מכשירים ויישומים להגנה על PPTC

PPTC הוא קיצור מקדם הטמפרטורה החיובי הפולימרי. התקן PPTC הוא מכשיר מקדם טמפרטורה חיובי לפולימר. מכשיר זה יכול להגן על המעגל כאשר הזרם הנוכחי גדול מדי והטמפרטורה גבוהה מדי. כאשר משתמשים בו, חבר אותו בסדרה במעגל. בנסיבות רגילות, התנגדותו קטנה מאוד ואובדן הוא גם קטן מאוד, מה שאינו משפיע על הפעולה הרגילה של המעגל; אך אם מתרחש זרם יתר (כגון קצר חשמל), הטמפרטורה שלו עולה והיא ההתנגדות עולה בחדות, ומגבילה את הזרם ונמנעת מפגיעה לרכיבים במעגל. כאשר מבטלים התקלה, הטמפרטורה של מכשיר ה- PPTC יורדת אוטומטית וחוזרת למצב ההתנגדות הנמוך. לפיכך, מכשיר ה- PPTC נקרא גם נתיך הניתן לאחד מחדש.

להלן מתאר את היישומים של מכשירי PPTC במוצרים אלקטרוניים אלחוטיים, חבילות סוללות, מטענים, ממירי כוח ושנאים.

הגנה על מעגלים במוצרים אלקטרוניים אלחוטיים

מוצרים אלקטרוניים אלחוטיים (כגון טלפונים ניידים, PDAs), בין אם הם מופעלים או טעונים ישירות, דורשים ממיר כוח AC/DC כדי להמיר את מתח הרשת או מתח DC לא מוסדר למתח DC ברמה נמוכה יותר. מכיוון שאביזרי ממיר כוח AC/DC ומטענים אוניברסליים שונים נכנסו לשוק, אם נבחר ממיר כוח AC/DC בלתי הולם, מתח היציאה שלו, הזרם והקוטביות עשויים לחרוג או להפר את המעגל הפנימי של המוצר האלקטרוני עצמו. מפרטים, כך שזה עלול לפגוע במעגל או אפילו לגרום לבעיות בטיחות. לאור זאת, הגנת המעגלים חשובה עוד יותר.

שיטות הגנת מעגלים נפוצות הן להשתמש בנתיכים חד פעמיים או במחברים מיוחדים. למרות שנתיכים חד פעמיים זולים יחסית, ניתן להשתמש בהם רק פעם אחת ונוטים לתקלות. אם משתמשים במחברים מיוחדים, בדרך כלל לוקח רק כמה ימים ליצרני אביזרים אחרים להעתיק את אותו המוצר. שגיאות ההזדווגות עדיין יתרחשו ועלולות לגרום נזק קשה, למשל, על ידי הגדלת מתח הפירוק של הרכיב. זרם הפלט יגרום לצריכת החשמל של המכשיר להיות גבוהה מדי. הופעתם של מכשירי מיקרו PPTC עם ביצועים אמינים מספקת פיתרון טוב להגנה על מעגלים של מוצרים ניידים אלחוטיים קטנים וקלים. בנוסף, מרבית הכישלונות במכשירים אלחוטיים הם זמניים, ושימוש במכשירי הגנה על PPTC הניתנים להחלמה יכולים גם להימנע מעלויות אחריות מוצר יקרות. חבר את מכשיר ה- PPTC בסדרה בממשק החשמל, או חבר מכשיר מגביל מתח במקביל, כגון א דיודה זנר, דיודה לדיכוי מתח חולף או מגן עומס יתר של מתח, כדי להימנע מהבעיות הנגרמות על ידי ממירי כוח לא תואמים.

איור 1 הוא מעגל מטען סוללות טיפוסי. במעגל זה, מתח היציאה של DC לא מוסדר של ממיר ההספק מווסת על ידי מעגל מייצב המתח ומומר למתח מתאים לטעינת הסוללה. מכשירי PPTC ומכשירי הגנת עומס יתר של מתח פועלים יחד כדי להגן מפני התקלות הבאות:

(1) זרם יתר: זרם יתר עלול לפגוע בחברת הכוח או חבילת הסוללה.

