1引言
在交、直流供电系统和电子线路使用中，经常会遇到交、直流电压和电流的瞬变，这种现象称为浪涌。
2浪涌的产生及其危害
2.1产生浪涌现象的原因
浪涌产生的原因最常见的是雷击引起的。另外大功率电器的断开与闭合， 以及系统短路、接地故障也会产生过电压、过电流。导致浪涌的原因还有静态器件的充放电。这些浪涌的形成使得电路中瞬间产生高出正常状态几十至几十千倍的电压值及电流值，可能击穿低压装置或用电设备的绝缘，使敏感的电气或电子设备及器件损坏，其中金融、航空、通信、网络、数据处理中心、计算中心及微电子等行业造成的危害尤为严重。
2.2浪涌对电子线路的危害
九十年代以来， 由于半导体集成技术的发展和完善， 使之能够渗透到几乎所有的科技领域。邮电通信、办公自动化等随着大规模集成电路一起飞速发展。微电子技术已充斥到人们生活的各个角落。由于半导体集成电路使用的工作电压越来越低、功率越来越小，因而这些器件组成的电子线路越来越脆弱， 越来越不能承受过电压和过电流的冲击，凡是使用这些元器件的电子设备，如电子计算机、有线和无线通信系统等设备的故障也越来越多， 这些故障不仅是集成电路芯片烧坏，还包括通讯中断、通讯错误、数据丢失、计算机死机等。然而， 由于计算机和电子技术的发展过于迅猛， 对于电子线路间接性雷击和大功率电器开合操作形成的浪涌的危害人们普遍认识不足， 往往是在遭受了损失以后才有深刻的认识。
3电子线路的浪涌保护
现代浪涌保护器件对于雷电的防护多采用几级的防护，保护器一般可由气体放电管、放电间隙、半导体放电管、氧化锌压敏电阻、热敏电阻、齐纳二极管、滤波器、保险丝等器件组成。这里不赘述。
本文中的电子线路专指工作电压在几伏至几十伏的低电压电子线路。目前，低电压电子线路中常用的浪涌保护器件有压敏电阻、热敏电阻、暂态抑制二极管(齐纳二极管和雪崩二极管)、保险丝等。在实际保护中对于脆弱的电子电路的浪涌保护，总是采用多级保护电路，充分利用各种保护器件的优点同时避免其缺点。图1是一个常用的最基本的保护电路。
电路中串联的热敏电阻这是一种其电阻随温度增加而增加的非线性器件，主要起限流作用。当受外来的过电流(非雷击)影响时，规定的短时间内电阻值急剧增加，从而限制回路上的过电流在允许的范围内，保险丝在大电流通过的时候可以熔断，将电路切断，从而保证了设备的安全。电路中并联的压敏电阻是一种电阻值随外加电压变化的非线性器件，当外电压在它的工作范围时，它呈现为高阻状态， 但当外电压超过它的箝位电压时，它便进入箝位状态，从而达到浪涌保护的目的。但该电路有很多缺点。其中保险丝只能用一次，同时容易产生误动作。对于单个快速浪涌，热敏电阻和保险丝一样由于响应时间非常慢，可能几乎没有反应，只有较多的重复的浪涌，才能使保护电路动作，而此时由于频繁的浪涌动作，需要保护的电路可能已经损坏或性能变坏了。
使用图2介绍的电路能解决上述问题。
电路中使用的自恢复保险丝在电流浪涌过大、温度过高时起保护作用。和传统的保险丝一样，在出现故障时，这种器件能够限制危险的大电流。不同的是，在排除故障、撤除电力后，自恢复保险可以恢复原来的低阻状态。自恢复保险丝较热敏电阻和保险丝有更快的动作时间、更低的通过功率以及故障状态下更低的表面温度。此外，该种器件自恢复的保护功能可以免除因一次性热熔断丝误动作而带来的麻烦，减少了由于保险丝烧毁造成OEM质保返修，从而可以降低产品保修、服务及修理的成本。
电路中使用的Sibar器件是一种浪涌电压保护器件，是一种暂态抑制二极管，它较压敏电阻具有更低的残压、更小的寄生电容，且响应时间也更快，更适合作为电子线路多级保护中的后级保护。Sibar器件上升或下降的电压变化率非常快，但它的耐压及电流相对较小，最大也不会超过500V，三极真空晶闸管的应用能对超过1000V的浪涌电压进行安全地防护，只是它的电压变化率不及Sibar器件，但它快于压敏电阻。所以电路中的浪涌电压保护器件要根据具体的情况来选择。
