用于電源的協(xié)同式過壓/過流線路保護(hù)

　　協(xié)同式方法能夠幫助保護(hù)電源、繼電器和螺線管，避免因線路故障或過載造成電流增大以及尖峰電壓或暴露在穩(wěn)態(tài)過壓狀態(tài)帶來的危害。

　　SMPS設(shè)計考慮因素

　　開關(guān)電源(SMPS)可滿足消費類電子對尺寸、重量以及節(jié)能的需求，因此在很多應(yīng)用包括白家電中正替代線性穩(wěn)壓器。但因為SMPS缺乏過去設(shè)計方案所具有的固有電阻，因此它們通常需要更為可靠的線路保護(hù)。

　　高分子聚合物正溫系數(shù)(PPTC)過電流保護(hù)器件可以幫助制造商滿足UL60950-1/LPS (有限電源)對SMPS的要求，并提高設(shè)備的安全性與可靠性。該器件雖然不能防止故障的發(fā)生，但卻能快速反應(yīng)，將電流限制到一個安全的水平，以使下游元件免遭損壞。另外PPTC器件尺寸較小，可以很容易地用在空間受限的應(yīng)用中。

　　PPTC器件在正常工作電流下具有較低阻抗值，而當(dāng)處于過電流狀態(tài)時則會跳升到高阻狀態(tài)，電阻增加將使流過的電流降低，從故障狀態(tài)變?yōu)檩^低的穩(wěn)態(tài)，從而幫助保護(hù)設(shè)備電路。器件將保持鎖止?fàn)顟B(tài)直到故障解除，當(dāng)電路電源回到正常后，PPTC器件將會復(fù)位并使電流恢復(fù)，使電流回到正常工作狀態(tài)。

　　如圖1所示，PolySwitch? PPTC器件可以串聯(lián)在電源輸入端，幫助保護(hù)因電路短路、線路過載或者用戶誤操作造成的損壞。另外，在輸入兩端放置金屬氧化物變阻器(MOV)還可提供過壓保護(hù)。

　　圖1 開關(guān)電源常用電路保護(hù)設(shè)計

　　PolySwitch也可以放在MOV的后面，很多設(shè)備制造商喜歡在保護(hù)電路里將可復(fù)位PolySwitch器件與上游失效安全保護(hù)結(jié)合在一起，此例中R1作為鎮(zhèn)流電阻與保護(hù)線路結(jié)合起來應(yīng)用。

　　螺線管設(shè)計考慮因素

　　螺線管是一種電磁器件，它由線圈、線框、電樞以及支撐架組成。線圈和支撐架在線框上由機(jī)械固定，電樞則插在線圈中。當(dāng)線圈受到電流激勵時將產(chǎn)生磁力，把活塞拉入線圈并固定在支撐架上。

　　螺線管受到激勵后，電樞行程終端位置由一個傳感器檢測，傳感器將電樞位置信息反饋給系統(tǒng)電路，以關(guān)閉螺線管電源。如果傳感器失靈，造成電樞沒能拉入，間歇性工作的螺線管將產(chǎn)生大量熱并可能會失效。

　　將PPTC器件與MOV組合在一起安裝于AC輸入的初級，可以保護(hù)過流與過壓失效造成的損壞。與一次性熔斷絲不同，可復(fù)位PPTC器件還能保護(hù)因失效造成溫度升高而只有輕微電流變化帶來的損壞。

　　某些過載情況也會導(dǎo)致MOV保持夾緊狀態(tài)并繼續(xù)導(dǎo)電，這將最終造成器件溫度過高而失效。此時可將PPTC器件與MOV器件串聯(lián)并靠近以便其溫度接近，由于MOV將熱傳遞給PPTC器件，PPTC器件參數(shù)變化加快，限制了流過MOV的電流，這樣MOV可在更大過載狀態(tài)提供保護(hù)。

　　這一技術(shù)可使設(shè)計人員利用PPTC器件的溫度響應(yīng)，并取代電路中其他熱保護(hù)元件。PPTC器件這里不僅具有兩種功能，而且還是一種完全可復(fù)位方案。