(2) קוטביות הפוכה: בשלב זה הדיודה מופעלת ומכשיר ה- PPTC נכנס למצב עכבה גבוה להגנה מגבילה שוטפת.

(3) מתח יתר: בשלב זה, מכשיר הגנת עומס המתח פועל, ומכשיר ה- PPTC מגביל את הזרם.

(4) ניתן להתקין את מכשיר ה- PPTC בקצה הקלט של חבילת הסוללה כדי להוסיף שכבת הגנה. אם המכשיר משמש להפעלת אביזרים פעילים כגון אוזניות וציוד נטול ידיים לרכב, סוף תפוקת החשמל זקוק גם להגנה.

הגן על חבילת הסוללה

התחממות יתר של סוללות הנגרמת כתוצאה מטעינת יתר מהווה דאגה מרכזית עבור מעצבי חבילות הסוללות. אף על פי שישנם מתח מתח יתר וזרם יתר על המידה במעגלי הבטיחות בטיחות (כולל מעגלים משולבים ו- MOSFETs) בחבילת הסוללות ליתיום, עדיין יש לחבר התקני PPTC בסדרה. מכיוון שמעגלי מוליכים למחצה יכולים לתקלה כאשר יש פריקה אלקטרוסטטית מוגזמת, טמפרטורה מוגזמת או קצר חשמל. כאשר מעגל ההגנה על המתח נכשל ואין הגנה על טמפרטורה, הסוללה תייצר חום מוגזם כאשר היא טעונה יתר או טעונה יתר על המידה, ותגרום לסוללה לקרע, לדלוף, לעשן או אפילו לשרוף.

בנוסף, הרחבת זמן העבודה של מוצרים ניידים גרמה לאנשים לפתח סוללות ליתיום-יון קטנות וקלות יותר וסוללות ליתיום-פולימר. על מנת להסתגל לדרישות מעגלי הגנת הסוללות החדשים הללו, יצרני מכשירי ההגנה על PPTC עושים גם מאמצים רציפים להפחתת צריכת המכשירים.

על ידי חיבור מכשיר הגנת הסוללות של PPTC והתאים המקוריים באריזת הסוללה בסדרה, בין אם עליית הטמפרטורה נגרמת כתוצאה מקצר או טעינת יתר, המכשיר יכול למלא תפקיד מגן ללא צורך בנתיכים תרמיים או מפסקי בימטל. מכשיר PPTC בצורת רצועה זה משתמש בניקל כ- PIN, הוא קטן ודק, וניתן לרתך אותו ישירות לסוללה המקורית, לחסוך מקום ולהפחתת עלויות ההתקנה.

הגן על מעגל CLA

טווח הטמפרטורות העבודה של ממיר הכוח המצית יותר (CLA) הוא רחב מאוד, מה שגורם לסביבת הטעינה להשתנות מאוד. הסיבה לכך היא שהסביבה בה המכונית נמצאת קשה מאוד והדרישות החשמליות מחמירות מאוד. ישנם שלושה סוגים עיקריים של תקלות המופיעים לעתים קרובות ב- CLA:

(1) זרם מוגזם: יפגע במטען או במעגל המכונית.

(2) כשל במעגל המטען: זה יפוצץ את הנתיך במטען או יפגע במעגל החשמל של המכונית.

(3) קוטביות הפוכה: המעגל של מטען הטלפון הנייד ייפגע.

התקנת התקן הגנה נוכחי בקצה הקלט של ה- CLA יכולה להימנע מהתקלות לעיל. זרם העומס של ציוד הטרמינל והרגישות של מעגל המרת הכוח של ה- CLA עצמו לתקלות הם הגורמים העיקריים שקובעים את דרישות ההגנה. באופן כללי, בצד הקלט של CLA, משתמשים במכשירי הגנה על זרם יתר יחד עם התקני הגנת עומס יתר של מתח כמו דיודות דיכוי מתח חולף.

