中心議題:
- 介紹LCD加熱元件的保護技術(shù)
- 用于交流電源的協(xié)調保護
- 概述工業(yè)控制器的保護策略
解決方案:
- 安裝獨立于加熱元件控制器的PPTC器件，保護LCD和加熱器的控制電路
- 交流電源輸入端的協(xié)調式過(guò)流和過(guò)壓保護電路，減少元件數量、降低成本
- 采用金屬氧化物壓敏變阻器，行過(guò)壓保護
- 采用PPTC器件，減少元件數量以及故障對系統的影響
用高分子聚合物正溫度系數器件（PPTC）實(shí)現的過(guò)流、過(guò)熱協(xié)同保護技術(shù)可以保護家用電器中的電動(dòng)機、控制器和電子元件。PPTC器件的電阻小，尺寸與熔斷器相同，在出現故障時(shí)，會(huì )限制危險的大電流流過(guò)。不過(guò)，在排除了故障并且切斷電源之后，PPTC器件會(huì )恢復原來(lái)的低電阻狀態(tài)，它所保護的設備仍能正常工作。
LCD加熱元件的保護技術(shù)
液晶顯示器在家用電器中得到廣泛應用，但是溫度變化對它的影響很大。這是因為L(cháng)CD在低溫下的性能很差，所以往往使用加熱元件來(lái)提高溫度，改善性能。一般的做法是，把加熱元件的溫度傳感器連接到由微處理器進(jìn)行控制的開(kāi)關(guān)上，用開(kāi)關(guān)控制加熱元件，當LCD的溫度超過(guò)規定范圍時(shí)，就切斷加熱元件的電源。
這個(gè)方法的缺點(diǎn)在于，微控制器控制著(zhù)加熱元件，現在又用來(lái)進(jìn)行過(guò)熱控制。如果微控制器出現故障或者其他控制元件出故障，會(huì )喪失對加熱元件的控制，導致在高溫時(shí)電源關(guān)斷功能失效，發(fā)熱失控。
圖1 PPTC器件會(huì )在高溫時(shí)降低流入加熱元件中的電流
安裝一個(gè)獨立于加熱元件控制器的PPTC器件，就能夠保護LCD和加熱器的控制電路，避免溫度過(guò)高而造成損壞。如圖1所示，PPTC器件一般放在電源和加熱器之間的連接線(xiàn)路中，并置于LCD熱傳導回路中，這樣一來(lái)，LCD產(chǎn)生的熱就能傳導到PPTC器件上了。當LCD的溫度達到某一個(gè)預定溫度時(shí)，PPTC器件的電阻迅速上升，發(fā)熱元件中的電流便隨之下降。一旦故障排除，并且重新上電，這個(gè)電路還會(huì )恢復到正常的工作狀態(tài)。
用于交流電源的協(xié)調保護
從小型的臺式家用設備到專(zhuān)業(yè)人員使用的高溫爐，電子設備的結構日益復雜，功能越來(lái)越多，這一切推動(dòng)著(zhù)電路的集成，電路板尺寸的縮小。而如何保護敏感的電子元件，防止電壓瞬變、短路和用戶(hù)誤用造成的損壞，就是制造商首要關(guān)心的問(wèn)題。過(guò)去在設計控制電路板時(shí)，變壓器的原邊和副邊上通常不使用過(guò)流保護。出現故障時(shí)，依靠變壓器把大量的熱散發(fā)出去，防止控制電路板損壞。而接在交流電源輸入端的協(xié)調式過(guò)流和過(guò)壓保護電路，能夠幫助設計師達到安全機構的要求，并且減少元件數量、降低成本。
圖2 接在交流電源電路中的協(xié)調式過(guò)壓及過(guò)流保護
圖2說(shuō)明了金屬氧化物壓敏變阻器（MOV）如何與PPTC器件結合使用。這兩者的結合提高了苛刻交流環(huán)境中的設備可靠性，并且達到國際電工委員會(huì )的IEC 61000標準的測試要求。
