中心論題：

• PPTC工作原理
• PPTC在無線電子產品、電池組、充電器、電源轉換器及變壓器中的應用

解決方案：

• PPTC器件和電壓過載保護器件相互配合保護無線電子產品
• PPTC電池保護器件和電池組里面的原電池串聯保護電池組
• PPTC器件，可一勞永逸保護CLA電路
• 將PPTC器件串聯在變壓器的次級繞組上可保護AC/DC電源轉換器
• 將PPTC器件安裝在變壓器的原邊可保護變壓器

PPTC是Polymeric Positive Temperature Coefficient的縮寫，PPTC器件即高分子聚合物正溫度系數器件，該器件能在電流浪涌過大、溫度過高時對電路起保護作用。使用時，將其串接在電路中，在正常情況下，其阻值很小，損耗也很小，不影響電路正常工作；但若有過流（如短路）發生，其溫度升高，它的阻值隨之急劇升高，達到限制電流的作用，避免損壞電路中的元器件。當故障排除后，PPTC器件的溫度自動下降，又恢復到低阻狀態，因此PPTC器件又稱為可復性保險絲。

下面分別介紹PPTC器件在無線電子產品、電池組、充電器、電源轉換器及變壓器中的應用。　

保護無線電子產品的電路
無線電子產品（如移動電話、PDA），無論是在直接供電還是充電時，都需要AC/DC電源轉換器將電網電壓或是未經穩壓的直流電壓轉換成一個較低電平的直流電壓。隨著AC/DC電源轉換器配件及各種通用充電器紛紛進入市場，如選用不合適的AC/DC電源轉換器，其輸出電壓、電流、極性可能會超出或違背電子產品本身的內部電路規范，因此可能損壞電路甚至引起安全問題。鑒于此，對電路的保護就更加重要。

常用的電路保護方法是使用一次性熔斷絲或是使用專用接插件。一次性熔絲雖比較便宜，但它只能用一次，同時容易產生誤動作。如使用專用接插件，通常只需數天，其他配件制造商就能仿制出同樣的產品，仍會出現接插錯誤并可能引起嚴重的損壞，例如，通過增大組件的擊穿電壓以增大輸出電流將會導致設備的功耗過高。

性能可靠的微型PPTC器件的出現，為體積小、質量輕的無線便攜產品的電路保護提供了良好的解決方案。此外，在無線設備中出現的故障大多數是暫時性的，使用可恢復性PPTC保護器件還能避免不菲的產品保修成本。

將PPTC器件串聯在電源接口處，或再并聯一只限壓器件，例如齊納二極管、瞬態電壓抑制二極管或電壓過載保護器，就可避免不匹配的電源轉換器所帶來的損壞。

 
圖1是一個典型的電池充電器的電路。

在該電路中，未經穩壓的電源轉換器直流輸出電壓經過穩壓電路調制，轉變成適當的電壓對電池進行充電。PPTC器件和電壓過載保護器件相互配合，可以對以下故障起保護作用：

（1）過流：過流可能會損壞功率FET或電池組。
　　
（2）極性接反：這時二極管導通，PPTC器件進入高阻抗狀態進行限流保護。
　　
（3）過壓：這時電壓過載保護器件起作用，PPTC器件則限制電流。
　　
（4）PPTC器件還可裝在電池組的輸入端，增加一層保護作用。如果設備是為耳機、汽車免提設備這類有源附件供電時，在電源輸出端，也需要保護。

保護電池組
由濫充而引起的電池過溫是電池組設計人員主要關心的問題。鋰電池組中盡管有過壓及過流檢測安全保護電路（包括集成電路及MOSFET），仍需串聯PPTC器件。因為在有過強的靜電放電、溫度過高以及短路的情況下半導體電路會出現故障。在電壓保護電路失效而又沒有溫度保護的情況下，電池就會在過充或濫充時產生過多熱量，使電池破裂、漏液、冒煙、甚至燃燒。

此外，對便攜式產品工作時間的延長，推動人們去研制體積更小、質量更輕的鋰離子和鋰聚合物電池。為適應這些新型電池保護電路的要求，PPTC保護器件制造商也在減小器件的消耗方面不斷努力。

瑞侃公司最近推出一種新型條狀PPTC電池保護器件，與以往產品相比，可將電阻降低35%左右。該器件能同時起到過流保護及過溫保護的作用，專為降低電池組阻抗、滿足更長工作時間要求的便攜式電子產品而設計。

通過將PPTC電池保護器件和電池組里面的原電池串聯在一起，無論溫升是由短路造成的還是由過充引起的，器件都可以發揮保護作用，無須熱熔斷絲或雙金屬斷路器。此條狀PPTC器件采用鎳做引腳，尺寸又小又薄，可直接焊到原電池上，既節省空間，又降低安裝費用（見圖2）。

圖2

 
保護CLA電路
點煙器電源轉換器（CLA）的工作溫度范圍很寬，使其充電環境變化很大，這是因為汽車所處的環境很惡劣，而在電氣方面的要求又很嚴格。CLA經常出現的故障主要有以下三種類型：

（1） 電流過大：將損壞充電器或者汽車電路。
　　
（2） 充電器電路故障：將燒斷充電器里的熔斷絲或損壞汽車的電氣線路。
　　
（3） 極性接反：將損壞移動電話充電器的電路。

