PPTC器件在便携式通讯和PDA设备电源保护中的应用

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PPTC器件在便携式通讯和PDA设备电源保护中的应用

要随着现代电子设备复杂程度和精密程度的不断提高,对电源适配器保护方案的:要求也越来越高。本文介绍了电源适配器PPTC器件的工作原理,详细阐述了该器件在电源适配器、汽车点烟器、移动电话,以及充电电池保护中的实际应用。

1、引言
随着移动电话、PDA和其它便携式通讯设备的复杂程度和精密程度的不断提高,其潜在故障的发生率也随之提高。因此必须采取电源适配器相应的电路保护措施以提高设备的可靠性和安全性。

2、PPTC器件工作原理
PPTC是英文“polymerpositiveTemperatureCoeifeient”的缩写,即“正温度系数聚合物”。PPTC器件用导电聚合物制成,而该导电聚合物则是由特制塑料和导电颗粒混合而成。常温下,导电颗粒在导电聚合物内部形成低阻抗导电通道,如图1所示。当温度超过开关允许的温度时,聚合物中的晶粒融解转入非晶状态。由于在晶粒溶解过程中聚合物的体积将有所增加,因此聚合物中导电颗粒之间的距离也将拉大。这样,聚合物的阻抗将呈非线性增长趋势。环境温度和电池温度的上升以及因过流而引起的温升都将对聚合物的阻抗产生影响。这样,当聚合物的阻抗大到一定程度时,就可以抑制故障状态下可能造成的大电流,从而实现对设备的保护。
利用PPTC器件制成的自恢复保护元件通常串联在电路中使用。其对电路的保护机理就是在电路过压和过热状态下,自恢复元件的电阻值相应的由低阻态转为高阻态。在过流状态下,电阻加热效应将引起电路内部温度的急剧上升。采用自恢复保护元件后,可以有效的防止过流状态的发生。

图1PTTC器件工作原理图

3、线性电源适配器中自恢复保护的实现
电源适配器在UL和IEC认证标准中,对不同绝缘类别下变压器绕组温度有着严格的限制对于成本较低的A类绝缘,在室温、满载条件个,电源适配器正常上作时变压器绕组的最高允许温度是65℃。如果变压器输出发生短路,其最高允许温度为巧0℃。可以采用热电偶检测电源适配器变压器绕组内阻以确定绕组的温度。而对于小型线性电源适配器变压器而言,电源适配器要求则更为严格。甚至在直接短路的条件下,也不允许出现显著的过流现象。在电路中加人自恢复保护元件可以有效抑制电源适配器变压器绕组过热现象的发生,如图2所示。

4、点烟器中过流和极性反转故障的保护

图3为汽车点烟器的简易原理图。从图中可知,该电路采用自恢复保护元件和瞬态抑制二极管(TV)S在输人端进行保护。主电路部分则采用UC电路实现功率变换。自恢复保护器件在这里取代了普通保险丝。采用自恢复保护器件和TVS组合进行输人保护,能够对下面可能T发S生的电路故障提供可靠的自恢复保护。

(l)负载过流。当车载电话发生故障导致负载电流异常增大时,自恢复保护元件将呈现极高的阻抗,直至将故障负载切断。
(2)极性反转。如果汽车电池的极性不慎接反,TVS二极管将正向导通,此时自恢复保护元件也将呈现极高的阻抗,从而保护了TVS并抑制了变换器两端的反向电压。
(3)变换器或控制芯片发生故障。变换器或控制芯片故障引发的短路电流将使自恢复保护元件呈现高阻抗状态,保护汽车线路和保险丝不被烧毁。
(4)引擎发动时造成的瞬态电压尖峰。汽车点火启动时,其内部的交流发电机将产生瞬态电压尖峰。通常情况下,该电压尖峰将被TVS吸收。但是,如果电压尖峰过高,超过了TVS的额定电压值,自恢复保护元件将及时对TVS提供保护并抑制故障电流,使之不对电路造成危害。

5、移动电话或PDA设备充电器故障的保护

图4所示为便携式通讯设备用充电装置简图。从图中可以HDSL,但它能在1对铜线上传输T1/El速率。HDSL一2采用频谱互锁定重叠脉码调制技术(OPITS),线路码是PAM2BIQ。

HDSL一2是一种低成本的铜线宽带接人技术。
近年来,用户对宽带业务,特别是对娱乐的需求越来越大。
ADSL技术可以在现有的对绞铜线上提供这些业务,如视频点播等。这些业务上下行传输速率不一样,下行传输的数字信号速率可高达6MHz,而上行传输的只是低速的控制信号,两个方向传输的数字速率相差很大。ADSL不但具有HDSL的优点,而且在信号调制、数字相位均衡、回波抑制等方面采用了更先进的器件和动态控制技术。其调制技术包括QAM,CAP,DMT等。
HDSL和,ADSL技术都可以挖掘现有的铜线资源的潜力,投资小,见效快,在未来的宽带用户环路中将占有一定的市场。

6、几种技术方案的比较
由于光纤的传输频带宽,传输的距离远、质量好,所以是接入网传输媒介的首选。PON(特别是对FTTH)是未来的发展方向。但目前它在建造费用和运行费用方面不能与目前的铜缆竞争。在目前宽带网业务市场还不太确定的情况下,投资者承担的风险较大。
无线用户环路灵活,具有可移动性,不需要线路设施,安装维护简单便捷,使用方便,因此一般可以用在用户密度低,敷设电缆不方便,线路长的区域。在市区可用于应急场合,如用户要求装机时限短的应急通信、临时通信等。
铜线接人技术的优点在于利用现有的铜缆设备,很快地为用户提供服务。但铜线受传输距离的限制,带宽和传输距离有限,所以不是长远的选择。
HFC结构是光纤逐步推向用户的一种演变策略。HFC可以充分利用现有CATV同轴网络频带宽的特点,不需要重新敷设配线网,除了提供传统的有线电视节目外,可在短时间内为用户提供电信业务和宽带交互式多媒体业务。由于网络是树形结构,即使是重新敷设和扩大范围都很容易。因此HFC网络的造价较底。
总之,在接人网实际应用过程中,应具体情况具体分析,针对实际情况确定哪种接人技术方案,力争在满足用户业务的前提下创造出最佳经济效益。

7、电池盒短路及过充保护
自恢复保护员元件可以用来对电池盒短路和过充电状态进行保护。对于镍氢电池盒而言,采用一只自恢复保护元件就可以实现过流和过热双重保护。对于锉离子电池而言,情况略微复杂一些。在采用自恢复保护元件的同时,还需要采用相应的保护电路检测并中止因过压、欠压及过流引起的故障电流。因此在锉离子电池保护方案中,与精确的电子保护电路相配合,自恢复元件可以实现:在充电初期限制充电电流、在电池温度超出正常范围时限制充电电流,以及在短路状态下或电子保护电路发生故障时限制放电电流等功能

8、结语
通过上述讨论可以看出,采用PPTC材料制成的自恢复保护元件在便携式电子设备保护中发挥着非常重要的作用。为了提高采用电源适配器供电方式的便携式通讯设备或PDA设备的安全性和可靠性,合理的、正确的使用PPTC器件是必不可少的。随着信息低温PPTC材料的出现,电源保护方案一定会越来越完善。

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| 发布时间：2018.07.09 来源：电源适配器厂家

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