隨著材料科學(xué)的發(fā)展和PPTC器件研究的進(jìn)步，已經(jīng)可以在120 VAC和240 VAC的線電壓下應(yīng)用PPTC器件，從而為變壓器和電源的保護(hù)提供了新的選擇

在線性變壓器或電源發(fā)展故障時(shí)，某些元器件會(huì)產(chǎn)生過熱現(xiàn)象。在開關(guān)型充電器發(fā)生故障的情況下，一些可能隨之發(fā)生故障的元器件包括磁性元件或開關(guān)場效應(yīng)管。在線性充電器中，沒有場效應(yīng)管或電子線路進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換，變壓器的線圈是最有可能出問題的器件。

在防止電源出現(xiàn)這些故障現(xiàn)象及其隨之而來的過熱損壞時(shí)，有若干項(xiàng)電路保護(hù)方案可供選擇，其中包括溫度保險(xiǎn)絲、電流保險(xiǎn)絲和電路斷路器。常用的解決方案是在初級(jí)端使用一個(gè)溫度保險(xiǎn)絲，并在次級(jí)端使用一個(gè)電流保險(xiǎn)絲。這一方式能夠同時(shí)防止出現(xiàn)過熱和過電流狀況。但是，這一方法的缺點(diǎn)在于：第一，需要2個(gè)器件，從而增加了成本;第二，由于保險(xiǎn)絲為一次性使用的器件，保險(xiǎn)絲斷路后將可能導(dǎo)致充電器永遠(yuǎn)無法工作。

在變壓器和電源應(yīng)用中，有時(shí)會(huì)使用斷路器作為自復(fù)式保護(hù)器件，但是這會(huì)大幅增加成本。目前，一項(xiàng)可以適用的解決方案是使用一個(gè)自復(fù)式陶瓷正溫度系數(shù)(CPTC)器件。但是，由于此項(xiàng)技術(shù)較高的保護(hù)

溫度、高阻值、大體積以及較差的防沖擊能力，尚未廣泛應(yīng)用到初級(jí)端的電路保護(hù)中。

對于這一問題的最為適宜的解決方案是使用聚合物正溫度系數(shù)(PPTC)器件，且其工作電壓額定值為240 VAC。這一PPTC器件以簡便的封裝形式同時(shí)提供了過電流和過熱保護(hù)，并使設(shè)計(jì)人員可以選擇在變壓器的初級(jí)端布置自復(fù)式保護(hù)，從而可用單個(gè)器件取代以前常用方案中的2個(gè)元件。另外，由于PPTC器件通常在發(fā)生故障后不需加以更換，這樣有助于制造商降低保修、維護(hù)和修理方面的成本。

對于發(fā)生故障后只造成線圈溫度上升而不會(huì)真正引起電流值較大增加的應(yīng)用，電路保護(hù)器件種類中的過熱保護(hù)器件是十分合適的選擇。小功率的電源變壓器就是這種應(yīng)用中的一個(gè)范例，在這種電源變壓器中，即使在次級(jí)端回路中發(fā)生了短路，線圈阻抗也會(huì)將電流限制在較低的強(qiáng)度。

性能比較：溫度保險(xiǎn)絲與PPTC器件

泰科電子公司最近進(jìn)行了一項(xiàng)以公司推出的PolySwitch LVR系列PPTC器件作為多種變壓器初級(jí)端保護(hù)元件的對比試驗(yàn)，并將PPTC器件的性能特征與溫度保險(xiǎn)絲和CPTC器件的性能進(jìn)行了比較。

許多的線性電源在設(shè)計(jì)中采用了一次性的溫度保險(xiǎn)絲作為初級(jí)端的保護(hù)解決方案。圖1所示為在這類變壓器上發(fā)生的過熱現(xiàn)象的效果。在這項(xiàng)試驗(yàn)中，由于次級(jí)端短路事件的發(fā)生，導(dǎo)致線圈溫度超過200℃。溫度保險(xiǎn)絲的溫度額定值為115℃，其安裝位置靠近鐵芯的中央，未能實(shí)現(xiàn)開路動(dòng)作，線圈的絕緣層出現(xiàn)了熔化現(xiàn)象，因而燒毀了變壓器。

圖1. 采用溫度保險(xiǎn)絲作為初級(jí)端保護(hù)元件的240 VAC變壓器的次級(jí)端發(fā)生短路的結(jié)果。

圖2所示為在類似的變壓器中，針對作為初級(jí)端保護(hù)元件的PPTC器件進(jìn)行測試的結(jié)果。在初級(jí)端加上了253VAC的電壓，并模擬了次級(jí)端短路。對初級(jí)線圈、次級(jí)線圈以及PPTC器件的表面溫度進(jìn)行了測量。PPTC器件在其外部溫度達(dá)到大約95℃時(shí)開始分?jǐn)嚯娐?，此時(shí)，初級(jí)線圈的溫度大約為95℃。在PPTC器件動(dòng)作后，電流得到了限制，線圈的溫度開始下降。