在CLA的輸入端安裝一只電流保護器件就可避免上述故障。終端設備的負載電流、CLA本身功率轉換電路對故障的敏感程度，都是決定保護要求的主要因素。一般而言，在CLA的輸入端，過流保護器件是與瞬態電壓抑制二極管這類電壓過載保護器件一起使用的。采用可恢復PPTC器件，可一勞永逸地保護電路，免去了用熔斷絲時的更換煩勞，對廠商來說，則減少了退回保修的產品數量。

 
圖3是常見的CLA的電路
 

在這個例子中，用一雙PolySwitch系列保護器件和一只瞬變電壓抑制（TVS）二極管在輸入端提供保護作用。同時用一個由集成電路控制的降壓DC/DC轉換器進行電壓轉換及穩壓。單獨使用PPTC，或者與TVS二極管結合起來使用，都能自動防止由以下四種情況造成的損壞：

（1）負載電流過大。當出現故障時移動電話需要的電流過大，PPTC進入高阻抗狀態，直到故障排除。
　　
（2）轉換器出現故障。如果轉換器或起控制作用的集成電路出現故障，造成短路，這時PPTC保護器件進入高阻抗狀態，保護汽車線路及熔斷絲。
　　
（3）發動機激活時的瞬變電壓。在發動機激活時，發電機會產生瞬變電壓尖脈沖。正常情況下，TVS二極管會把它抑制下去。但若瞬變電壓幅度很大，可能超過TVS二極管的額定值。安裝一只PPTC保護器件，在電流還末增大到會造成損壞時，器件就已進入高阻抗狀態，防止對TVS二極管造成損壞。
　　
（4）汽車電池極性接反。如果汽車電池的極性接反了，TVS二極管會正向導通，電流會通過PPTC保護器件，電流過大時，PPTC保護器件便進入高阻抗狀態，限制加在TVS兩端的正向電壓。
　　
在選擇PPTC器件時，必須考慮到最大負載電流、最高環境溫度及進入高阻抗狀態所需要的時間，以防止損壞其它器件。

保護AC/DC電源轉換器
AC/DC電源轉換器對于安全和可靠性有它特定的要求，這與對短路電流的限制以及變壓器繞組過熱所需要的溫度保護有關。如果繞組的溫度超過絕緣材料的允許溫度范圍，絕緣層就會被破壞擊穿，造成變壓器內部短路，甚至起火。繞組溫度過高的可能原因包括：環境溫度過高、外部短路或輸入電源出現波動。

在變壓器繞組中采用熱熔斷絲進行保護，它是一次組件，在瞬變故障，如輸出短路或輸入電壓出現波動時，動作顯得并不合適。另一種是選擇CPTC（陶瓷正溫度系數）器件，它的缺點是低溫阻抗大，在正常工作時增加了功耗。此外還可采用更高等級的絕緣而不用保護器件，但會提高成本。

圖4所示是PPTC保護器件的溫度保護特性的一個實例。
 

將PPTC器件串聯在變壓器的次級繞組上。如果把線性電源轉換器的輸出端人為短路，繞組的自身電阻能夠把輸出電流限制在1A左右。次級繞組的溫度開始上升，當它達到100℃時，由于過熱和過流的共同作用，PPTC器件進入高阻抗狀態，進一步限制了次級繞組的電流，防止繞組溫度上升。

選擇PPTC器件時，要考慮在最高環境溫度（一般是45℃）下的最大負載電流，以及在變壓器溫度升高時的最短要求動作時間。

保護變壓器
變壓器常見的損壞有兩種情況：原邊過壓和副邊短路。這兩種故障都會使變壓器線圈溫度升高，如不及時處理，將導致線圈絕緣性降低、溫度失控，甚至使變壓器燒毀。

在變壓器的原邊串接一個熱保險絲、副邊串接一個過流保險絲是最常用的一種保護方案。該方法雖然能在超溫和過流的情況下起到保護作用，但需要兩個元件，增加了成本。而且保險絲是一次性元件，故障發生后，必需更換。實驗曾證實，當變壓器由于副邊短路造成副邊線圈溫度超過200℃時，額定溫度為115℃、安裝在鐵心中心附近的熱保險絲才熔斷，這時線圈的絕緣已經融化燒糊，正在損壞變壓器（見圖5）。

圖5

在變壓器中采用PPTC保護器件，則既簡單又節省成本。只用一個額定電壓為240V(AC)的PPTC器件，安裝在變壓器的原邊，就可代替兩個熱保險絲實現超溫及過流保護。當故障發生時，在線圈溫度升高但電流并沒有顯著的增加的情況下，電路保護元件中的超溫器件就顯得非常重要。低功率電源變壓器是此應用的一個很好的實例。即使副邊有短路發生時，PPTC器件的電阻將增大，電流被限制在很低的范圍內，起到保護變壓器的作用，避免如圖5那樣毀壞性的故障。表1是一個120V交流變壓器，采用熱保險絲和PPTC器件保護時的比較數據。
 

表1 熱保險絲于PPTC器件的性能比較

結論
PPTC器件能對大范圍的電路有效地起到保護作用，并且得到了全球安全機構的認可。它不但性能可靠，而且具有自恢復性，降低了產品保修、服務及修理的成本，同時也增加了用戶對產品的滿意程度。
PPTC器件制造商正在加緊材料科學方面的研究，不斷推出更具效率的新型設計，以滿足市場小型高效的需求。