袖珍通信/PDA設備電源管理系統(tǒng)的PPTC電路保護

無線電話、PDA或其他便攜式電子設備的電源管理單元由以下幾個部分構成：

·電源轉換(電源適配器、CLA)；

·充電控制電路(設備內(nèi)置或充電器電路)；

·放電控制電路(袖珍電子設備)；

·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)定的運行。然而，由于各分隔部件經(jīng)常需要用導線彼此相連，從而會增加使用者由于誤連接而導致意外短路的危險性。另外，如果用戶自行購買非原裝的附件，原有設備的正常工作也無法保證。正是因為這些原因，必須使用電路保護以增加設備的可靠性和安全性。

圖1顯示的是可能發(fā)生于無線電話的內(nèi)部連線錯誤的情況。由于大部分的錯誤都是暫時性的，因而擁有一個可復式的電路保護就具有明顯的優(yōu)勢。只要故障原因得到清除，設備仍然能夠恢復正常運作。廣泛應用于各種電子設備中的PPTC自復式元件早已證明了其良好的過流和過溫保護特性。

PPTC元件是由具有特殊成分的塑料和導電粒子共混所得的導電聚合物制造。正常溫度時，導電粒子在聚合物中形成低阻抗分子鏈（圖2）。然而，如果溫度超過元件的開關溫度，聚合物中的結晶就會融化成為無定型相。在融化過程中結晶體積的增加導致導電粒子的分離，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載時電阻的發(fā)熱都會產(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，從而保護了電路中的電池和設備。

PolySwitch元件在電路中串聯(lián)使用(圖3)。

PolySwitch元件在遇到電流過載或溫度過載時從低阻抗狀態(tài)變化到高阻抗狀態(tài)，對電流進行保護（圖4）。這被稱之為元件“動作”。在電流過載時，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℃時不動作的最大電流。

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

由于電路阻抗和變壓器磁學設計的關系，小型線性變壓器在直接短路時不一定會有大的過載電流產(chǎn)生。然而，電流的稍微升高也會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UL限度。圖5顯示了怎樣用PolySwitch元件對線圈過溫進行可復式的保護。

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

·電流過載 - 在發(fā)生故障時通過移動電話的大電流將使PolySwitch元件動作到高阻抗狀態(tài)，故障負載除去后恢復。

·極性顛倒 - 汽車電池安裝不正確的情況下，TVS二極管將電流導向RUE185-33使之動作至高阻抗狀態(tài)，從而保護TVS二極管并限制到達TVS的反向電壓。

·故障情況下汽車電路保護 - 如果轉換器或控制IC發(fā)生故障，所導致的短路將使得PolySwitch元件動作至高阻抗狀態(tài)，從而對汽車線束和保險盒進行保護。

·引擎啟動瞬間 - 引擎啟動時，發(fā)電機可能會產(chǎn)生瞬時電壓脈沖。通常用TVS二極管進行抑制。然而，如果瞬間脈沖值很大，則可能會超過TVS二極管的承受值。而接入PolySwitch元件后，由于元件在過大的電流造成損害前就動作至高阻抗狀態(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備中的一種簡化充電電路。有兩個位置可以進行保護，分別是開關整流器之前，或是之后。

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

將保護安放在整流裝置之后的好處是可對電池板極性接反(當使用老式/一次性充電電池的時候)提供可復式保護，保護電池板免受整流器裝置或其他設備故障所引起的電流過載。