　　螺線管失效最常見的原因是機(jī)械出現(xiàn)堵塞，可能是螺線管受到臟物的污染，或者有碎片卡在電樞和線圈內(nèi)壁之間，阻礙了正常運動。其他問題包括未對準(zhǔn)、彈簧損壞或者力量方向相反。

　　這些情況都可能導(dǎo)致流過螺線管的電流不變而線圈溫度升高，最終燒掉線圈的絕緣層和線路。如圖2a和2b所示，在正常情況下螺線管每個周期線圈溫度都會升高，圖2c顯示了過溫故障如何導(dǎo)致線圈繞組被燒掉，圖2d則顯示一個插入到線路中的PolySwitch器件在升到120℃時限制IIN使線圈溫度逐漸降低以保護(hù)線圈免受損壞。

　　圖2 PolySwitch器件通過限制線圈電流防止過流/過溫造成的損壞

　　繼電器設(shè)計考慮因素

　　繼電器經(jīng)常用在消費類電子設(shè)備中以較小信號電平控制大電流和高電壓的場合，或者用于切換必須與控制電路隔開的電流。繼電器最基本的部分是線圈、電樞和觸點。將繼電器接入電路后，電流將在繼電器線圈中產(chǎn)生磁場，然后磁場作用于電樞使得繼電器輸出所連接的觸點接通或者斷開。

　　過高的電壓或者電流可能導(dǎo)致繼電器損壞，一個常見的問題是繼電器斷開感性負(fù)載的電流時產(chǎn)生的尖峰電壓。如果尖峰電壓足夠大超過繼電器觸點額定電壓，觸點就可能被損壞(V = Ldi/dt)，這一損壞可能是突然的，也可能是緩慢的，經(jīng)過多年的工作后出現(xiàn)。

　　另外，當(dāng)觸點斷開電流斷開時，如果流經(jīng)觸點的電流過大也會造成損壞。過大的電流與電壓還會損壞繼電器線圈。如果繼電器線圈設(shè)計為在正常工作狀態(tài)下只有很短的激勵時間，那么正常工作電流下如果偶爾激勵時間延長也會損壞線圈。

　　圖3顯示了一個常見的繼電器保護(hù)線路。一個PolySwitch器件與繼電器線圈串聯(lián)，以便在出現(xiàn)故障或者偶爾過載時限制電流。該圖還顯示了PolySwitch與繼電器觸點串聯(lián)的情況。

　　圖3 典型的過流/過壓繼電器保護(hù)線路

　　選擇PPTC器件時，其額定電壓等于或大于最大可能電壓是非常重要的，同時其保持電流也要等于或大于正常工作狀態(tài)下最大穩(wěn)態(tài)電流。另外，還必須考慮最高環(huán)境溫度，因為環(huán)境溫度升高會導(dǎo)致保持電流下降。

　　圖3還顯示繼電器觸點并聯(lián)了一個MOV或者M(jìn)LV，其額定參數(shù)取決于電壓和最大浪涌電流，重要的是所選擇的器件不會在正常峰值電壓下傳導(dǎo)大電流。MOV參數(shù)包括最大允許AC或DC電壓，每個MOV和MLV器件也有最大額定浪涌電流，確定額定浪涌電流的常見標(biāo)準(zhǔn)做法是采用8/20微秒波形(上升時間為8微秒，下降到峰值一半的時間為20微秒)。隨著變阻器尺寸的增加，8/20微秒浪涌電流額定值也會升高，MOV或MLV也可與繼電器線圈并聯(lián)，如圖3所示。

　　總結(jié)

　　協(xié)同式過壓/過流線路保護(hù)可以幫助設(shè)計人員減少元器件數(shù)量，設(shè)計更加安全和可靠的產(chǎn)品，并符合法規(guī)的要求，降低保修和維修成本。PPTC器件具有可恢復(fù)功能和低線路阻抗特性，其額定電壓為240VAC，允許最大電壓達(dá)265VAC，并可安置在AC輸入線路上。MOV和MLV器件可幫助制造商符合系列安規(guī)要求，并提供大電流處理能力和能源吸收性能以及對于瞬時過電壓的快速響應(yīng)。