PPTC保護器件技術(shù)在汽車電子的應(yīng)用

1、PPTC保護器件技術(shù)在汽車電子的應(yīng)用PPTC器件技術(shù)已廣泛應(yīng)用于便攜式電器、手機、計算機和遠程通信設(shè)備的過流和過熱電路保護設(shè)計中。汽車電子技術(shù)委員會推出的有關(guān)無源部件的新標準，推動了聚合物正溫度系數(shù)器件(PPTC)電路保護技術(shù)在汽車工業(yè)中的應(yīng)用。新型汽車設(shè)計主要針對電子電路和機動附件，如電動車窗、電動座椅、天窗控制和遠程信息處理裝置，旨在降低成本及提高可靠性和功能性。電機驅(qū)動和控制裝置要經(jīng)受某些嚴酷的工作環(huán)境，而且要求能夠連續(xù)和可靠地運行?，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PolySw

2、itch聚合物正溫度系數(shù)(PPTC)可復位電路保護器件，架構(gòu)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，由于其具備自復式功能，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，因此還能夠耐受機械沖擊和振動，可為各種不同的應(yīng)用場合提供可靠的電路保護。電源保護PolySwitch器件一直以來應(yīng)用于電源直流輸出端的過載和短

3、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(yīng)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(cè)設(shè)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24VAC輸入端時，能夠為電源提供保護。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。RXE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

4、些接口的接線有時會與交流或直流電源電纜并排敷設(shè)。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(shè)備常見故障的停運時間和修理成本。過熱保護由于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(yīng)，并可與高壓設(shè)備建立起熱量方面的聯(lián)系，為高壓設(shè)備提供過熱保護。建立這種熱量聯(lián)系可以通過將這

5、些器件布置成與高壓設(shè)備發(fā)生接觸或靠近高壓設(shè)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(shè)備形成物理接觸，從而提高了保護的效果。在這類設(shè)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，從而建立起熱量聯(lián)系。PolySwitch器件可以在設(shè)計時結(jié)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

6、過熱狀態(tài)下時應(yīng)該停止運行。在這種應(yīng)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)，這種配置均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和/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

7、常用的保護車座、車窗和其它電機的方案。在這些應(yīng)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(yīng)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)。汽車IEEE1394網(wǎng)絡(luò)中的PolySwitch器件應(yīng)用在汽車工業(yè)中，家庭生活方式與汽車日益緊密的聯(lián)系方興未艾。采用由美國汽車多媒體接口協(xié)會(AMI-C)制訂的標準化全球接口，就能方便地與各種消費電子設(shè)備相連，并

8、為這些設(shè)備的快速安裝提供便利。在消費電子業(yè)界稱為IEEE1394串行總線的網(wǎng)絡(luò)，在設(shè)計時以多媒體內(nèi)容的傳輸為目標。這一針對汽車工業(yè)的附加標準被稱為IDB-1394，由“1394聯(lián)合汽車產(chǎn)業(yè)集團”制訂。IDB-1394設(shè)計用于高速多媒體應(yīng)用，即在車內(nèi)快速傳輸大量的信息。這項開放式的標準允許便攜式的電子設(shè)備與車載網(wǎng)絡(luò)之間進行連接和互動操作，為兩者建立了溝通渠道。電源接口需要提供過電流保護，而現(xiàn)有的汽車體系所使用的電源標準是在多年以前頒布的。由于用戶便利端口(CCP)用于傳輸信號和供電，所以必須對它進行保護，以防止由于各種故障，例如接觸不良的電纜或接頭插入到商品時，發(fā)生短路或造成下行設(shè)備的損壞。這種

9、情況有可能經(jīng)常發(fā)生，所以中央控制面板的短路保護必須有效而可靠。應(yīng)用綜述如圖所示，車載網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)可分為內(nèi)嵌式網(wǎng)絡(luò)和用戶便利端口(CCP)。目前的技術(shù)規(guī)格將內(nèi)嵌式塑料光纖(POF)車載網(wǎng)絡(luò)定義為與現(xiàn)有的MOST(媒體定向系統(tǒng)傳輸)技術(shù)相似的規(guī)格。但是，前者的架構(gòu)更加穩(wěn)固、能夠提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，并且更易于實現(xiàn)。這個網(wǎng)絡(luò)能夠連接各種電子設(shè)備，例如DVD播放機、視頻顯示屏、導航系統(tǒng)、收音機接收設(shè)備、通訊設(shè)備，如無線電話或應(yīng)急自動遠程通信及信息處理技術(shù)術(shù)語，以及其它的多媒體應(yīng)用。這套視頻-音頻網(wǎng)絡(luò)包括一個用戶便利端口(CCP)，可供乘客將自己的CD機、游戲機和其它應(yīng)用1394總線的設(shè)備和外設(shè)連接到網(wǎng)