הגנה על ממירי כוח AC/DC

לממירי כוח AC/DC יש דרישות ספציפיות לבטיחות ואמינות, הקשורות להגבלת זרם הקצר והגנת הטמפרטורה הנדרשת מפני התחממות יתר של פיתולי השנאי. אם הטמפרטורה של הפיתול עולה על טווח הטמפרטורה המותר של חומר הבידוד, שכבת הבידוד תיפגע ותתפרק, ותגרום לקצר פנימי בשנאי או אפילו לשריפה. הגורמים האפשריים לטמפרטורת פיתול מוגזמת כוללים: טמפרטורת אווירה מוגזמת, קציר חיצוני או תנודות באספקת כוח הקלט.

הנתיך התרמי משמש להגנה בתפתל השנאי. זהו רכיב ראשוני ואינו פועל כראוי כאשר מתרחשת תקלה חולפת, כגון קציר פלט או תנודת מתח קלט. השני הוא לבחור מכשירי CPTC (מקדם טמפרטורה חיובי קרמי), שיש להם את החיסרון של התנגדות גדולה בטמפרטורה נמוכה, מה שמגדיל את צריכת החשמל במהלך פעולה רגילה. בנוסף, ניתן להשתמש ברמות בידוד גבוהות יותר ללא מכשירי הגנה, אך הדבר יגדיל את העלות.

שנאי הגנה

ישנם שני סוגים נפוצים של נזק לשנאים: מתח יתר ראשוני וקצר משני. שתי תקלות אלה יגדילו את הטמפרטורה של סליל השנאי. אם לא יטופל בזמן, זה יגרום לבידוד הסליל לרדת, הטמפרטורה היא מחוץ לשליטה ואפילו השנאי לשרוף.

חיבור נתיך תרמי בסדרה עם הצד העיקרי של השנאי ונתיך זרם יתר בסדרה עם הצד המשני הוא פיתרון ההגנה הנפוץ ביותר. למרות ששיטה זו יכולה להגן מפני טמפרטורה יתר ועל זרם יתר, היא דורשת שני רכיבים, מה שמגדיל את העלות. יתר על כן, הנתיך הוא רכיב חד פעמי ויש להחליף אותו לאחר מתרחשת תקלה. הניסויים אישרו כי כאשר הטמפרטורה של הסליל המשני של השנאי עולה על 200 מעלות צלזיוס עקב קצר חשמלי בצד המשני, הנתיך התרמי עם טמפרטורה מדורגת של 115 מעלות צלזיוס והותקן בסמוך למרכז הנמלים של הליבה. בשלב זה בידוד הסליל נמס ונשרף, פוגע בשנאי. (ראה תמונה).

השימוש במכשירי הגנה PPTC בשנאים הוא פשוט וחסכוני. רק מכשיר PPTC אחד עם מתח מדורג של 240 וולט (AC), המותקן בצד הראשוני של השנאי, יכול להחליף שני נתיכים תרמיים כדי להשיג הגנה על טמפרטורה יתר והגנה על זרם יתר. כאשר מתרחשת תקלה, המכשיר לטמפרטורת יתר ברכיב הגנת המעגלים הופך חשוב מאוד כאשר טמפרטורת הסליל עולה אך הזרם אינו עולה באופן משמעותי. רובוטריקים של כוח כוח נמוך הם דוגמא טובה ליישום זה. גם אם מתרחש קצר חשק בצד המשני, ההתנגדות של מכשיר ה- PPTC תגדל והזרם יוגבל לטווח נמוך מאוד, אשר יגן על השנאי ויימנע מתקלות הרסניות כמוצג באיור. טבלה 1 מציגה נתונים השוואתיים עבור שנאי AC 120 וולט המוגן על ידי נתיך תרמי ומכשיר PPTC.

תַקצִיר

מכשירי PPTC יכולים להגן ביעילות על מגוון רחב של מעגלים והוכרו על ידי סוכנויות בטיחות ברחבי העולם. לא רק שיש לה ביצועים אמינים, אלא גם יש מאפייני התאוששות עצמית, מה שמקטין את עלות האחריות, השירות והתיקון של המוצר, ומגדיל גם את שביעות רצון המשתמשים מהמוצר.