提供过流、过热保护和降低维修成本的PPTC器件

PPTC组件不但提供了自复位电路保护功能,而且相对于只能使用一次的普通保险丝,它还拥有许多其它的优点。像传统保险丝一样,PPTC器件能限制故障发生期间高电流的流动。不同的是PPTC会在故障状态解除之后,或掉电之后,自动重新复位,从而减少服务及维修的成本。PPTC组件典型的应用包括计算机外设、可充电电池、电源、汽车电子及电信设备等。

Frank Owen

市场总监

TYCO Electronics/Raychem电路保护部

在电路中,PPTC器件常与被保护线路串联,它们专为各种不同的工作电流而设计,其封装有插脚、柱型、片状、碟形及表面帖装等形式,且符合UL60950安全规范。下面是若干应用实例。

USB口保护

通用串行总线(USB)技术让具有自行辨识功能的外设能主动地与PC连接,然后自动地重新将计算机进行配置来接收新的设备。因此保护USB集线器和主组件避免因为下游器件的短路的破坏就很重要,此时一般要采用PPTC组件。

USB规格要求对于集线器配备单独或成组的保护电路作为过电流保护。采用PPTC组件为单独端口保护对下游电源连接提供了一套高效率的设计方案。当有一端口发生故障时,该端口的PPTC组件会产生动作,而邻近的端口则功能保持不变。

图1所示为单口保护及过电流检测逻辑的基本电路。在正常情况下,PPTC器件的下游电压(VA)约为5V。在故障发生中, VA会降至1V以下。Vcc输出脚串联铁芯的目的是降低EMI幅射到USB缆线上。铁珠上的串联电阻值及其RF阻抗很重要。每线配置一个铁珠的原因在于串联直流电阻值低,其输出电容接在铁芯之后能使下游接口取得优异的特性。

电池保护

在便携式产品应用中,可充电锂离子电池在蜂窝电话及笔记本型计算机上的应用大幅增加。具有更高能量密度与充电能力的化学电池的应用日益广泛,从而增加了电池电路保护设计的复杂度。

单颗锂电池及圆形锂离子电池的过流保护通常采用PPTC器件,它们呈圆盘状地组装在每个电池盖里面,同时与其它保安器件结合在一起使用,如隔离器及压敏器件。

一般来说,防止电池(镍镉、镍锰或锂离子)过流及过充电的保护方法包括双金属电路断路器或PPTC器件。镍锰电池可能只有采用这种保护方式。锂离子电池的保护方式不止于此,还包括有源保护电路(IC及MOSFET器件)。在故障发生期间,电压会明显地比正常工作的电压要高许多,在二种电池应用中,根据短路电阻值的大小,短路电流高达几十安培。在过充电情况下,需要对电池加以保护以防止过热,其中镍镉电池不能超过100°C,镍锰或锂离子电池不能超过80-90°C。

相对于镍锰及锂离子等较高能量密度的化学电池而言,在充电期间对过热的灵敏度较高, 在出现在过热的情况下,专用新型低温PPTC能够切断电池的充电电流。如图2所示,过热的原因是外部短路或者过充电,与电池串联安装在电池匣内的PPTC带状器件具备过流和过热的双重保护,从而省去了加装热保险丝或双金属断路器这样的保护装置。

汽车起动器的保护

自恢复电路保护能确保各种汽车起动器小型马达的安全与可靠工作,这类马达的功能是控制车窗、天窗及座位位置,而且要适合放置在狭小的空间。

起动器的线圈是以直径很小的线绕成,因此马达停车时的高电流会造成线圈温度的快速上升,在短短几秒钟内,温度的急剧上升就足以造成隔离绕线的光亮珐琅材料的永久性破坏,一旦失去隔离作用,两圈绕线之间的短路有可能波及整个线圈,从而使起动器不能工作。

马达熄火造成的高电流比起正常工作电流大二倍或四倍,因此必须在线圈遭到破坏之前切断过高的电流,这个时间一般为10到200秒,为此,过流保护器件要仔细设计或选择以满足马达的电气规范要求。

为了保护马达线圈, PPTC器件要与马达线圈串联接在一起。当马达线圈的电流或温度上升到某个值以上时,PPTC器件被激活并将电流控制到较小的数值,防止马达受损。