袖珍通信/PDA設(shè)備電源管理系統(tǒng)的PPTC電路保護(hù)

無(wú)線電話、PDA或其他便攜式電子設(shè)備的電源管理單元由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：

·電源轉(zhuǎn)換(電源適配器、CLA)；

·充電控制電路(設(shè)備內(nèi)置或充電器電路)；

·放電控制電路(袖珍電子設(shè)備)；

·附件(數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器、免提工具)；

·電池板(鎳氫、鋰-離子、鋰-聚合物)；

為使用戶滿意，必須要保證上述各部分之間能夠持續(xù)而穩(wěn)定的運(yùn)行。然而，由于各分隔部件經(jīng)常需要用導(dǎo)線彼此相連，從而會(huì)增加使用者由于誤連接而導(dǎo)致意外短路的危險(xiǎn)性。另外，如果用戶自行購(gòu)買非原裝的附件，原有設(shè)備的正常工作也無(wú)法保證。正是因?yàn)檫@些原因，必須使用電路保護(hù)以增加設(shè)備的可靠性和安全性。

圖1顯示的是可能發(fā)生于無(wú)線電話的內(nèi)部連線錯(cuò)誤的情況。由于大部分的錯(cuò)誤都是暫時(shí)性的，因而擁有一個(gè)可復(fù)式的電路保護(hù)就具有明顯的優(yōu)勢(shì)。只要故障原因得到清除，設(shè)備仍然能夠恢復(fù)正常運(yùn)作。廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中的PPTC自復(fù)式元件早已證明了其良好的過(guò)流和過(guò)溫保護(hù)特性。

PPTC元件是由具有特殊成分的塑料和導(dǎo)電粒子共混所得的導(dǎo)電聚合物制造。正常溫度時(shí)，導(dǎo)電粒子在聚合物中形成低阻抗分子鏈（圖2）。然而，如果溫度超過(guò)元件的開關(guān)溫度，聚合物中的結(jié)晶就會(huì)融化成為無(wú)定型相。在融化過(guò)程中結(jié)晶體積的增加導(dǎo)致導(dǎo)電粒子的分離，使得裝置的阻抗形成非線性的增加。環(huán)境或電池溫度的升高或電流過(guò)載時(shí)電阻的發(fā)熱都會(huì)產(chǎn)生溫度的增加，因而增加的阻抗得以將故障電流降到較低的數(shù)值，從而保護(hù)了電路中的電池和設(shè)備。

PolySwitch元件在電路中串聯(lián)使用(圖3)。

PolySwitch元件在遇到電流過(guò)載或溫度過(guò)載時(shí)從低阻抗?fàn)顟B(tài)變化到高阻抗?fàn)顟B(tài)，對(duì)電流進(jìn)行保護(hù)（圖4）。這被稱之為元件“動(dòng)作”。在電流過(guò)載時(shí)，這種變化是由于元件中電阻發(fā)熱引起溫度迅速上升所造成。PolySwitch元件有各種不同工作電流可供選擇。每一種元件按照“保持”電流歸類，即在20℃時(shí)不動(dòng)作的最大電流。

在UL1950/1310和IEC規(guī)范中，對(duì)于某個(gè)規(guī)范的絕緣等級(jí)，其變壓器線圈的最高溫度有一定的限制。A絕緣級(jí)（一般成本最低），正常工作條件下滿負(fù)荷時(shí)的最高允許線圈溫度為比環(huán)境溫度高65oC。輸出短路時(shí)的最高允許線圈溫度為150oC。盡管需要用熱電偶的方法校正，測(cè)溫方法最好仍是測(cè)量線圈阻抗的變化。

由于電路阻抗和變壓器磁學(xué)設(shè)計(jì)的關(guān)系，小型線性變壓器在直接短路時(shí)不一定會(huì)有大的過(guò)載電流產(chǎn)生。然而，電流的稍微升高也會(huì)引起線圈溫度的持續(xù)升高，如果不去管它，溫度就可能超過(guò)UL限度。圖5顯示了怎樣用PolySwitch元件對(duì)線圈過(guò)溫進(jìn)行可復(fù)式的保護(hù)。

圖6是典型的CLA電路圖。用PolySwitch元件和一個(gè)瞬時(shí)電壓抑制（TVS）二極管提供輸入保護(hù)。以IC控制的反向轉(zhuǎn)換器進(jìn)行整流及dc/dc電壓變換。PolySwitch元件取代了原先的一次性保險(xiǎn)絲，為用戶創(chuàng)造了一種“一勞永逸”的產(chǎn)品。單獨(dú)使用PolySwitch元件或與TVS并用可以為四種故障提供可復(fù)式保護(hù)。

·電流過(guò)載 - 在發(fā)生故障時(shí)通過(guò)移動(dòng)電話的大電流將使PolySwitch元件動(dòng)作到高阻抗?fàn)顟B(tài)，故障負(fù)載除去后恢復(fù)。

·極性顛倒 - 汽車電池安裝不正確的情況下，TVS二極管將電流導(dǎo)向RUE185-33使之動(dòng)作至高阻抗?fàn)顟B(tài)，從而保護(hù)TVS二極管并限制到達(dá)TVS的反向電壓。

·故障情況下汽車電路保護(hù) - 如果轉(zhuǎn)換器或控制IC發(fā)生故障，所導(dǎo)致的短路將使得PolySwitch元件動(dòng)作至高阻抗?fàn)顟B(tài)，從而對(duì)汽車線束和保險(xiǎn)盒進(jìn)行保護(hù)。

·引擎啟動(dòng)瞬間 - 引擎啟動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)可能會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)電壓脈沖。通常用TVS二極管進(jìn)行抑制。然而，如果瞬間脈沖值很大，則可能會(huì)超過(guò)TVS二極管的承受值。而接入PolySwitch元件后，由于元件在過(guò)大的電流造成損害前就動(dòng)作至高阻抗?fàn)顟B(tài)，從而避免了TVS二極管造成損壞。

圖7表示充電器或嵌入在便攜式通訊設(shè)備中的一種簡(jiǎn)化充電電路。有兩個(gè)位置可以進(jìn)行保護(hù)，分別是開關(guān)整流器之前，或是之后。

將保護(hù)安放在整流裝置之前的好處是可對(duì)瞬間脈沖、電壓加反、接線錯(cuò)誤或使用了不正確的線性適配器進(jìn)行可復(fù)式保護(hù)。由于這樣可以保護(hù)開關(guān)整流器免受過(guò)壓故障，所以這種連接還有減小整流器尺寸的優(yōu)點(diǎn)。

將保護(hù)安放在整流裝置之后的好處是可對(duì)電池板極性接反(當(dāng)使用老式/一次性充電電池的時(shí)候)提供可復(fù)式保護(hù)，保護(hù)電池板免受整流器裝置或其他設(shè)備故障所引起的電流過(guò)載。