PolySwitch技术提供的可复位保护方法增强了电机驱动和控制装置的可靠性

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PolySwitch技术提供的可复位保护方法增强了电机驱动和控制装置的可靠性

电机驱动和控制装置要经受某些严酷的工作环境，而且要求能够连续和可靠地运行。现场的故障是无法避免的，选择正确的电路保护策略将有助于确保产品的可靠性，并将制造商和客户的维修成本控制在最低。采用Raychem电路保护部提供的PolySwitch(tm)聚合物正温度系数（PPTC）可复位电路保护器件，架构更为稳固和可靠的产品，在电机的驱动和控制系统中能对某些常见的故障提供保护。
PolySwitch 聚合物正温度系数器件的供货类型包括引线型、轴型、片型、盘型和表面贴装型。聚合物正温度系数器件的小巧外形有助于节省宝贵的电路板空间，由于其具备自复式功能，因此可以允许布置在用户无法接触到的位置，这与传统保险丝需要布置在用户能够方便更换的位置以便更换相比，具有明显的差异。由于聚合物正温度系数器件是固态器件，因此还能够耐受机械冲击和振动，可为各种不同的应用场合提供可靠的电路保护。
工作原理
聚合物正温度系数器件由特殊配方塑料和导电性颗粒组成的导电性聚合物共混物。在正常的工作温度下，导电性颗粒在聚合物中形成低阻值的导电链路。但是，当温度上升到器件的开关温度以上时，聚合物内的晶体融化，形成非晶体物质。而在晶体融化的过程中，容积变大，造成导电性颗粒的分离，并导致器件阻抗的非线性增加。产生变化的热量可以来自外部，也可以由于电流过大而产生的内部电阻性发热现象。器件的阻值上升，降低了在故障状态下能够流过的电流值，并有助于保护电路中的设备。图1所示为PolySwitch器件典型的阻值与温度之间的特性曲线。请注意，在约为120℃的动作点处，电阻值呈现几个数量级的增长。
图1  PolySwitch器件阻值与温度之间的特性曲线
一旦电源断开，以及故障消除后，PolySwitch器件的温度降低到其动作温度以下，这时器件恢复到低阻值的状态下，电流即可正常地流过电路。PolySwitch器件具有高阻值变化和可复位的特性，使其成为由于过热和过电流故障所引发的电子电路故障的首选保护方式。
电源保护
PolySwitch器件一直以来应用于电源直流输出端的过载和短路保护。在开发出LVR系列产品后， 目前PolySwitch器件已经可以应用在电源输入端的交流主电路中。这一产品将交流线路变压器和其它线路侧设备置于PolySwitch器件产品系列的保护范围内。这些产品能够在中性线不小心处于断开状态或交流线电压用于24 VAC输入端时，能够为电源提供保护。
LVR器件适用于电源系统，在120VAC和240VAC电压下，其最大输入电流可高达400毫安。而电流更大的电源系统可以将PolySwitch器件安置在次级端的输出电路，用于保护由于过电流状态所引发的电源故障（图2）。
图2 PolySwitch器件在电源系统中的应用
输入/输出接口的保护
许多驱动器和控制装置均配备了通讯和数据接口，用于各个系统元件之间的信息传输。而这些接口的接线有时会与交流或直流电源电缆并排敷设。这些线束可能由于正常的磨损、意外事故、安装接线错误、或在中央配电箱上进行的误操作，而出现短路现象。如果电源电缆与通讯电线出现短路现象，PolySwitch器件能够保护任何与这条短路线路相连接的系统以免造成通讯接口的损坏。在某些情况下，这种现象有可能影响到很多系统。而PolySwitch器件在保护接口处所起的作用（图3），可以明显地降低设备常见故障的停运时间和修理成本。
图3  PolySwitch器件在输入/输出接口中的应用
图4  PolySwitch器件对以太网接口的保护
过热保护
由于PolySwitch器件能够对来自外部的热量和内部电流产生的热量所引发的温度上升作出响应，并可与高压设备建立起热量方面的联系，为高压设备提供过热保护。建立这种热量联系可以通过将这些器件布置成与高压设备发生接触或靠近高压设备的方式来实现。
接触的方式使PolySwitch器件能够很容易地与设备形成物理接触，从而提高了保护的效果。在这类设备中，变压器是一个很好的例子（图5）。PolySwitch器件可以捆绑在外部线圈上或外壳上，从而建立起热量联系。PolySwitch器件可以在设计时结合到电路中，使其具备在变压器过热时向控制器发送警告，系统马上停止运行。
近距离方式适用于电源半导体部件的保护，而且在小型的表面贴装PolySwitch器件与电源器件同处于一个铜底板时效果最好。这是一种成本低廉的热量联系方式，使PolySwitch器件能够在温度超过其动作点时进行动作，同时通知电源器件处于过热状态下时应该停止运行。
在这种应用中，会存在一定程度的热延迟现象，所以这一保护方案无法保护大电流部件以及部件在毫秒级的时间内就发生故障的电源器件。但是，对于绝大多数的过负载状态，这种配置均可以对电源器件提供保护。
图5  PolySwitch器件对变压器的保护
电机失速保护
运动机械均有可能出现堵塞或断裂故障，并可导致电机失速。在电机失速时继续供给电源会导致电机的损坏和/或驱动装置的损毁。将PolySwitch器件与电机驱动器串联起来后，可以保护电机和驱动电子电路，防止在失速或负载过大的状态下系统发生故障。在故障清除后（而且电源断开后），系统可以重新开始正常的运行，无需进行维护或更换部件。多年以来，PolySwitch器件一直是汽车工业中最为常用的保护车座、车窗和其它电机的方案。
在这些应用中，使用PolySwitch器件要求考虑串联电阻的阻值和器件的最大保持电流额定值。室温下的最大工作电流为，16V下为15A，30V下为9A。
图6  PolySwitch器件在电机失效保护中的应用
在这些应用中，当这些系统由于过电流或过热状态而导致外部故障时，PolySwitch器件能够允许电机驱动和控制器系统继续运行。其优点在于提供了一种功能强大和可靠的产品，在其它部件出现故障时可以保护系统。