PPTC器件：功率電子的電路保護新選擇

PPTC器件：功率電子的電路保護新選擇

　隨著材料科學的發展和PPTC器件研究的進步，已經可以在120 VAC和240 VAC的線電壓下應用PPTC器件，從而為變壓器和電源的保護提供了新的選擇
　　在線性變壓器或電源發展故障時，某些元器件會產生過熱現象。在開關型充電器發生故障的情況下，一些可能隨之發生故障的元器件包括磁性元件或開關場效應管。在線性充電器中，沒有場效應管或電子線路進行功率轉換，變壓器的線圈是最有可能出問題的器件。
　　在防止電源出現這些故障現象及其隨之而來的過熱損壞時，有若干項電路保護方案可供選擇，其中包括溫度保險絲、電流保險絲和電路斷路器。常用的解決方案是在初級端使用一個溫度保險絲，并在次級端使用一個電流保險絲。這一方式能夠同時防止出現過熱和過電流狀況。但是，這一方法的缺點在于：第一，需要2個器件，從而增加了成本；第二，由于保險絲為一次性使用的器件，保險絲斷路后將可能導致充電器永遠無法工作。   
　　在變壓器和電源應用中，有時會使用斷路器作為自復式保護器件，但是這會大幅增加成本。目前，一項可以適用的解決方案是使用一個自復式陶瓷正溫度系數（CPTC）器件。但是，由于此項技術較高的保護溫度、高阻值、大體積以及較差的防沖擊能力，尚未廣泛應用到初級端的電路保護中。
　　對于這一問題的最為適宜的解決方案是使用聚合物正溫度系數（PPTC）器件，且其工作電壓額定值為240 VAC。這一PPTC器件以簡便的封裝形式同時提供了過電流和過熱保護，并使設計人員可以選擇在變壓器的初級端布置自復式保護，從而可用單個器件取代以前常用方案中的2個元件。另外，由于PPTC器件通常在發生故障后不需加以更換，這樣有助于制造商降低保修、維護和修理方面的成本。
　　對于發生故障后只造成線圈溫度上升而不會真正引起電流值較大增加的應用，電路保護器件種類中的過熱保護器件是十分合適的選擇。小功率的電源變壓器就是這種應用中的一個范例，在這種電源變壓器中，即使在次級端回路中發生了短路，線圈阻抗也會將電流限制在較低的強度。
　　性能比較：溫度保險絲與PPTC器件
　　泰科電子公司最近進行了一項以公司推出的PolySwitch LVR系列PPTC器件作為多種變壓器初級端保護元件的對比試驗，并將PPTC器件的性能特征與溫度保險絲和CPTC器件的性能進行了比較。
　　許多的線性電源在設計中采用了一次性的溫度保險絲作為初級端的保護解決方案。圖1所示為在這類變壓器上發生的過熱現象的效果。在這項試驗中，由于次級端短路事件的發生，導致線圈溫度超過200℃。溫度保險絲的溫度額定值為115℃，其安裝位置靠近鐵芯的中央，未能實現開路動作，線圈的絕緣層出現了熔化現象，因而燒毀了變壓器。
圖1. 采用溫度保險絲作為初級端保護元件的240 VAC變壓器的次級端發生短路的結果。
　　圖2所示為在類似的變壓器中，針對作為初級端保護元件的PPTC器件進行測試的結果。在初級端加上了253VAC的電壓，并模擬了次級端短路。對初級線圈、次級線圈以及PPTC器件的表面溫度進行了測量。PPTC器件在其外部溫度達到大約95℃時開始分斷電路，此時，初級線圈的溫度大約為95℃。在PPTC器件動作后，電流得到了限制，線圈的溫度開始下降。
圖2. 采用一個PPTC器件作為初級回路保護元件的240 VAC變壓器的次級端短路試驗結果
　　圖3所示為PPTC器件與溫度保險絲的性能特性曲線的比較，其中溫度保險絲采用與PPTC類似的研究條件，在次級端短路的240VAC變壓器進行試驗。這些數據證明了PPTC器件具有更快的動作時間，并且具備了限制線圈最高溫度的性能。因此，PPTC器件有助于改善對變壓器繞組和次級端回路的保護。

圖3. 在120 VAC變壓器次級端出現短路的前提下，對采用溫度保險絲和PPTC器件作為初級端保護元件的特性結果進行比較。
　　隨著材料科學的發展和PPTC器件研究的進步，已經可以在120 VAC和240 VAC的線電壓下應用PPTC器件，從而為變壓器和電源的保護提供了新的選擇
　　在線性變壓器或電源發展故障時，某些元器件會產生過熱現象。在開關型充電器發生故障的情況下，一些可能隨之發生故障的元器件包括磁性元件或開關場效應管。在線性充電器中，沒有場效應管或電子線路進行功率轉換，變壓器的線圈是最有可能出問題的器件。
　　在防止電源出現這些故障現象及其隨之而來的過熱損壞時，有若干項電路保護方案可供選擇，其中包括溫度保險絲、電流保險絲和電路斷路器。常用的解決方案是在初級端使用一個溫度保險絲，并在次級端使用一個電流保險絲。這一方式能夠同時防止出現過熱和過電流狀況。但是，這一方法的缺點在于：第一，需要2個器件，從而增加了成本；第二，由于保險絲為一次性使用的器件，保險絲斷路后將可能導致充電器永遠無法工作。   
　　在變壓器和電源應用中，有時會使用斷路器作為自復式保護器件，但是這會大幅增加成本。目前，一項可以適用的解決方案是使用一個自復式陶瓷正溫度系數（CPTC）器件。但是，由于此項技術較高的保護溫度、高阻值、大體積以及較差的防沖擊能力，尚未廣泛應用到初級端的電路保護中。
　　對于這一問題的最為適宜的解決方案是使用聚合物正溫度系數（PPTC）器件，且其工作電壓額定值為240 VAC。這一PPTC器件以簡便的封裝形式同時提供了過電流和過熱保護，并使設計人員可以選擇在變壓器的初級端布置自復式保護，從而可用單個器件取代以前常用方案中的2個元件。另外，由于PPTC器件通常在發生故障后不需加以更換，這樣有助于制造商降低保修、維護和修理方面的成本。
　　對于發生故障后只造成線圈溫度上升而不會真正引起電流值較大增加的應用，電路保護器件種類中的過熱保護器件是十分合適的選擇。小功率的電源變壓器就是這種應用中的一個范例，在這種電源變壓器中，即使在次級端回路中發生了短路，線圈阻抗也會將電流限制在較低的強度。