運用帶PolySwitch? PPTC器件進(jìn)行汽車(chē)線(xiàn)束保護的優(yōu)勢

使用不需要司機維護的可復位電路保護器件為設計人員提供了大量可單獨使用也可組合使用的解決方案。位于儀表面板中的單一接線(xiàn)箱可能仍然要使用。與熔斷器不同的是，為便于更換，熔斷器必須安裝在接線(xiàn)箱上部，而PPTC器件可以嵌入接線(xiàn)箱內或安裝在接線(xiàn)箱的其他表面上，從而減少了正面的面積需求，如圖3所示。

此外，通過(guò)把保護器件靠近連接器擺放，可以縮短軌跡長(cháng)度，接線(xiàn)箱外觀(guān)尺寸也可以縮小。也可以選擇把接線(xiàn)箱分成若干較小的單元，并圍繞車(chē)身重新選擇它們的位置，而不用考慮是否便于用戶(hù)接近。在這種情況下，PolySwitch器件可以幫助設計人員實(shí)現能更加嚴格地反映優(yōu)化的樹(shù)形結構及其伴隨效益的電氣結構。

PolySwitch器件具有各種形狀系數，便于實(shí)現與接線(xiàn)箱或電器組件之間的各種接口方案。插裝式(通孔)器件和表面安裝器件使其適合安裝在使用印刷電路板的熔斷器盒或模塊內。Strap器件則可以用于金屬電極連接。

新一代PolySwitch片式器件還可以象插片式熔斷器或雙金屬斷路器那樣插入接線(xiàn)盒內。雖然這些器件可以自動(dòng)復位，不需要用戶(hù)更換它們，片式器件外形可以讓設計人員更換熔斷器或雙金屬器件，而不用等待下一次重新設計接線(xiàn)盒。

圖3. 傳統接線(xiàn)盒設計(左)與尺寸縮小的接線(xiàn)盒設計(右)之比較
提高可靠性
除了節省重量和成本之外，電路保護器件的可靠性也是決定如何保護車(chē)輛電氣系統的關(guān)鍵因素之一。與熔斷器相比，PPTC器件具有明顯的優(yōu)勢，它們能夠耐受汽車(chē)環(huán)境中的各種過(guò)流事件—包擴諸如導線(xiàn)絕緣層磨損和連接器中接線(xiàn)端子松動(dòng)等情況，而不會(huì )造成器件燒毀或降級。

PolySwitch器件是用導電填料制造的，如炭黑，可以提供貫穿器件的導電通道。這種器件在正常工作條件下具有電阻較低的特性，而當過(guò)多電流流經(jīng)該器件時(shí)，其溫度會(huì )升高，晶體狀聚合物會(huì )改變成非晶態(tài)。

如圖4所示，這種瞬態(tài)會(huì )造成聚合物膨脹，導電聚合物內的導電通路斷路。在故障時(shí)間過(guò)程中，器件電阻一般會(huì )增大三個(gè)數量級甚至更高。升高的電阻有助于保護電路中的設備，方法是把故障條件下流動(dòng)的電流降低至較低的穩態(tài)水平。故障被排除、電路重新加電前該器件將始終保持在鎖閉(高電阻)位置；在這段時(shí)間內導電復合材料逐步冷卻并結晶，使PolySwitch器件恢復至低電阻狀態(tài)，并使受到影響的設備恢復至正常工作狀態(tài)。


圖4. PolySwitch通過(guò)從低阻狀態(tài)轉變?yōu)楦咦锠顟B(tài)來(lái)響應過(guò)流或過(guò)溫條件，幫助保護電路
技術(shù)比較
由于熔斷器是單一用途器件，熱容量較低，在某些應用中它們必須選擇“加大”規格，或者規定升高的額定電流，以便防止“誤燒毀(nuisanceblow)”。與之相反的是，PPTC 器件的熱容量和跳閘溫度允許更密切地配合設備的損傷電流，因此縮短了較低電流故障事件中的激活時(shí)間。在某些配置中，PPTC器件在指定故障電流下激活比熔斷器激活更快。

“誤燒毀(nuisance blow)”常常是因為與機動(dòng)設備上存在的特定電氣元件有關(guān)的涌入電流而造成的。例如，間歇工作的電機常常設計為工作有限的一段時(shí)間。一般來(lái)說(shuō)，運行這種產(chǎn)品的時(shí)間如果超過(guò)了設計的最大極限，就會(huì )造成堵轉、過(guò)熱最終直至失效。出現故障條件時(shí)仍保持通電，原因要么是接觸不良，要么就是用戶(hù)誤操作。為防止過(guò)熱，電路保護器件必須迅速“跳閘”—但不能比指定時(shí)間更短—以避免對用戶(hù)形成誤操作。

