中心議題:
- 介紹LCD加熱元件的保護技術
- 用于交流電源的協調保護
- 概述工業控制器的保護策略
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調式過流和過壓保護電路，減少元件數量、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，減少元件數量以及故障對系統的影響
用高分子聚合物正溫度系數器件（PPTC）實現的過流、過熱協同保護技術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，它所保護的設備仍能正常工作。
LCD加熱元件的保護技術
液晶顯示器在家用電器中得到廣泛應用，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上，用開關控制加熱元件，當LCD的溫度超過規定范圍時，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，現在又用來進行過熱控制。如果微控制器出現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斷功能失效，發熱失控。
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。
用于交流電源的協調保護
從小型的臺式家用設備到專業人員使用的高溫爐，電子設備的結構日益復雜，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，就是制造商首要關心的問題。過去在設計控制電路板時，變壓器的原邊和副邊上通常不使用過流保護。出現故障時，依靠變壓器把大量的熱散發出去，防止控制電路板損壞。而接在交流電源輸入端的協調式過流和過壓保護電路，能夠幫助設計師達到安全機構的要求，并且減少元件數量、降低成本。
圖2 接在交流電源電路中的協調式過壓及過流保護
圖2說明了金屬氧化物壓敏變阻器（MOV）如何與PPTC器件結合使用。這兩者的結合提高了苛刻交流環境中的設備可靠性，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器件安裝在可能發熱的元件附近，例如磁性元件、場效應晶體管（FET），或者功率電阻器旁，只需要一個就能夠實現過流保護和過熱保護。
交流電源出現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，這時電流會繼續流過，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，就可以密切地監控壓敏變阻器的發熱狀況。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器件更快地轉變為高阻狀態，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規定的設備保護級別有關，也與設備本身的工作條件有關。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備在正常工作情況下的電流吻合。
工業控制器的保護策略
傳統上，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。在使用這項技術時，如果線路出現故障，或者元件出現故障，流過的電流過大，熔斷器將燒斷，于是電氣連接中斷。而如果系統中有一個元件發生故障，其他元件和整個系統則不能工作。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，就可以減少故障對系統的影響，減少影響系統的元件數量，并且縮短修理時間。PPTC器件是取代熔斷器技術的實際可行的辦法，它能夠保護寶貴的電子系統，減少保用和維修服務的成本，并且提高用戶的滿意程度。
在工業控制器的許多應用中，用PPTC器件取代一次性使用的熔斷器，可以幫助設計人員在關鍵性的接口電路上實現同樣水平的過流保護；并且，當一個外部故障引起系統中出現大電流時，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。
結語
利用協調式過流、過熱和過壓保護，設計師可以減少元件數量、減少由于電動機和控制板變壓器出現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，能夠幫助設計人員設計出安全可靠的產品，并且達到監管機構的要求。
