剖析PPTC器件在汽車電子中的五類應用

發布時間：2013-12-13 16:33 發布者：hxchip_Vincent

關鍵詞： PPTC , PolySwitch , 電機失速保護 , 汽車電子 , 過熱保護

剖析PPTC器件在汽車電子中的五類應用

中心議題：
PPTC器件在汽車電子中的五類應用
解決方案：
電源保護
RXE輸入/輸出接口的保護
過熱保護
電機失速保護
汽車IEEE 1394網絡中的PolySwitch器件應用
PPTC器件技術已廣泛應用于便攜式電器、手機、計算機和遠程通信設備的過流和過熱電路保護設計中。汽車電子技術委員會推出的有關無源部件的新標準，推動了聚合物正溫度系數器件（PPTC）電路保護技術在汽車工業中的應用。
新型汽車設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。
電機驅動和控制裝置要經受某些嚴酷的工作環境，而且要求能夠連續和可靠地運行。現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（PPTC）可復位電路保護器件，架構更為穩固和可靠的產品，在電機的驅動和控制系統中能對某些常見的故障提供保護。
PolySwitch 聚合物正溫度系數器件的供貨類型包括引線型、軸型、片型、盤型和表面貼裝型。聚合物正溫度系數器件的小巧外形有助于節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器件是固態器件，因此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。
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。在開發出LVR系列產品后，目前PolySwitch器件已經可以應用在電源輸入端的交流主電路中。這一產品將交流線路變壓器和其它線路側設備置于PolySwitch器件產品系列的保護范圍內。這些產品能夠在中性線不小心處于斷開狀態或交流線電壓用于24 VAC輸入端時，能夠為電源提供保護。LVR器件適用于電源系統，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所引發的電源故障。

RXE輸入/輸出接口的保護
許多驅動器和控制裝置均配備了通訊和數據接口，用于各個系統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，而出現短路現象。如果電源電纜與通訊電線出現短路現象，PolySwitch器件能夠保護任何與這條短路線路相連接的系統以免造成通訊接口的損壞。在某些情況下，這種現象有可能影響到很多系統。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
由于PolySwitch器件能夠對來自外部的熱量和內部電流產生的熱量所引發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系，為高壓設備提供過熱保護。建立這種熱量聯系可以通過將這些器件布置成與高壓設備發生接觸或靠近高壓設備的方式來實現。
接觸的方式使PolySwitch器件能夠很容易地與設備形成物理接觸，從而提高了保護的效果。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，從而建立起熱量聯系。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送警告，系統馬上停止運行。
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下時應該停止運行。

在這種應用中，會存在一定程度的熱延遲現象，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就發生故障的電源器件。但是，對于絕大多數的過負載狀態，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堵塞或斷裂故障，并可導致電機失速。在電機失速時繼續供給電源會導致電機的損壞和/或驅動裝置的損毀。將 PolySwitch器件與電機驅動器串聯起來后，可以保護電機和驅動電子電路，防止在失速或負載過大的狀態下系統發生故障。在故障清除后（而且電源斷開后），系統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，當這些系統由于過電流或過熱狀態而導致外部故障時，PolySwitch器件能夠允許電機驅動和控制器系統繼續運行。其優點在于提供了一種功能強大和可靠的產品，在其它部件出現故障時可以保護系統。
汽車IEEE 1394網絡中的PolySwitch器件應用
在汽車工業中，家庭生活方式與汽車日益緊密的聯系方興未艾。采用由美國汽車多媒體接口協會（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備相連，并為這些設備的快速安裝提供便利。在消費電子業界稱為IEEE 1394串行總線的網絡，在設計時以多媒體內容的傳輸為目標。這一針對汽車工業的附加標準被稱為IDB－1394，由“1394聯合汽車產業集團”制訂。
IDB-1394設計用于高速多媒體應用，即在車內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備與車載網絡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（*）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，發生短路或造成下行設備的損壞。這種情況有可能經常發生，所以中央控制面板的短路保護必須有效而可靠。
應用綜述
如圖所示，車載網絡的架構可分為內嵌式網絡和用戶便利端口。目前的技術規格將內嵌式塑料光纖（POF）車載網絡定義為與現有的MOST（媒體定向系統傳輸）技術相似的規格。但是，前者的架構更加穩固、能夠提供更高的數據傳輸速率，并且更易于實現。這個網絡能夠連接各種電子設備，例如DVD播放機、視頻顯示屏、導航系統、收音機接收設備、通訊設備，如無線電話或應急自動遠程通信及信息處理技術術語，以及其它的多媒體應用。

這套視頻－音頻網絡包括一個用戶便利端口，可供乘客將自己的CD機、游戲機和其它應用1394總線的設備和外設連接到網絡中，所配電纜通用于家中和車上。
電路保護要求
在熱插拔汽車環境中，由于客戶經常要在電源接口上連接和斷開各種外設，所以明顯存在發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，而現有的應用于當前汽車系統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，發生短路或造成下行設備的損壞。這種情況有可能經常發生，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、開關或聚合物正溫度系數（PPTC）器件來實現。目前很少采用電阻保護方案，因為它會在正常電流狀態下產生過大的電壓降。有可能采用一次性保險絲方案，但是這種保護易于損壞，而且必須在發生故障后予以更換。雙金屬開關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。在很多汽車應用中，最好的保護方案為聚合物正溫度系數（PPTC）器件，這種器件在正常工作狀態下呈現低阻抗，而在發生故障時呈現高阻抗。
PolySwitch型聚合物正溫度系數器件廣泛用于IEEE 1394應用，經常為計算機、外設和便攜式電子設備提供可復位式電路保護。在汽車多媒體應用中，這種器件常用于為GPS定位設備、CD換片機、音響和其它電子外設的輸入輸出接口提供電路保護。
保護GPS（全球定位系統）部件、CD換片機、立體聲音響和其它連接到汽車網絡中的電子外設：

上圖：PolySwitch器件可幫助電路設計師滿足電路設計的安全需求，并為連接到車載網絡中的電源接口、遠程電氣通訊設備和便攜式設備提供電路保護
PPTC器件與傳統的熔斷器相似之處在于：能夠在故障產生和持續狀態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。另一項優點是聚合物正溫度系數器件較為小巧，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。
采用通用電子工業標準的車載產品能夠有助于客戶利用新面市的產品來升級汽車。而通用的總線也有助于汽車制造商在技術進步、不斷超前汽車設計循環周期的情況中，解決由此引發的技術過時的問題。在熱插拔汽車環境中，由于客戶經常要在電源接口上連接和斷開各種外設，所以明顯存在發生短路損壞的潛在危險。而聚合物正溫度系數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出安全可靠的產品，以滿足管理機構的要求，并且降低產品保修和修理成本。
IDB-1394標準接口允許用戶使用熱插拔設備，而對于電源接口和便攜式設備在多媒體網絡上的過電流保護必須可靠而經濟。 PolySwitch系列器件所具有的低阻抗、快速分斷響應時間、外形小和可復位功能等特點，有助于電路設計師設計安全可靠的產品，以滿足管理機構的要求，并降低保修成本。
PolySwitch產品的優點還包括與大規模電子裝配技術相兼容的制造特性，并且可選擇的產品范圍非常廣泛，提供了設計上更大的靈活性。

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