剖析PPTC器件在汽車電子中的五類應(yīng)用

 PPTC器件技術(shù)已廣泛應(yīng)用于便攜式電器、手機(jī)、計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)程通信設(shè)備的過流和過熱電路保護(hù)設(shè)計(jì)中。汽車電子技術(shù)委員會(huì)推出的有關(guān)無源部件的新標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)了聚合物正溫度系數(shù)器件(PPTC)電路保護(hù)技術(shù)在汽車工業(yè)中的應(yīng)用。

新型汽車設(shè)計(jì)主要針對電子電路和機(jī)動(dòng)附件，如電動(dòng)車窗、電動(dòng)座椅、天窗控制和遠(yuǎn)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(jī)驅(qū)動(dòng)和控制裝置要經(jīng)受某些嚴(yán)酷的工作環(huán)境，而且要求能夠連續(xù)和可靠地運(yùn)行?，F(xiàn)場的故障是無法避免的，選擇正確的電路保護(hù)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PolySwitch聚合物正溫度系數(shù)(PPTC)可復(fù)位電路保護(hù)器件，架構(gòu)更為穩(wěn)固和可靠的產(chǎn)品，在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)中能對某些常見的故障提供保護(hù)。

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(fù)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(xiǎn)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(jī)械沖擊和振動(dòng)，可為各種不同的應(yīng)用場合提供可靠的電路保護(hù)。

電源保護(hù)

PolySwitch器件一直以來應(yīng)用于電源直流輸出端的過載和短路保護(hù)。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(hù)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(shí)，能夠?yàn)殡娫刺峁┍Ｗo(hù)。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(dá)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(hù)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(hù)

許多驅(qū)動(dòng)器和控制裝置均配備了通訊和數(shù)據(jù)接口，用于各個(gè)系統(tǒng)元件之間的信息傳輸。而這些接口的接線有時(shí)會(huì)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(cuò)誤、或在中央配電箱上進(jìn)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(hù)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(hù)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(yùn)時(shí)間和修理成本。

過熱保護(hù)

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(hù)。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(shè)備發(fā)生接觸或靠近高壓設(shè)備的方式來實(shí)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(hù)的效果。在這類設(shè)備中，變壓器是一個(gè)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(jì)時(shí)結(jié)合到電路中，使其具備在變壓器過熱時(shí)向控制器發(fā)送警告，系統(tǒng)馬上停止運(yùn)行。

近距離方式適用于電源半導(dǎo)體部件的保護(hù)，而且在小型的表面貼裝PolySwitch器件與電源器件同處于一個(gè)銅底板時(shí)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(dòng)作點(diǎn)時(shí)進(jìn)行動(dòng)作，同時(shí)通知電源器件處于過熱狀態(tài)下時(shí)應(yīng)該停止運(yùn)行。

在這種應(yīng)用中，會(huì)存在一定程度的熱延遲現(xiàn)象，所以這一保護(hù)方案無法保護(hù)大電流部件以及部件在毫秒級的時(shí)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(fù)載狀態(tài)，這種配置均可以對電源器件提供保護(hù)。

電機(jī)失速保護(hù)

運(yùn)動(dòng)機(jī)械均有可能出現(xiàn)堵塞或斷裂故障，并可導(dǎo)致電機(jī)失速。在電機(jī)失速時(shí)繼續(xù)供給電源會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的損壞和/或驅(qū)動(dòng)裝置的損毀。將 PolySwitch器件與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器串聯(lián)起來后，可以保護(hù)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電子電路，防止在失速或負(fù)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(yùn)行，無需進(jìn)行維護(hù)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(hù)車座、車窗和其它電機(jī)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(dāng)這些系統(tǒng)由于過電流或過熱狀態(tài)而導(dǎo)致外部故障時(shí)，PolySwitch器件能夠允許電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制器系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。其優(yōu)點(diǎn)在于提供了一種功能強(qiáng)大和可靠的產(chǎn)品，在其它部件出現(xiàn)故障時(shí)可以保護(hù)系統(tǒng)。

