剖析PPTC器件在汽車電子中的五類應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間：2013-12-13 16:33 發(fā)布者：hxchip_Vincent

關(guān)鍵詞： PPTC , PolySwitch , 電機(jī)失速保護(hù) , 汽車電子 , 過(guò)熱保護(hù)

TE泰科電路保護(hù)汽車應(yīng)用范例.pdf (3.37 MB)

中心議題：
PPTC器件在汽車電子中的五類應(yīng)用
解決方案：
電源保護(hù)
RXE輸入/輸出接口的保護(hù)
過(guò)熱保護(hù)
電機(jī)失速保護(hù)
汽車IEEE 1394網(wǎng)絡(luò)中的PolySwitch器件應(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(guò)流和過(guò)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(wú)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(duì)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。現(xiàn)場(chǎng)的故障是無(wú)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(duì)某些常見(jiàn)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(wú)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(chǎng)合提供可靠的電路保護(hù)。
電源保護(hù)
PolySwitch器件一直以來(lái)應(yīng)用于電源直流輸出端的過(guò)載和短路保護(hù)。在開(kāi)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(kāi)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(jí)端的輸出電路，用于保護(hù)由于過(guò)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(jiàn)故障的停運(yùn)時(shí)間和修理成本。

過(guò)熱保護(hù)
由于PolySwitch器件能夠?qū)?lái)自外部的熱量和內(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(guò)熱保護(hù)。建立這種熱量聯(lián)系可以通過(guò)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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)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(wú)法保護(hù)大電流部件以及部件在毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)就發(fā)生故障的電源器件。但是，對(duì)于絕大多數(shù)的過(guò)負(fù)載狀態(tài)，這種配置均可以對(duì)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(lái)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(guò)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(kāi)后），系統(tǒng)可以重新開(kāi)始正常的運(yùn)行，無(wú)需進(jìn)行維護(hù)或更換部件。多年以來(lái)，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(guò)電流或過(guò)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(guó)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(duì)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(kāi)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(guò)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(hào)和供電，所以必須對(duì)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。
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(wú)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(yǔ)，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(kāi)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(guò)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(hào)和供電，所以必須對(duì)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(guò)使用電阻、保險(xiǎn)絲、開(kāi)關(guān)或聚合物正溫度系數(shù)（PPTC）器件來(lái)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(guò)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(kāi)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(kāi)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(lái)升級(jí)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(guò)時(shí)的問(wèn)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(kāi)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(wèn)題提供了有效的過(guò)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(duì)于電源接口和便攜式設(shè)備在多媒體網(wǎng)絡(luò)上的過(guò)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。

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