汽車蓄電池充電器的防故障保護

維修站和「自助式」蓄電池充電器為已經淺放電及深度放電的蓄電池提供了一種成本低廉的充電方式。但是，如果蓄電池電纜連接錯誤，或者接線夾之間發生意外接觸，導致了電氣故障現象的產生，這種現象可能造成保險絲的斷路，也可能造成設備的損壞。由於保險絲在一般情況下是安裝在設備的內部，用戶無法自行更換，而且這類故障現象有可能經常發生，所以採用一種簡單和成本低廉的解決方案，可以避免更換保險絲的時間損耗，也可以避免用戶設備出現無法使用的狀態。這種解決方案還有助於減少客戶的投訴，以及將設備送回製造商處維修的昂貴費用。

問題所在

(圖一)所示為一個典型蓄電池充電器的示意圖。用於保護次級端的保險絲在通常情況下安裝在充電器外殼之中，在某些情況下還會?焊到線路接線板或印刷電路板上，這時要更換起來就更加困難。造成保險絲熔斷的故障不僅包括大電流，而且包括由於變壓器電感所引發的高電壓現象。初級端的保護元件可以採用電流保險絲、溫度保險絲、斷路器或者正溫度係數自復式元件。

解決方案

很明顯，工程師可以選用聚合物正溫度係數（PPTC）元件作為次級端過電流保護的元件。而自復式的聚合物正溫度係數元件可作為電路中的一個串聯元件。聚合物正溫度係數元件由半結晶聚合物和導電性顆粒組成。在正常的工作狀態下，其中的導電性顆粒組成一條低阻抗的通路，可供電流流過。由於過電流狀態所引起的內部熱量的影響，或者在外部熱量的影響下，聚合物正溫度係數元件由低阻抗轉變為高阻抗狀態。當聚合物正溫度係數元件轉變到高阻抗狀態時，可稱其為“阻斷”。在電路斷電或故障狀態消失前，元件都將保持在這種「阻斷」狀態下，而斷電或故障消失時，元件發生「重定」，恢復其低阻抗的狀態。採用聚合物正溫度係數元件可以作為一種避免更換保險絲的大電流保護方案。

PolySwitch元件是種聚合物正溫度係數元件，能夠對故障狀態下高達100A的電流進行限流。但是，在某些情況下，變壓器次級端在毫秒內產生非常高的電壓（例如大於150伏的電壓），能夠通過阻斷狀態下的過電流保護元件，例如聚合物正溫度係數元件，這一電壓值會遠高於元件的額定電壓值。這種高電壓狀態常見於成本較低且工作在飽和狀態下的變壓器上。而與聚合物正溫度係數元件並聯的金屬氧化物變阻器（MOV）能夠箝制這一電壓，因此有助於保護聚合物正溫度係數元件不受過壓狀態的破壞，並允許聚合物正溫度係數元件對過大的電流有足夠的分斷時間。與PolySwitch元件並聯使用的金屬氧化物變阻器可作為一個自復式的保護方案。(圖二)所示為將聚合物正溫度係數元件和變阻器加入蓄電池充電器電路次級端後的情況。

ROV系列金屬氧化物變阻器（MOV）通常用於與需要進行保護的電氣元件或電路並聯，在圖二的實例中指聚合物正溫度係數元件並聯。在正常運行模式下，ROV系列變阻器的阻抗值非常高，所以絕大多數電流均流過聚合物正溫度係數元件，在變阻器處只流過極小的洩漏電流。但是，當出現故障時，且在聚合物正溫度係數元件和變阻器兩端的電壓增加時，變阻器的阻抗出現下降，形成一個低阻抗的「分路」。電流將沿阻值最小的電路流動，這樣更多的電流將流經變阻器。變阻器阻值下降的作用超過了電流的升高效應，因而變阻器將電壓「箝制」在某一數值，就保證了此電壓值對於與變阻器並聯的聚合物正溫度係數元件的安全性，並保護了聚合物正溫度係數元件免受瞬間高壓的損壞。

選擇ROV系列變阻器

在正常運行狀態下，12V蓄電池充電器次級端中的最大電壓可高達17V，所以要求使用直流電壓額定值大於17V的變阻器。ROV系列變阻器的最大直流電壓額定值可達18V，箝位元電壓則為43V。這種元件的直徑為20毫米，因此能夠充分吸收能量。

在正確選擇了PolySwitch元件和ROV變阻器的型號後，便可確保在蓄電池充電器發生短路或蓄電池接頭接反的故障狀態時，進行過電流和過電壓的保護。在一般情況下，這項自復式解決方案的成本低於1美元，與每次10～50美元的保修或返修費用比較，能夠減少成本高昂的維修。如果蓄電池充電器的變壓器並未在飽和狀態下作業，那麼衝擊電壓值將明顯下降，而只採用聚合物正溫度係數元件本身就足以解決保護方面的問題，從而將方案的成本降至更低。

過電壓和過電流解決方案相結合的其他應用

聚合物正溫度係數元件和變阻器的結合使用，還能夠在其他應用中發揮作用，以達到過電流和過電壓故障的保護。這一種解決方案還可用在其他大電感負載的情況下，例如電機控制裝置，利用一種較為簡單的方式提供保護，以避免出現需要修理的問題。

（作者為泰科電子汽車應用部門經理）

延 伸 閱 讀

電源作為一切電子產品的供電設備，除了性能要滿足供電產品的要求外，其自身的保護措施也非常重要，如過壓、過流、過熱保護等。一旦電子產品出現故障時，則電源必須關閉其輸出電壓，才能保護功率MOSFET和輸出側設備等不被燒毀，否則可能引起電子產品的進一步損壞，甚至引起操作人員的觸電及火災等現象。相關介紹請見「 電源中幾種過流保護方式的比較」一文。 當使用開關電源時，則有專門的保護控制端腳，只要輸入過電流或過電壓信號，即可達到保護目的。而功率放大電晶體除在使用中必須注意環境溫度及選用合適的散熱器外，主要是考慮過電流和過電壓保護問題。你可在「 功率放大器的阻抗匹配及防護措施 」一文中得到進一步的介紹。 多年以來，用於過流保護的PolySwitch 元件一直受到電路設計者的青睞。ROV 元件推出以後，他們就可以從單一供應商處獲得兼具過電流和過電壓保護功能的解決方案。在「 泰科電子Raychem發佈ROV 系列過電壓故障保護元件」一文為你做了相關的評析。

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