PolySwitch可復位保護增強電機驅(qū)動和控制的可靠性

2004年4月B版

　　電機驅(qū)動和控制裝置要經(jīng)受某些嚴酷工作環(huán)境的考驗，而且要求能夠連續(xù)可靠地運行?，F(xiàn)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(chǎn)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(shù)(PPTC)可復位電路保護器件，架構更為穩(wěn)固和可靠的產(chǎn)品，在電機的驅(qū)動和控制系統(tǒng)中能對某些常見的故障提供保護。

　　PolySwitch 聚合物正溫度系數(shù)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(shù)器件的小巧外形有助于節(jié)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(tǒng)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(shù)器件是固態(tài)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(shù)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(nèi)的晶體融化，形成非晶體物質(zhì)。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(chǎn)生變化的熱量可以來自外部，也可以是由于電流過大而產(chǎn)生的內(nèi)部電阻性發(fā)熱現(xiàn)象。器件的阻值上升，降低了在故障狀態(tài)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(xiàn)幾個數(shù)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(tài)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(fā)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(fā)出LVR系列產(chǎn)品后， 目前PolySwitch器件已經(jīng)可以應用在電源輸入端的交流主電路中。這一產(chǎn)品將交流線路變壓器和其它線路側設備置于PolySwitch器件產(chǎn)品系列的保護范圍內(nèi)。這些產(chǎn)品能夠在中性線不小心處于斷開狀態(tài)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(tǒng)，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(tǒng)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(tài)所引發(fā)的電源故障。

輸入/輸出接口的保護

　　許多驅(qū)動器和控制裝置均配備了通訊和數(shù)據(jù)接口，用于各個系統(tǒng)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(xiàn)短路現(xiàn)象。如果電源電纜與通訊電線出現(xiàn)短路現(xiàn)象，PolySwitch器件能夠保護任何與這條短路線路相連接的系統(tǒng)以免造成通訊接口的損壞。在某些情況下，這種現(xiàn)象有可能影響到很多系統(tǒng)。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?qū)碜酝獠康臒崃亢蛢?nèi)部電流產(chǎn)生的熱量所引發(fā)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(lián)系，為高壓設備提供過熱保護。建立這種熱量聯(lián)系可以通過將這些器件布置成與高壓設備發(fā)生接觸或靠近高壓設備的方式來實現(xiàn)。

　　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(lián)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(fā)送警告，系統(tǒng)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(lián)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(tài)下時停止運行。

　　在這種應用中，會存在一定程度的熱延遲現(xiàn)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(nèi)就發(fā)生故障的電源器件。但是，對于絕大多數(shù)的過負載狀態(tài)，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(xiàn)堵塞或斷裂故障，并可導致電機失速。在電機失速時繼續(xù)供給電源會導致電機的損壞或驅(qū)動裝置的損毀。將PolySwitch器件與電機驅(qū)動器串聯(lián)起來后，可以保護電機和驅(qū)動電子電路，防止在失速或負載過大的狀態(tài)下系統(tǒng)發(fā)生故障。在故障清除后（而且電源斷開后），系統(tǒng)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(yè)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(lián)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(tǒng)由于過電流或過熱狀態(tài)而導致外部故障時，PolySwitch器件能夠允許電機驅(qū)動和控制器系統(tǒng)繼續(xù)運行。其優(yōu)點在于提供了一種功能強大和可靠的產(chǎn)品，在其它部件出現(xiàn)故障時可以保護系統(tǒng)。■