新型PPTC器件技术对线性变压器的保护大有裨益
New PPTC Component Technology for Protect Linear Transformer

1、保护线性变压器
线性变压器最为常见的两个故障类型为过电压和短路事故。例如，如果误将额定电压为120VAC 的充电器插到了220VAC的电源插座中，就可能由于电压过高而出现故障，导致变压器初级和次级回路均出现过电流现象。而次级侧发生的短路也将会造成通过变压器的电流值增大。这些故障状况中的任何一种均会导致变压器绕组的温度升高。如果对此置之不理，则可能导致绕组绝缘等级降低、热失控或者最终导致变压器损坏。
对此，有数种保护措施能够用于线性变压器上，以防止这些故障及其导致的过热损坏现象。常用的解决方案是在初级侧安装一个温度保险丝，而在次级侧安装一个电流保险丝。这一解决方案能够同时防止出现过热和过电流状况。但是，这一方法的弱点在于：1）需要2个元件，从而增加了成本，而且2）由于保险丝为一次性使用的器件，保险丝断路将可能导致充电器永久性损坏。
另一项解决方案就是使用一个聚合物正温度系数（PPTC）器件，器件的电压额定值为240 VAC。这一以简便形式封装的PPTC器件同时提供过电流和过热保护，使设计人员可以选择在变压器的初级侧布置可复位式的保护，从而可用单个器件取代2个元件。另外，由于PPTC器件通常在发生故障后不需加以更换，这样有助于制造商降低保修、维护和修理方面的成本。
PPTC器件提供了可复位功能，并有助于同时在过电流和过热故障状态下提供保护。对于发生的故障可能只造成绕组温度上升而不会引起电流值较大增加的应用中，电路保护装置的过热保护器件就成为一项十分关键的因素。小功率电源变压器就是这种应用中的一个实例，在这种电源变压器中，即使次级回路发生了短路，绕组阻抗也会将电流限制在较低的数值。
2、初级侧保护试验结果
泰科电子公司最近进行了一项以本公司生产的PolySwitchTM LVR系列的PPTC器件作为多种变压器的初级侧保护元件的对比试验，并将PPTC器件的性能特征与温度保险丝进行了比较。
许多线性电源在设计中采用了一次性的温度保险丝作为初级侧的保护解决方案。图1所示为在这类变压器上发生的过热现象的效果。在这项试验中，由于次级侧的短路导致线圈温度超过了200℃。温度保险丝的额定值为115℃，其位置靠近铁芯的中央，未能及时开路，因此绕组的绝缘出现了熔化现象，从而烧毁了变压器。

图2所示为一项试验的结果，这项试验中对于相同的变压器，采用PPTC器件作为初级侧保护元件来进行试验。在初级侧采用了253VAC的输入电压，并模拟了次级侧短路。对初级绕组、次级绕组以及PPTC器件的表面温度进行了测量。PPTC器件在其外部温度达到大约95℃时开始切断电路，此时，初级绕组的温度大约为95℃。在PPTC器件动作后，电流得到了限制，绕组的温度开始下降。

我们对PPTC器件的性能特性曲线与在120 VAC变压器上采用温度保险丝的类似研究进行了比较，并将结果列于下表中（图3）。这些数据证明了PPTC器件具有更快的动作时间的优势，并且具备了限制绕组最高温度的性能。因此，PPTC器件有助于对变压器和次级回路提供一些增强的保护。

3、总结
PPTC器件的保护性能得到了验证，它有助于向低电压设计电路（一般低于72V）提供保护功能。这项性能使PPTC器件成为对移动电子设备、计算机和通讯设备提供过电流和过热保护的首选技术。最新一代的PPTC器件能够在120VAC和240 VAC的线电压下工作，而且既可用作次级侧也可用作初级侧的保护元件。PPTC器件有助于电源设计人员开发出更耐用、更可靠和性价比更好的设备。■