PolySwitch可復位保護增強電機驅動和控制的可靠性

2004年4月B版

　　電機驅動和控制裝置要經受某些嚴酷工作環境的考驗，而且要求能夠連續可靠地運行。現場的故障是無法避免的，選擇正確的電路保護策略將有助于確保產品的可靠性，并將制造商和客戶的維修成本控制在最低。采用Raychem電路保護部提供的PolySwitch聚合物正溫度系數(PPTC)可復位電路保護器件，架構更為穩固和可靠的產品，在電機的驅動和控制系統中能對某些常見的故障提供保護。

　　PolySwitch 聚合物正溫度系數器件的供貨類型包括引線型、軸型、片型、盤型和表面貼裝型。聚合物正溫度系數器件的小巧外形有助于節省寶貴的電路板空間，它其具備自復式功能，因此可以允許布置在用戶無法接觸到的位置，這與傳統保險絲需要布置在用戶能夠方便更換的位置以便更換相比，具有明顯的差異。由于聚合物正溫度系數器件是固態器件，故還能夠耐受機械沖擊和振動，可為各種不同的應用場合提供可靠的電路保護。

工作原理

　　聚合物正溫度系數器件是由特殊配方塑料和導電性顆粒組成的導電性聚合物共混物。在正常的工作溫度下，導電性顆粒在聚合物中形成低阻值的導電鏈路。但是，當溫度上升到器件的開關溫度以上時，聚合物內的晶體融化，形成非晶體物質。而在晶體融化的過程中，容積變大，造成導電性顆粒的分離，并導致器件阻抗的非線性增加。產生變化的熱量可以來自外部，也可以是由于電流過大而產生的內部電阻性發熱現象。器件的阻值上升，降低了在故障狀態下能夠流過的電流值，有助于保護電路中的設備。圖1所示為PolySwitch器件典型的阻值與溫度之間的特性曲線。在約為120攝氏度的動作點處，電阻值呈現幾個數量級的增長。

　　當電源斷開，以及故障消除后，PolySwitch器件的溫度降低到其動作溫度以下，這時器件恢復到低阻值的狀態下，電流即可正常地流過電路。PolySwitch器件具有高阻值變化和可復位的特性，使其成為由于過熱和過電流故障所引發的電子電路故障的首選保護方式。

電源保護

　　PolySwitch器件一直以來應用于電源直流輸出端的過載和短路保護。在開發出LVR系列產品后， 目前PolySwitch器件已經可以應用在電源輸入端的交流主電路中。這一產品將交流線路變壓器和其它線路側設備置于PolySwitch器件產品系列的保護范圍內。這些產品能夠在中性線不小心處于斷開狀態或交流線電壓用于24 VAC輸入端時，為電源提供保護。

　　LVR器件適用于電源系統，在120VAC和240VAC電壓下，其最大輸入電流可高達400毫安。而電流更大的電源系統可以將PolySwitch器件安置在次級端的輸出電路，用于保護由于過電流狀態所引發的電源故障。

輸入/輸出接口的保護

　　許多驅動器和控制裝置均配備了通訊和數據接口，用于各個系統元件之間的信息傳輸。而這些接口的接線有時會與交流或直流電源電纜并排敷設。這些線束可能由于正常的磨損、意外事故、安裝接線錯誤、或在中央配電箱上進行的誤操作，而出現短路現象。如果電源電纜與通訊電線出現短路現象，PolySwitch器件能夠保護任何與這條短路線路相連接的系統以免造成通訊接口的損壞。在某些情況下，這種現象有可能影響到很多系統。而PolySwitch器件在保護接口處所起的作用，可以明顯地降低設備常見故障的停運時間和修理成本。

過熱保護

　　PolySwitch器件能夠對來自外部的熱量和內部電流產生的熱量所引發的溫度上升作出響應，并可與高壓設備建立起熱量方面的聯系，為高壓設備提供過熱保護。建立這種熱量聯系可以通過將這些器件布置成與高壓設備發生接觸或靠近高壓設備的方式來實現。

　　接觸的方式使PolySwitch器件能夠很容易地與設備形成物理接觸，從而提高了保護效果。在這類設備中，變壓器是一個很好的例子。PolySwitch器件可以捆綁在外部線圈上或外殼上，而建立起熱量聯系。PolySwitch器件可以在設計時結合到電路中，使其具備在變壓器過熱時向控制器發送警告，系統馬上停止運行。

　　近距離方式適用于電源半導體部件的保護，而且在小型的表面貼裝PolySwitch器件與電源器件同處于一個銅底板時效果最好。這是一種成本低廉的熱量聯系方式，使PolySwitch器件能夠在溫度超過其動作點時進行動作，同時通知電源器件處于過熱狀態下時停止運行。

　　在這種應用中，會存在一定程度的熱延遲現象，所以這一保護方案無法保護大電流部件以及部件在毫秒級的時間內就發生故障的電源器件。但是，對于絕大多數的過負載狀態，這種配置可以對電源器件提供保護。

電機失速保護

　　運動機械均有可能出現堵塞或斷裂故障，并可導致電機失速。在電機失速時繼續供給電源會導致電機的損壞或驅動裝置的損毀。將PolySwitch器件與電機驅動器串聯起來后，可以保護電機和驅動電子電路，防止在失速或負載過大的狀態下系統發生故障。在故障清除后（而且電源斷開后），系統可以重新開始正常的運行，無需進行維護或更換部件。多年以來，PolySwitch器件一直是汽車工業中最為常用的保護車座、車窗和其它電機的方案。

　　在這些應用中，使用PolySwitch器件要求考慮串聯電阻的阻值和器件的最大保持電流額定值。室溫下的最大工作電流為，16V下為15A，30V下為9A。

　　在這些應用中，當這些系統由于過電流或過熱狀態而導致外部故障時，PolySwitch器件能夠允許電機驅動和控制器系統繼續運行。其優點在于提供了一種功能強大和可靠的產品，在其它部件出現故障時可以保護系統。■