圖2. 采用一個(gè)PPTC器件作為初級(jí)回路保護(hù)元件的240 VAC變壓器的次級(jí)端短路試驗(yàn)結(jié)果

圖3所示為PPTC器件與溫度保險(xiǎn)絲的性能特性曲線的比較，其中溫度保險(xiǎn)絲采用與PPTC類似的研究條件，在次級(jí)端短路的240VAC變壓器進(jìn)行試驗(yàn)。這些數(shù)據(jù)證明了PPTC器件具有更快的動(dòng)作時(shí)間，并且具備了限制線圈最高溫度的性能。因此，PPTC器件有助于改善對變壓器繞組和次級(jí)端回路的保護(hù)。

圖3. 在120 VAC變壓器次級(jí)端出現(xiàn)短路的前提下，對采用溫度保險(xiǎn)絲和PPTC器件作為初級(jí)端保護(hù)元件的特性結(jié)果進(jìn)行比較。[!--empirenews.page--]

性能比較：CPTC與PPTC器件

雖然CPTC器件能夠提供用于變壓器初級(jí)端的電壓額定值，其體積和工作溫度特性限制了它的應(yīng)用。為了獲得對過熱故障的最佳防護(hù)，電路保護(hù)器件必須靠近變壓器線圈進(jìn)行安置。根據(jù)所應(yīng)用的這一電壓值，CPTC器件處于高阻值狀態(tài)時(shí)，在通常情況下會(huì)達(dá)到180℃至220℃的表面溫度。如果線圈絕緣層的額定溫度值低于這一CPTC的表面溫度值，這時(shí)CPTC就不適于作為過熱保護(hù)器件。CPTC器件還存在著易碎的問題，容易受到?jīng)_擊、振動(dòng)或其它與應(yīng)用場合相關(guān)的與溫度變化有關(guān)的熱應(yīng)力的損害。

PPTC器件與CPTC器件相比，能夠?qū)⒕€圈的最高溫度限制在一個(gè)較低的范圍以內(nèi)，并且在跳閘狀態(tài)下，PPTC器件的表面較低(100℃至120℃)。PPTC器件具有較低的電路阻值，其阻抗大小與頻率之間的依賴性較弱，而且體積小巧，這些特性均保證了PPTC器件成為線性變壓器初級(jí)端保護(hù)的一項(xiàng)實(shí)用的解決方案。

在試驗(yàn)中，將PPTC器件和

CPTC器件均作為初級(jí)端的保護(hù)元件來進(jìn)行比較，PPTC裝置的動(dòng)作反應(yīng)較快，保護(hù)溫度較低，如圖4所示。在此項(xiàng)試驗(yàn)中采用了兩個(gè)完全一樣的變壓器，所選用的CPTC器件具有80℃的居里溫度值和80mA的保持電流。PPTC器件的保持電流也為80mA。試驗(yàn)程序是先在次級(jí)端設(shè)定一個(gè)短路故障，再對電流、線圈溫度、動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行測量。

圖4. 在120 VAC變壓器發(fā)生次級(jí)端短路時(shí)，CPTC器件與PPTC器件的動(dòng)作時(shí)間的對比

在這種應(yīng)用中，CPTC器件的一項(xiàng)缺點(diǎn)是其表面溫度較高。圖5的熱成像圖形說明了這兩種器件之間的表面溫度差異。在這項(xiàng)220 VAC短路狀態(tài)的比較中，CPTC器件的表面溫度達(dá)到了184.5℃，而PPTC器件則為118.9℃。

圖5. 處于動(dòng)作狀態(tài)下的PPTC和CPTC器件的熱成像表面溫度比較

結(jié)論

PPTC器件的保護(hù)性能得到了充分驗(yàn)證，它有助于向低電壓設(shè)計(jì)電路(一般低于72V)提供保護(hù)功能。這項(xiàng)性能使得PPTC器件成為對移動(dòng)電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)和通訊設(shè)備提供過電流和過熱保護(hù)的較為適用的技術(shù)。最新一代的PPTC器件能夠在120 VAC和240 VAC的線電壓下進(jìn)行工作，而且可用作

次級(jí)端或初級(jí)端的保護(hù)元件。

另外，PPTC器件的電阻受溫度的影響，所以能夠提供非常有效的過熱保護(hù)。由于PPTC器件具有自復(fù)功能、較小的體積、低阻值和快速保護(hù)等特性，從而成為溫度保險(xiǎn)絲和CPTC器件實(shí)用和經(jīng)濟(jì)的替代產(chǎn)品。