PPTC器件在便攜式通訊和PDA設備電源保護中的應用

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PPTC器件在便攜式通訊和PDA設備電源保護中的應用

要隨著現代電子設備復雜程度和精密程度的不斷提高,對電源適配器保護方案的:要求也越來越高。本文介紹了電源適配器PPTC器件的工作原理,詳細闡述了該器件在電源適配器、汽車點煙器、移動電話,以及充電電池保護中的實際應用。

1、引言
隨著移動電話、PDA和其它便攜式通訊設備的復雜程度和精密程度的不斷提高,其潛在故障的發生率也隨之提高。因此必須采取電源適配器相應的電路保護措施以提高設備的可靠性和安全性。

2、PPTC器件工作原理
PPTC是英文“polymerpositiveTemperatureCoeifeient”的縮寫,即“正溫度系數聚合物”。PPTC器件用導電聚合物制成,而該導電聚合物則是由特制塑料和導電顆粒混合而成。常溫下,導電顆粒在導電聚合物內部形成低阻抗導電通道,如圖1所示。當溫度超過開關允許的溫度時,聚合物中的晶粒融解轉入非晶狀態。由于在晶粒溶解過程中聚合物的體積將有所增加,因此聚合物中導電顆粒之間的距離也將拉大。這樣,聚合物的阻抗將呈非線性增長趨勢。環境溫度和電池溫度的上升以及因過流而引起的溫升都將對聚合物的阻抗產生影響。這樣,當聚合物的阻抗大到一定程度時,就可以抑制故障狀態下可能造成的大電流,從而實現對設備的保護。
利用PPTC器件制成的自恢復保護元件通常串聯在電路中使用。其對電路的保護機理就是在電路過壓和過熱狀態下,自恢復元件的電阻值相應的由低阻態轉為高阻態。在過流狀態下,電阻加熱效應將引起電路內部溫度的急劇上升。采用自恢復保護元件后,可以有效的防止過流狀態的發生。

圖1PTTC器件工作原理圖

3、線性電源適配器中自恢復保護的實現
電源適配器在UL和IEC認證標準中,對不同絕緣類別下變壓器繞組溫度有著嚴格的限制對于成本較低的A類絕緣,在室溫、滿載條件個,電源適配器正常上作時變壓器繞組的較高允許溫度是65℃。如果變壓器輸出發生短路,其較高允許溫度為巧0℃。可以采用熱電偶檢測電源適配器變壓器繞組內阻以確定繞組的溫度。而對于小型線性電源適配器變壓器而言,電源適配器要求則更為嚴格。甚至在直接短路的條件下,也不允許出現顯著的過流現象。在電路中加人自恢復保護元件可以有效抑制電源適配器變壓器繞組過熱現象的發生,如圖2所示。

4、點煙器中過流和極性反轉故障的保護

圖3為汽車點煙器的簡易原理圖。從圖中可知,該電路采用自恢復保護元件和瞬態抑制二極管(TV)S在輸人端進行保護。主電路部分則采用UC電路實現功率變換。自恢復保護器件在這里取代了普通保險絲。采用自恢復保護器件和TVS組合進行輸人保護,能夠對下面可能T發S生的電路故障提供可靠的自恢復保護。

(l)負載過流。當車載電話發生故障導致負載電流異常增大時,自恢復保護元件將呈現極高的阻抗,直至將故障負載切斷。
(2)極性反轉。如果汽車電池的極性不慎接反,TVS二極管將正向導通,此時自恢復保護元件也將呈現極高的阻抗,從而保護了TVS并抑制了變換器兩端的反向電壓。
(3)變換器或控制芯片發生故障。變換器或控制芯片故障引發的短路電流將使自恢復保護元件呈現高阻抗狀態,保護汽車線路和保險絲不被燒毀。
(4)引擎發動時造成的瞬態電壓尖峰。汽車點火啟動時,其內部的交流發電機將產生瞬態電壓尖峰。通常情況下,該電壓尖峰將被TVS吸收。但是,如果電壓尖峰過高,超過了TVS的額定電壓值,自恢復保護元件將及時對TVS提供保護并抑制故障電流,使之不對電路造成危害。