10、絡(luò)中，所配電纜通用于家中和車上。電路保護要求在熱插拔汽車環(huán)境中，由于客戶經(jīng)常要在電源接口上連接和斷開各種外設(shè)，所以明顯存在發(fā)生短路損壞的潛在危險。電源接口要求具備過電流保護的功能，而現(xiàn)有的應(yīng)用于當前汽車系統(tǒng)中的電源標準是多年以前制訂的。由于用戶便利接口用于傳輸信號和供電，所以必須對它進行保護，以防止由于各種故障，例如接觸不良的電纜或接頭插入接口時，發(fā)生短路或造成下行設(shè)備的損壞。這種情況有可能經(jīng)常發(fā)生，所以中央控制面板的短路保護必須有效而可靠，而且最好是能夠復位的。電流限制可以通過使用電阻、保險絲、開關(guān)或聚合物正溫度系數(shù)(PPTC)器件來實現(xiàn)。目前很少采用電阻保護方案，因為它會在正常電流狀態(tài)下產(chǎn)

11、生過大的電壓降。有可能采用一次性保險絲方案，但是這種保護易于損壞，而且必須在發(fā)生故障后予以更換。雙金屬開關(guān)的局限性在于它存在反復接通，并有可能導致觸點熔連故障。在很多汽車應(yīng)用中，最好的保護方案為聚合物正溫度系數(shù)(PPTC)器件，這種器件在正常工作狀態(tài)下呈現(xiàn)低阻抗，而在發(fā)生故障時呈現(xiàn)高阻抗。PolySwitch型聚合物正溫度系數(shù)器件廣泛用于IEEE1394應(yīng)用，經(jīng)常為計算機、外設(shè)和便攜式電子設(shè)備提供可復位式電路保護。在汽車多媒體應(yīng)用中，這種器件常用于為GPS定位設(shè)備、CD換片機、音響和其它電子外設(shè)的輸入輸出接口提供電路保護。保護GPS(全球定位系統(tǒng))部件、CD換片機、立體聲音響和其它連接到汽車網(wǎng)

12、絡(luò)中的電子外設(shè)：上圖：PolySwitch器件可幫助電路設(shè)計師滿足電路設(shè)計的安全需求，并為連接到車載網(wǎng)絡(luò)中的電源接口、遠程電氣通訊設(shè)備和便攜式設(shè)備提供電路保護PPTC器件與傳統(tǒng)的熔斷器相似之處在于：能夠在故障產(chǎn)生和持續(xù)狀態(tài)下限制危險性的大電流;而不同之處在于：在故障消除后和/或電路電源斷開后，PPTC器件能夠自行復位。另一項優(yōu)點是聚合物正溫度系數(shù)器件較為小巧，能夠直接安裝在電路板上，并且可安裝在電子模塊、接線盒和配電中心部件內(nèi)。采用通用電子工業(yè)標準的車載產(chǎn)品能夠有助于客戶利用新面市的產(chǎn)品來升級汽車。而通用的總線也有助于汽車制造商在技術(shù)進步、不斷超前汽車設(shè)計循環(huán)周期的情況中，解決由此引發(fā)的技術(shù)過時的問題。在熱插拔汽車環(huán)境中，由于客戶經(jīng)常要在電源接口上連接和斷開各種外設(shè)，所以明顯存在發(fā)生短路損壞的潛在危險。而聚合物正溫度系數(shù)器為這一問題提供了有效的過電流保護方案。這種可復位的電路保護器件也有助于制造商生產(chǎn)出安全可靠的產(chǎn)品，以滿足管理機構(gòu)的要求，并且降低產(chǎn)品保修和修理成本。IDB-139