金屬氧化物壓敏變阻器具有高的通流和能量吸收能力，快的響應速度，低廉的成本，非常適合在電源端進(jìn)行過(guò)壓保護。PPTC過(guò)流保護器件的額定工作電壓也是交流240V，允許最高達265V的間歇性電壓，可以與交流電源輸入線(xiàn)路中的壓敏變阻器安裝在一起。
可自動(dòng)恢復的PPTC保護器件與一次性電流熔斷器不同，在出現故障時(shí)，如果電流略有上升就會(huì )引起其溫度升高，防止電路損壞。把PPTC器件安裝在可能發(fā)熱的元件附近，例如磁性元件、場(chǎng)效應晶體管（FET），或者功率電阻器旁，只需要一個(gè)就能夠實(shí)現過(guò)流保護和過(guò)熱保護?！?br />
交流電源出現的一些過(guò)載狀況可能會(huì )導致壓敏變阻器仍然處在鉗位狀態(tài)，這時(shí)電流會(huì )繼續流過(guò)，最終可能會(huì )導致這個(gè)器件因過(guò)熱而損壞。把PPTC器件裝在金屬氧化物壓敏變阻器附近，就可以密切地監控壓敏變阻器的發(fā)熱狀況。在壓敏變阻器長(cháng)時(shí)間過(guò)載的情況下，它的熱量會(huì )傳送到PPTC器件上，使PPTC器件更快地轉變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，限制壓敏變阻器中的電流，從而保護壓敏變阻器不致燒壞。
對于具體應用，選用什么PPTC器件和壓敏變阻器，與國際電工委員會(huì )IEC 61000-4-5規定的設備保護級別有關(guān)，也與設備本身的工作條件有關(guān)。在選擇PPTC器件時(shí)，首要考慮的問(wèn)題是，這個(gè)器件的額定電流要和電氣設備在正常工作情況下的電流吻合。
工業(yè)控制器的保護策略
傳統上，一直使用一次性熔斷器來(lái)保護電子電路，防止過(guò)流造成損壞。在使用這項技術(shù)時(shí)，如果線(xiàn)路出現故障，或者元件出現故障，流過(guò)的電流過(guò)大，熔斷器將燒斷，于是電氣連接中斷。而如果系統中有一個(gè)元件發(fā)生故障，其他元件和整個(gè)系統則不能工作。這樣一來(lái)，必須把受到影響的元件上的熔斷器全部取下更換，系統才能再次運作。
在控制器和遙控裝置中，如果使用自復故障保護技術(shù)，就可以減少故障對系統的影響，減少影響系統的元件數量，并且縮短修理時(shí)間。PPTC器件是取代熔斷器技術(shù)的實(shí)際可行的辦法，它能夠保護寶貴的電子系統，減少保用和維修服務(wù)的成本，并且提高用戶(hù)的滿(mǎn)意程度?！?br />
在工業(yè)控制器的許多應用中，用PPTC器件取代一次性使用的熔斷器，可以幫助設計人員在關(guān)鍵性的接口電路上實(shí)現同樣水平的過(guò)流保護；并且，當一個(gè)外部故障引起系統中出現大電流時(shí)，就用不著(zhù)更換熔斷器或者進(jìn)行維修了。
圖3 PPTC器件能夠保護控制器和遙控裝置之間的連接線(xiàn)路以及電源輸入電路
除了控制器，任何遠程傳感器、指示器，或者需要電源的制動(dòng)器、模擬電路，或者通信總線(xiàn)接口，如果使用PPTC器件，都會(huì )給它們帶來(lái)益處（見(jiàn)圖3）。這些元件經(jīng)常會(huì )因為接錯線(xiàn)路、接錯電源或者中線(xiàn)連接不牢固而造成損壞。
結語(yǔ)
利用協(xié)調式過(guò)流、過(guò)熱和過(guò)壓保護，設計師可以減少元件數量、減少由于電動(dòng)機和控制板變壓器出現故障而造成的保用回收。PPTC器件的電阻小、動(dòng)作時(shí)間快、高度低并且具有自復功能，能夠幫助設計人員設計出安全可靠的產(chǎn)品，并且達到監管機構的要求。