使用PPTC器件的主要優(yōu)勢在于，能夠規定該器件的跳閘電流大大低于電機的正常工作電流，但跳閘時(shí)間卻可以規定為完整系統工作周期的數倍，從而防止誤跳閘。

當接觸到超過(guò)系統工作電流的故障條件時(shí)，熔斷器會(huì )達到不需要的溫度，卻又不足以導致及時(shí)激活。與此相反的是，PPTC器件的激活速度相對較快、溫度穩定，因此故障電流對其表面溫度影響不大。

平均故障間隔時(shí)間(MTTF)是選擇電路保護器件的另一個(gè)重要考慮。MTTF與MTBF(平均無(wú)故障時(shí)間)的計算相同。其區別是MTBF是指可維修的系統，即一次維修到下一次故障之間的時(shí)間。而MTTF則用在無(wú)法維修的情況下，如某個(gè)單一元件。

表2按照電信行業(yè)的可靠性預測標準Bellcore TR332比較了PolySwitch器件與其他電路保護器件的MTTF。

行業(yè)標準在設計車(chē)輛的電氣/ 電子系統中也扮演著(zhù)重要角色。AEC-Q200——被動(dòng)元件的應力測試標準，包含了用于汽車(chē)環(huán)境的PPTC器件測試要求。該試驗方案包括一系列電氣和環(huán)境應力測試，要求在每次受力前后進(jìn)行電氣驗證。電氣驗證試驗的設計目的是核查器件在三種溫度下(-40℃、25℃和最高溫度)是否滿(mǎn)足電阻、跳閘時(shí)間和維持電流的性能要求。

泰科電子的PolySwitch器件具有汽車(chē)環(huán)境要求的穩健特性，符合嚴格的測試程序，這些程序定義了應力測試前后的性能極限。用于汽車(chē)等級器件鑒定的泰科電子PS400規范涵蓋了AEC-Q200標準，并采納了各種ANSI、ISO、JEDEC、UL和軍方標準中規定的有關(guān)物理、功能、環(huán)境、電氣和機械要求。 表2. 電信應用中電路保護器件的MTTF比較
應用PolySwitch器件和分散式架構
配電分散化為電氣及電子系統架構的創(chuàng )新提供了許多機遇。下面列舉了若干實(shí)例，說(shuō)明了可復位電路保護所起的作用。

縮小了直流電機和執行器的導線(xiàn)、端子、連接器及開(kāi)關(guān)尺寸
由于失速電流較高，典型集中式配置中的電機電路一般通過(guò)大規格斷路器或熔斷器加以保護。這種設計必須使用規格更粗的導線(xiàn)，因此接口引腳和連接器的規格也必須較大。其結果就是借口封裝面積必須更大，從而帶來(lái)了空間和重量問(wèn)題。此外，由于后門(mén)車(chē)窗、門(mén)鎖和后艙電動(dòng)天線(xiàn)的電機距離其控制開(kāi)關(guān)較遠，電機饋線(xiàn)可能又長(cháng)又重。

與此相反，分散式架構允許設計人員把PPTC器件安裝在控制電機的開(kāi)關(guān)、繼電器或電子驅動(dòng)電路上，實(shí)現了電路保護器件的合理分布。PPTC器件還限制了經(jīng)饋線(xiàn)電路流向受保護電機的電流。這樣就可以大大縮小饋線(xiàn)規格。以電動(dòng)車(chē)窗為例，如果采用上游斷路器進(jìn)行保護的話(huà)，饋電一般要使用3.0 mm2導線(xiàn)。如果在電機控制開(kāi)關(guān)中采用PPTC器件，饋線(xiàn)規格可以縮小到0.8mm2，由壓降決定。

導線(xiàn)規格縮小又可以使用尺寸更小的端子、接口連接器和開(kāi)關(guān)。此外，微調(微控)電路也可以在驅動(dòng)電路中使用成本更低、功率更小的無(wú)保護晶體管。最終大大節省了導線(xiàn)總成及其相關(guān)硬件的成本。使用小規格導線(xiàn)減小了布線(xiàn)總成線(xiàn)束的尺寸，提高了導線(xiàn)的靈活性。改善了布線(xiàn)總成的外觀(guān)。也減小了在車(chē)輛中安裝導線(xiàn)需要的外力，因而降低了安裝過(guò)程中造成損壞
的可能性。以下實(shí)例說(shuō)明了這種好處的實(shí)用性。