用于家用电器、控制器和交流电源的协同式电路保护

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        用高分子聚合物正温度系数器件(PPTC)实现的过流、过热协同保护技术可以保护家用电器中的电动机、控制器和电子元件。

       PPTC器件的电阻小,尺寸与熔断器相同,在出现故障时,会限制危险的大电流流过。不过,在排除了故障并且切断电源之后,PPTC器件会恢复原来的低电阻状态,它所保护的设备仍能正常工作。

       LCD加热元件的保护技术

       液晶显示器在家用电器中得到广泛应用,但是温度变化对它的影响很大。这是因为LCD在低温下的性能很差,所以往往使用加热元件来提高温度,改善性能。一般的做法是,把加热元件的温度传感器连接到由微处理器进行控制的开关上,用开关控制加热元件,当LCD的温度超过规定范围时,就切断加热元件的电源。

       这个方法的缺点在于,微控制器控制着加热元件,现在又用来进行过热控制。如果微控制器出现故障或者其他控制元件出故障,会丧失对加热元件的控制,导致在高温时电源关断功能失效,发热失控。

图1 PPTC器件会在高温时降低流入加热元件中的电流

       安装一个独立于加热元件控制器的PPTC器件,就能够保护LCD和加热器的控制电路,避免温度过高而造成损坏。如图1所示,PPTC器件一般放在电源和加热器之间的连接线路中,并置于LCD热传导回路中,这样一来,LCD产生的热就能传导到PPTC器件上了。当LCD的温度达到某一个预定温度时,PPTC器件的电阻迅速上升,发热元件中的电流便随之下降。一旦故障排除,并且重新上电,这个电路还会恢复到正常的工作状态。
 
       用于交流电源的协调保护

       从小型的台式家用设备到专业人员使用的高温炉,电子设备的结构日益复杂,功能越来越多,这一切推动着电路的集成,电路板尺寸的缩小。而如何保护敏感的电子元件,防止电压瞬变、短路和用户误用造成的损坏,就是制造商首要关心的问题。过去在设计控制电路板时,变压器的原边和副边上通常不使用过流保护。出现故障时,依靠变压器把大量的热散发出去,防止控制电路板损坏。而接在交流电源输入端的协调式过流和过压保护电路,能够帮助设计师达到安全机构的要求,并且减少元件数量、降低成本。

图2 接在交流电源电路中的协调式过压及过流保护

       图2说明了金属氧化物压敏变阻器(MOV)如何与PPTC器件结合使用。这两者的结合提高了苛刻交流环境中的设备可靠性,并且达到国际电工委员会的IEC 61000标准的测试要求。

  金属氧化物压敏变阻器具有高的通流和能量吸收能力,快的响应速度,低廉的成本,非常适合在电源端进行过压保护。PPTC过流保护器件的额定工作电压也是交流240V,允许最高达265V的间歇性电压,可以与交流电源输入线路中的压敏变阻器安装在一起。

       可自动恢复的PPTC保护器件与一次性电流熔断器不同,在出现故障时,如果电流略有上升就会引起其温度升高,防止电路损坏。把PPTC器件安装在可能发热的元件附近,例如磁性元件、场效应晶体管(FET),或者功率电阻器旁,只需要一个就能够实现过流保护和过热保护。 

    交流电源出现的一些过载状况可能会导致压敏变阻器仍然处在钳位状态,这时电流会继续流过,最终可能会导致这个器件因过热而损坏。把PPTC器件装在金属氧化物压敏变阻器附近,就可以密切地监控压敏变阻器的发热状况。在压敏变阻器长时间过载的情况下,它的热量会传送到PPTC器件上,使PPTC器件更快地转变为高阻状态,限制压敏变阻器中的电流,从而保护压敏变阻器不致烧坏。

       对于具体应用,选用什么PPTC器件和压敏变阻器,与国际电工委员会IEC 61000-4-5规定的设备保护级别有关,也与设备本身的工作条件有关。在选择PPTC器件时,首要考虑的问题是,这个器件的额定电流要和电气设备在正常工作情况下的电流吻合。
 
       工业控制器的保护策略

      传统上,一直使用一次性熔断器来保护电子电路,防止过流造成损坏。在使用这项技术时,如果线路出现故障,或者元件出现故障,流过的电流过大,熔断器将烧断,于是电气连接中断。而如果系统中有一个元件发生故障,其他元件和整个系统则不能工作。这样一来,必须把受到影响的元件上的熔断器全部取下更换,系统才能再次运作。

       在控制器和遥控装置中,如果使用自复故障保护技术,就可以减少故障对系统的影响,减少影响系统的元件数量,并且缩短修理时间。PPTC器件是取代熔断器技术的实际可行的办法,它能够保护宝贵的电子系统,减少保用和维修服务的成本,并且提高用户的满意程度。 

      在工业控制器的许多应用中,用PPTC器件取代一次性使用的熔断器,可以帮助设计人员在关键性的接口电路上实现同样水平的过流保护;并且,当一个外部故障引起系统中出现大电流时,就用不着更换熔断器或者进行维修了。

          图3 PPTC器件能够保护控制器和遥控装置之间的连接线路以及电源输入电路

        除了控制器,任何远程传感器、指示器,或者需要电源的制动器、模拟电路,或者通信总线接口,如果使用PPTC器件,都会给它们带来益处(见图3)。这些元件经常会因为接错线路、接错电源或者中线连接不牢固而造成损坏。

        结语

        利用协调式过流、过热和过压保护,设计师可以减少元件数量、减少由于电动机和控制板变压器出现故障而造成的保用回收。PPTC器件的电阻小、动作时间快、高度低并且具有自复功能,能够帮助设计人员设计出安全可靠的产品,并且达到监管机构的要求。

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