汽車IEEE 1394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(huì)(AMI-C)制訂的標(biāo)準(zhǔn)化全球接口，就能方便地與各種消費(fèi)電子設(shè)備相連，并為這些設(shè)備的快速安裝提供便利。在消費(fèi)電子業(yè)界稱為IEEE 1394串行總線的網(wǎng)絡(luò)，在設(shè)計(jì)時(shí)以多媒體內(nèi)容的傳輸為目標(biāo)。這一針對汽車工業(yè)的附加標(biāo)準(zhǔn)被稱為IDB-1394，由“1394聯(lián)合汽車產(chǎn)業(yè)集團(tuán)”制訂。

IDB-1394設(shè)計(jì)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(xiàng)開放式的標(biāo)準(zhǔn)允許便攜式的電子設(shè)備與車載網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行連接和互動(dòng)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(hù)，而現(xiàn)有的汽車體系所使用的電源標(biāo)準(zhǔn)是在多年以前頒布的。由于用戶便利端口(*)用于傳輸信號和供電，所以必須對它進(jìn)行保護(hù)，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(shí)，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(hù)必須有效而可靠。[!--empirenews.page--]

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。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(shí)現(xiàn)。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠連接各種電子設(shè)備，例如DVD播放機(jī)、視頻顯示屏、導(dǎo)航系統(tǒng)、收音機(jī)接收設(shè)備、通訊設(shè)備，如無線電話或應(yīng)急自動(dòng)遠(yuǎn)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(gè)用戶便利端口，可供乘客將自己的CD機(jī)、游戲機(jī)和其它應(yīng)用1394總線的設(shè)備和外設(shè)連接到網(wǎng)絡(luò)中，所配電纜通用于家中和車上。

電路保護(hù)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(xiǎn)。電源接口要求具備過電流保護(hù)的功能，而現(xiàn)有的應(yīng)用于當(dāng)前汽車系統(tǒng)中的電源標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行保護(hù)，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(shí)，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(hù)必須有效而可靠，而且最好是能夠復(fù)位的。

電流限制可以通過使用電阻、保險(xiǎn)絲、開關(guān)或聚合物正溫度系數(shù)(PPTC)器件來實(shí)現(xiàn)。目前很少采用電阻保護(hù)方案，因?yàn)樗鼤?huì)在正常電流狀態(tài)下產(chǎn)生過大的電壓降。有可能采用一次性保險(xiǎn)絲方案，但是這種保護(hù)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(fù)接通，并有可能導(dǎo)致觸點(diǎn)熔連故障。在很多汽車應(yīng)用中，最好的保護(hù)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(shí)呈現(xiàn)高阻抗。

PolySwitch型聚合物正溫度系數(shù)器件廣泛用于IEEE 1394應(yīng)用，經(jīng)常為計(jì)算機(jī)、外設(shè)和便攜式電子設(shè)備提供可復(fù)位式電路保護(hù)。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(jī)、音響和其它電子外設(shè)的輸入輸出接口提供電路保護(hù)。

保護(hù)GPS(全球定位系統(tǒng))部件、CD換片機(jī)、立體聲音響和其它連接到汽車網(wǎng)絡(luò)中的電子外設(shè)：

上圖：PolySwitch器件可幫助電路設(shè)計(jì)師滿足電路設(shè)計(jì)的安全需求，并為連接到車載網(wǎng)絡(luò)中的電源接口、遠(yuǎn)程電氣通訊設(shè)備和便攜式設(shè)備提供電路保護(hù)

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(xiǎn)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(fù)位。另一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)步、不斷超前汽車設(shè)計(jì)循環(huán)周期的情況中，解決由此引發(fā)的技術(shù)過時(shí)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(xiǎn)。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(hù)方案。這種可復(fù)位的電路保護(hù)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(jī)構(gòu)的要求，并且降低產(chǎn)品保修和修理成本。

IDB-1394標(biāo)準(zhǔn)接口允許用戶使用熱插拔設(shè)備，而對于電源接口和便攜式設(shè)備在多媒體網(wǎng)絡(luò)上的過電流保護(hù)必須可靠而經(jīng)濟(jì)。 PolySwitch系列器件所具有的低阻抗、快速分?jǐn)囗憫?yīng)時(shí)間、外形小和可復(fù)位功能等特點(diǎn)，有助于電路設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)安全可靠的產(chǎn)品，以滿足管理機(jī)構(gòu)的要求，并降低保修成本。

PolySwitch產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)還包括與大規(guī)模電子裝配技術(shù)相兼容的制造特性，并且可選擇的產(chǎn)品范圍非常廣泛，提供了設(shè)計(jì)上更大的靈活性。