|
安防和火警系統設計在特定電流和電壓范圍內工作。如果由于短路、瞬時(shí)過(guò)壓而導致電壓和電流超出了正常范圍，系統中的部件就會(huì )永久損壞，設備也因此不能發(fā)揮正常功能。供電和電路走線(xiàn)也必須進(jìn)行保護，以避免在安裝過(guò)程中或后備電池短路時(shí)發(fā)生故障。 安防系統中的調制解調器常常用于發(fā)生緊急情況時(shí)向消防部門(mén)或警察報警。這些電話(huà)線(xiàn)路必須進(jìn)行保護，以免被閃電、電力線(xiàn)搭線(xiàn)，或交流感應電流毀壞。告警系統也必須符合UL864標準，該標準要求焊裝的保險絲是不允許用在供電電路中進(jìn)行限流的。如果安防系統與電話(huà)線(xiàn)連接，在北美就必須符合UL60950和TIA968-A標準，在歐洲和其他地區也必須符合ITU K.21標準。 過(guò)流保護 在安防和告警系統中，保險絲通常用于過(guò)流保護。然而，UL864和UL90950對這些設備來(lái)講顯然要求過(guò)高了，它可能在某些測試條件下使設備發(fā)生疲勞。更重要的是，保險絲是一次性的器件，被燒毀后必須更換。 許多設備制造商更愿意使用可重復使用的聚合物正溫度系數（Polymeric Positive Temperature Coefficient：PPTC）器件來(lái)進(jìn)行電路保護，例如，PolySwitch器件。與保險絲不同，PPTC器件在發(fā)生短路故障后不用更換，并且允許在過(guò)流條件排除后重新上電使電路回到正常工作狀態(tài)。 PPTC器件由包括導電填充物在內的合成物構成，例如，碳黑填充物等，它們使整個(gè)器件可以導電。在常溫條件下，導電粒子在聚合物中形成很低的導通電阻。然而，如果溫度上升到器件的切換溫度（TSW），無(wú)論是由通過(guò)器件的大電流引起的，還是由環(huán)境溫度的驟然增加所引起的，都會(huì )導致聚合物中的微晶熔化并處于非結晶態(tài)。 在結晶體熔化階段，熔化的數量增加會(huì )將導電顆粒分離，從而使器件的導通電阻產(chǎn)生非線(xiàn)性增加。導通電阻通常會(huì )增加三個(gè)或更多數量級。導通電阻的增加使流過(guò)故障條件下的設備電流降低到一個(gè)很低的、穩定的值，因此有助于保護電路中的設備。 由于PPTC器件的導通電阻由低電阻轉換到高電阻狀態(tài)是基于溫度的變化的，所以這種器件可以實(shí)現過(guò)流和過(guò)溫保護。當電流流過(guò)PPTC器件時(shí)，根據功率消耗公式I2R，電流被轉換成熱功率，器件就被加熱。當加熱的溫度達到切換溫度時(shí)，PPTC器件就會(huì )“跳閘”，從而進(jìn)入高導通電阻狀態(tài)。 PPTC器件也可以放在某個(gè)需要進(jìn)行過(guò)熱保護的發(fā)熱器件旁邊或設備的結合處。如果設備的溫度達到了PPTC器件的切換溫度，PPTC器件就會(huì )轉換到高導通電阻狀態(tài)。通過(guò)這種方式，PPTC器件可以用于把電流降低到非常低的水平，或者作為設備超溫的系統指示�？刂葡到y然后可以決定采取哪種合適的動(dòng)作來(lái)保護設備或人員。 PPTC器件是串接到電路中的器件。與傳統保險絲相比，它們本身很小的體積有助于節省電路板空間。而傳統保險絲必須安裝在用戶(hù)可以觸到、可以更換的位置。由于PPTC器件是固態(tài)器件，所以它們能夠承受機械沖擊和震動(dòng)。 