備市場(chǎng)總監(jiān)。
