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(diào)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(diào)式過流和過壓保護電路，減少元件數(shù)量、降低成本
- 采用金屬氧化物壓敏變阻器，行過壓保護
- 采用PPTC器件，減少元件數(shù)量以及故障對系統(tǒng)的影響
用高分子聚合物正溫度系數(shù)器件（PPTC）實現(xiàn)的過流、過熱協(xié)同保護技術(shù)可以保護家用電器中的電動機、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(xiàn)故障時，會限制危險的大電流流過。不過，在排除了故障并且切斷電源之后，PPTC器件會恢復原來的低電阻狀態(tài)，它所保護的設(shè)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(yīng)用，但是溫度變化對它的影響很大。這是因為LCD在低溫下的性能很差，所以往往使用加熱元件來提高溫度，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行控制的開關(guān)上，用開關(guān)控制加熱元件，當LCD的溫度超過規(guī)定范圍時，就切斷加熱元件的電源。
這個方法的缺點在于，微控制器控制著加熱元件，現(xiàn)在又用來進行過熱控制。如果微控制器出現(xiàn)故障或者其他控制元件出故障，會喪失對加熱元件的控制，導致在高溫時電源關(guān)斷功能失效，發(fā)熱失控。
圖1 PPTC器件會在高溫時降低流入加熱元件中的電流
安裝一個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路中，并置于LCD熱傳導回路中，這樣一來，LCD產(chǎn)生的熱就能傳導到PPTC器件上了。當LCD的溫度達到某一個預定溫度時，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，這個電路還會恢復到正常的工作狀態(tài)。
用于交流電源的協(xié)調(diào)保護
從小型的臺式家用設(shè)備到專業(yè)人員使用的高溫爐，電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)日益復雜，功能越來越多，這一切推動著電路的集成，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、短路和用戶誤用造成的損壞，就是制造商首要關(guān)心的問題。過去在設(shè)計控制電路板時，變壓器的原邊和副邊上通常不使用過流保護。出現(xiàn)故障時，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(diào)式過流和過壓保護電路，能夠幫助設(shè)計師達到安全機構(gòu)的要求，并且減少元件數(shù)量、降低成本。
圖2 接在交流電源電路中的協(xié)調(diào)式過壓及過流保護
圖2說明了金屬氧化物壓敏變阻器（MOV）如何與PPTC器件結(jié)合使用。這兩者的結(jié)合提高了苛刻交流環(huán)境中的設(shè)備可靠性，并且達到國際電工委員會的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(yīng)速度，低廉的成本，非常適合在電源端進行過壓保護。PPTC過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路中的壓敏變阻器安裝在一起。
可自動恢復的PPTC保護器件與一次性電流熔斷器不同，在出現(xiàn)故障時，如果電流略有上升就會引起其溫度升高，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、場效應(yīng)晶體管（FET），或者功率電阻器旁，只需要一個就能夠?qū)崿F(xiàn)過流保護和過熱保護?！?br />
交流電源出現(xiàn)的一些過載狀況可能會導致壓敏變阻器仍然處在鉗位狀態(tài)，這時電流會繼續(xù)流過，最終可能會導致這個器件因過熱而損壞。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(jiān)控壓敏變阻器的發(fā)熱狀況。在壓敏變阻器長時間過載的情況下，它的熱量會傳送到PPTC器件上，使PPTC器件更快地轉(zhuǎn)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(yīng)用，選用什么PPTC器件和壓敏變阻器，與國際電工委員會IEC 61000-4-5規(guī)定的設(shè)備保護級別有關(guān)，也與設(shè)備本身的工作條件有關(guān)。在選擇PPTC器件時，首要考慮的問題是，這個器件的額定電流要和電氣設(shè)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(tǒng)上，一直使用一次性熔斷器來保護電子電路，防止過流造成損壞。在使用這項技術(shù)時，如果線路出現(xiàn)故障，或者元件出現(xiàn)故障，流過的電流過大，熔斷器將燒斷，于是電氣連接中斷。而如果系統(tǒng)中有一個元件發(fā)生故障，其他元件和整個系統(tǒng)則不能工作。這樣一來，必須把受到影響的元件上的熔斷器全部取下更換，系統(tǒng)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(tǒng)的影響，減少影響系統(tǒng)的元件數(shù)量，并且縮短修理時間。PPTC器件是取代熔斷器技術(shù)的實際可行的辦法，它能夠保護寶貴的電子系統(tǒng)，減少保用和維修服務(wù)的成本，并且提高用戶的滿意程度?！?br />
在工業(yè)控制器的許多應(yīng)用中，用PPTC器件取代一次性使用的熔斷器，可以幫助設(shè)計人員在關(guān)鍵性的接口電路上實現(xiàn)同樣水平的過流保護；并且，當一個外部故障引起系統(tǒng)中出現(xiàn)大電流時，就用不著更換熔斷器或者進行維修了。
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器、模擬電路，或者通信總線接口，如果使用PPTC器件，都會給它們帶來益處（見圖3）。這些元件經(jīng)常會因為接錯線路、接錯電源或者中線連接不牢固而造成損壞。
結(jié)語
利用協(xié)調(diào)式過流、過熱和過壓保護，設(shè)計師可以減少元件數(shù)量、減少由于電動機和控制板變壓器出現(xiàn)故障而造成的保用回收。PPTC器件的電阻小、動作時間快、高度低并且具有自復功能，能夠幫助設(shè)計人員設(shè)計出安全可靠的產(chǎn)品，并且達到監(jiān)管機構(gòu)的要求。