5、移動電話或PDA設備充電器故障的保護

圖4所示為便攜式通訊設備用充電裝置簡圖。從圖中可以HDSL,但它能在1對銅線上傳輸T1/El速率。HDSL一2采用頻譜互鎖定重疊脈碼調制技術(OPITS),線路碼是PAM2BIQ。

HDSL一2是一種低成本的銅線寬帶接人技術。
近年來,用戶對寬帶業務,特別是對娛樂的需求越來越大。
ADSL技術可以在現有的對絞銅線上提供這些業務,如視頻點播等。這些業務上下行傳輸速率不一樣,下行傳輸的數字信號速率可高達6MHz,而上行傳輸的只是低速的控制信號,兩個方向傳輸的數字速率相差很大。ADSL不但具有HDSL的優點,而且在信號調制、數字相位均衡、回波抑制等方面采用了更的器件和動態控制技術。其調制技術包括QAM,CAP,DMT等。
HDSL和,ADSL技術都可以挖掘現有的銅線資源的潛力,投資小,見效快,在未來的寬帶用戶環路中將占有一定的市場。

6、幾種技術方案的比較
由于光纖的傳輸頻帶寬,傳輸的距離遠、質量好,所以是接入網傳輸媒介的首選。PON(特別是對FTTH)是未來的發展方向。但目前它在建造費用和運行費用方面不能與目前的銅纜競爭。在目前寬帶網業務市場還不太確定的情況下,投資者承擔的風險較大。
無線用戶環路靈活,具有可移動性,不需要線路設施,安裝維護簡單便捷,使用方便,因此一般可以用在用戶密度低,敷設電纜不方便,線路長的區域。在市區可用于應急場合,如用戶要求裝機時限短的應急通信、臨時通信等。
銅線接人技術的優點在于利用現有的銅纜設備,很快地為用戶提供服務。但銅線受傳輸距離的限制,帶寬和傳輸距離有限,所以不是長遠的選擇。
HFC結構是光纖逐步推向用戶的一種演變策略。HFC可以充分利用現有CATV同軸網絡頻帶寬的特點,不需要重新敷設配線網,除了提供傳統的有線電視節目外,可在短時間內為用戶提供電信業務和寬帶交互式多媒體業務。由于網絡是樹形結構,即使是重新敷設和擴大范圍都很容易。因此HFC網絡的造價較底。
總之,在接人網實際應用過程中,應具體情況具體分析,針對實際情況確定哪種接人技術方案,力爭在滿足用戶業務的前提下創造出較佳經濟效益。

7、電池盒短路及過充保護
自恢復保護員元件可以用來對電池盒短路和過充電狀態進行保護。對于鎳氫電池盒而言,采用一只自恢復保護元件就可以實現過流和過熱雙重保護。對于銼離子電池而言,情況略微復雜一些。在采用自恢復保護元件的同時,還需要采用相應的保護電路檢測并中止因過壓、欠壓及過流引起的故障電流。因此在銼離子電池保護方案中,與精確的電子保護電路相配合,自恢復元件可以實現:在充電初期限制充電電流、在電池溫度超出正常范圍時限制充電電流,以及在短路狀態下或電子保護電路發生故障時限制放電電流等功能

8、結語
通過上述討論可以看出,采用PPTC材料制成的自恢復保護元件在便攜式電子設備保護中發揮著非常重要的作用。為了提高采用電源適配器供電方式的便攜式通訊設備或PDA設備的安全性和可靠性,合理的、正確的使用PPTC器件是必不可少的。隨著信息低溫PPTC材料的出現,電源保護方案一定會越來越完善。

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| 發布時間：2018.07.09 來源：電源適配器廠家

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