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提供过电流、过温度与过电压的保护机制
整合型电路保护方案

【作者: Philippe Di Fulvio】2008年07月31日 星期四

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漱?金属氧化物变阻器(MOV)一般都使用在AC线电压的应用上以抑制瞬变过电压。闪电、电感性负载切换或电容器组切换时可能会产生瞬变过电压的情况,在这些应用中,持续性的异常过电压与限电流存在让MOV热失控的可能性,甚至会造成过热、气体外泄,以至于引发火灾。


新式强化热特性的MOV可保护各式各样的低功耗系统,使其免受因闪电雷击、静电放电冲击、中性线损耗、输入电压错误和电力感应等引起的过电流、过温或过电压故障所造成的损害。


这些装置能为各种AC电源产品提供保护功能,例如采用AC电源的LED照明设备、PLC网路转接器、手机充电器、AC/DC电源供应器(230VAC输入电压的最大输入电源为30VA)、数据机电源供应器、AC面板保护模组、AC功率计、白色家电及其他家电等等。


整合型装置有效降低元件数

在正常操作情况下,AC线电压并不会超出MOV的最大AC有效电压(VACRMS)值,同时所提供的瞬变电能也不会超出MOV的最大值,短暂的瞬变事件会被控制在适当的电压范围内。然而,在中性线损耗等持续性异常过电压/限电流的情况下则可能会造成MOV热失控。


为避免MOV过度散热,装置内通常会配置一个温度保险丝(TCO)与MOV串联。传统的线电压瞬变保护机制也会使用保险丝这类热保护元件,使系统免于过电流造成的损害。


过电流与热失控

泰科电子2Pro将聚合物正温度系数(PPTC)的过电流元件与MOV元件整合在一个创新的热保护装置中,可在过电流情况发生时提供可复位的电流限制,并于过电压的情况下提供电压钳制能力。此一整合型解决方案可确保厂商的产品符合业界测试标准、减少元件数量并提高设备可靠性。


在国际通用的输入电压范围内,一般未受保护的MOV额定值为275VACRMS。然而在中性线掉落的情况下,即使在电路上方使用保险丝或电阻仍可能会导致MOV过热而造成损害。中性线掉落(图一)最糟糕的情况是可能导致电压高达400VAC而非230VAC。在这种无限制电流的情况下,未受保护的MOV首先会下降至仅有几欧姆的低阻抗,接着因大量电能产生而损坏。如果在AC电源回路上使用其他装置来控制电流,这些装置也可能因为MOV故障而出现过热现象。


《图一 中性线损耗对不同装置造成的影响》
《图一 中性线损耗对不同装置造成的影响》

图一说明了异常过电压对三种装置或不同装置组合所造成的影响:


  • 1) Raychem LVM2P-015R10431(2 Pro装置)


  • 2) 单一MOV(10mm、275 VRMS – ROV10-431K)


  • 3) MOV/4W电阻(10欧姆)



2Pro装置的PPTC元件可预防热​​失控、将压敏变阻的表面温度控制在150°C以下,同时还可防止装置达到由瞬变过电压引起的危险?度值。


此一方法不仅可帮助厂商的产品符合IEC 60950与IEC 60335标准,并可确保产品在经过IEC 61000-4-5(图二)特定电击测试后的可用性。除此之外,由于PPTC与MOV串联,因此无须使用其他过电流保护机制,可大幅减少元件数量、节省电路板空间。


《图二 一般2Pro LVM2P-015R10431装置对 IEC61000-4-5突波耐受性的测试反应》
《图二 一般2Pro LVM2P-015R10431装置对 IEC61000-4-5突波耐受性的测试反应》

运作模式

虽然在的AC线电压通常不会超出MOV的最大持续操作电压额定值,但是当瞬变过电压发生时,MOV电压则可能会超出额定值。藉由将PPTC技术与MOV整合在一起,2Pro装置让MOV在面临长时间且持续的过电压事件时能获得更强大的过电流与热保护。


当瞬变过电压事件发生时(如图三所示中性线掉落),2Pro装置的PPTC会加热、跳脱并转变为高电​​阻状态,以降低MOV装置故障的风险。


《图三 一般2Pro LVM2P-015R10431装置对中性线掉落的反应》
《图三 一般2Pro LVM2P-015R10431装置对中性线掉落的反应》

本文测试中所用的LVM2P-015R10431是使用三条导线的DIP 元件。如图四所示,第一条导线与PPTC元件相连,第二条导线与MOV/PPTC串联组相连,而第三条导线则与MOV相连(提供接地路径)。


《图四 使用2Pro电路保护装置的电路图》
《图四 使用2Pro电路保护装置的电路图》

此一尺寸精巧的电路保护装置不仅可协助减少元件数量与占用空间,并可在压敏变阻遇到过应力问题时提供安全的失效模式保护,同时,还可确保产品符合IEC 60950/IEC 60335与IEC 61000-4-5测试要求。


电话与VoIP设备的整合型电路保护元件

这款强化热特性的MOV所提供过电流与过电压的保护功能,也适用于各种电话和VoIP设备,如无线电话、VoIP闸道器、数据机、机上盒、安全系统、MDF (主配线架)模组、类比式线路卡与ISDN(整合服务数位网路)线路卡。


由于VoIP闸道器被广泛应用在家庭与企业中,因此用户端设备(CPE)的安全性要求也愈来愈严苛。 2Pro装置能帮助设备厂商符合UL 60950标准,同时能让设备在经过特定雷击测试后仍维持正常运作。除此之外,还有助于设备符合TIA-968-A、IEC 60950与ITU-T K.20/K.21的突波测试要求。这款保护元件已列入UL 497A规范,也可提供ESD的保护功能。


图五及图六说明此一装置在未接地与接地的电路保护架构中的运作方式


《图五 在未接地架构中的2Pro》
《图五 在未接地架构中的2Pro》
《图六 在接地架构中的2Pro》
《图六 在接地架构中的2Pro》

总结

整合型电路保护元件可减少电路板的使用空间、降低元件数,同时提升设备的可靠性。甚至,具备可复位功能的过温保护MOV还可协助厂商降低保固成本,减缓由瞬变过电流及过电压意外所致的客诉情形。


--作者Philippe Di Fulvio为泰科电子Raychem电子产品部的资深应用工程师--


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