過(guò)壓保護 有許多種方法可以用于保護安防和火警系統免于因開(kāi)關(guān)或閃電所帶來(lái)瞬態(tài)過(guò)壓產(chǎn)生的故障。比較常用的兩類(lèi)過(guò)壓保護方式是采用電壓鉗位器件和電壓監視器件，或稱(chēng)之為“crowbar”的器件。鉗位器件，如金屬氧化物變阻器（Metal Oxide Varistors：MOV）和二極管起作用時(shí)允許高到一個(gè)特定鉗位電平的電壓通過(guò)負載。電壓監視器件，如氣體放電管（gas discharge tubes：GDT）和半導體閘流管浪涌抑制器在有超過(guò)關(guān)斷電壓的浪涌電壓發(fā)生時(shí)就會(huì )動(dòng)作。 在供電線(xiàn)路需要過(guò)壓保護的應用中，金屬氧化物變阻器可以承受大電流、吸收能量，而且響應迅速。把金屬氧化物變阻器和PPTC成對使用可以實(shí)現一個(gè)完整的電路保護方案，用于保護供電線(xiàn)路和控制板中的變壓器。 安防和火警設備也必須進(jìn)行保護免受靜電放電（electrostatic discharge：ESD）的毀壞。ESD保護器件可以把電子設備中敏感電路累積的靜電放掉。PESD器件提供了ESD保護，并具有非常低的電容（0.2pF），特別適合高頻應用。 新型保護IC 新一代增強聚合物齊納二極管也可以保護敏感的電子器件免于被感應電壓尖峰、瞬態(tài)過(guò)壓、不正確的供電和極性接反等所損壞。如圖1所示，PolyZen器件包括一個(gè)用于電壓鉗位的穩壓齊納二極管和一個(gè)非線(xiàn)性PPTC薄膜器件。 圖1 增強型聚合物齊納二極管用于便攜電子設備的輸入電源保護 當該器件工作時(shí)，PPTC薄膜通過(guò)低通狀態(tài)向高通狀態(tài)切換來(lái)實(shí)現二極管過(guò)熱或過(guò)流保護。在持續大功率過(guò)壓的條件下，PPTC元件的啟動(dòng)限制了電流，并產(chǎn)生電壓降來(lái)有效地保護齊納二極管和其后的電子設備，也增加了二極管的功率承受能力。 PolyZen器件在鉗位和平滑感應電壓尖峰方面效果顯著(zhù)。對于感應電壓尖峰，齊納二極管把電流分流到地，直到電壓達到正常工作范圍。在供電電壓異常的情況下，該類(lèi)器件可以鉗位電壓，并對地分流額外的功率，實(shí)現了對異常電壓的鎖定。 PolyZen器件相對平坦的電壓電流響應有助于鉗位輸出電壓，即使在輸入電壓和電流完全不對稱(chēng)的情況下亦如此。簡(jiǎn)單放一個(gè)這樣的器件就可以提供和齊納二極管相同的保護作用，但卻可以承受非常高的功率異常，而且不需要在通常的PCB走線(xiàn)上放置任何特殊的散熱器。 集成化的器件在電路保護方面可以有助于設備制造商滿(mǎn)足UL60950、TIA-968-A、ITU K.20和K.21電信保護的需求。2Pro器件包括PPTC過(guò)流保護技術(shù)，并將一種金屬氧化物變阻器也集成到一個(gè)熱保護器件中，它可以提供過(guò)流條件下的電流限制和過(guò)壓條件下的電壓鉗位。 圖2 用于安防和火警系統中的電路保護方案示意圖 圖2描述了一個(gè)典型的用于安防和火警系統的電路保護方案。其中，過(guò)流保護是通過(guò)PolySwitch PPTC器件實(shí)現的。過(guò)壓保護是通過(guò)金屬氧化物變阻器和PESD器件實(shí)現的，并且集成了前面所描述保護設備I/O端口的PolyZen和2Pro器件。 |