下面将细述自恢复保险的功能，及描述自恢复保险在计算器工业中的一些典型应用。 本文介绍的自恢复保险丝是Raychem公司（前面提及的Sibar器件是也是该公司提供的过电压保护器件）提供的PolySwitch系列聚合物正温度系数(PPTC)器件。
PPTC器件的工作原理 ：
聚合物正温度系数器件由半晶态的聚合物和导电性颗粒组成的导电性复合材料。在正常的工作温度下，其内的导电性颗粒在聚合物中形成低阻值的导电链路图（图4）。但是，当温度上升到器件的开关温度以上时，不管其热量来自流经过该器件的大电流，还是来自环境温度的上升，聚合物内的晶体都会发生融化，形成非晶体物质。在这个从晶相融化的过程中，其体积变大，造成导电性颗粒的分离，并导致器件阻抗呈大幅度的，非线性的增加。其工作的原理是一种能量的平衡，当电流流过PPTC器件时，由于I2R的关系会产生热，而产生的热便会全部或部分散发至环境中，没有散发出去的便会提高PPTC器件的温度。图5的Point1时温度较低，产生的热和散发的热达到平衡，但是当流过的电流较多或是环境温度较高时，会产生较高的热，而提高PPTC器件的温度。然而当电流或环境温度的增加并不显著时，PPTC器件所产生的热可以散发至环境中并在Point2达到平衡。当电流或环境温度再提高时，PPTC器件会达到一个较高的温度如图Point3所示。若此时电流或环境温度继续增加，产生的热能便会大于散发出去的，使得PPTC器件温度速增，在此阶段，很小的温度变化就会造成阻值的大幅提高，这现象可由图上的Point3 及Point4看出。这时PPTC器件处于动作的保护状态，阻抗的增加便限制了电流的通过，将器件保持在锁定（高阻值）状态下，直至故障消除且电路电源断开，此时器件内导电成份冷却并重新结晶，将聚合物正温度系数（PPTC）部件恢复至低阻值状态下，而且电路和受影响的设备也恢复到正常的工作状态，使设备免于损坏。
如上所述PPTC器件在环境温度升高时，其阻值亦会随之增加，从而达到Point4的高阻状态，并不需要外加电流。当温度下降后PPTC器件就以Thermistor的特性回复到低阻状态。
下面举例说明PPTC器件在几种电子线路中的应用。
4PPTC器件在电子线路中的典型应用。
4.1电池充电器的保护
图6是一个典型的电池充电器的电路。
在这个电路中，未经稳压的电源转换器直流输出电压经过稳压电路调制，转变成适当的电压对电池进行充电。PPTC器件和电压过载保护器件相互配合，可以对以下故障起保护作用：
◆过大电流。过大的电流可能会损坏功率FET或者电池组；
◆极性接反。这时二极管导通，PPTC器件进入高阻抗状态从而限制电流 ；
◆电压过高。这时电压过载保护器件起作用，PPTC器件则限制电流。
4.2 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，用于各个系统器件之间的信息传输。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，可以明显地降低设备常见故障的停运时间和修理成本。
4.3 音频电路的保护
音频放大电路的不稳定及过流常常会损坏扬声器及其性能。Polyswitch器件在过流的时候形成高阻抗状态，当故障排除后又自动返回低阻抗状态，在常温下，阻抗极小专门用于保护喇叭的系列产品只有几十到几百毫欧姆，插入损耗小于0.1分贝，器件本身也没有任何容抗或感抗效应，在听觉范围内不会引起失真感觉。
4.4 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，可以保护电机失速或卡死造成的过载及过热。
4.5 CPU保护
在一些CPU应用中，会使用一个电压调整模块（VRM）向处理器提供所需电压和电流。VRM设计方法能从电源分配中消除电线间或板间感应。但当处理器离开或进入一种低功率模式运行时，会产生一种瞬间负载变化。对于某些处理器来讲，这种瞬间变化会达到13安培；甚至在正常运行时，随着处理器器件工作负荷的变化，所需要的电流变化也可高达7安培。电路中高电流的要求可能会引起器件故障。如果VRM出现故障，处理器就会尝试取用更多电力。在VRM的电源输入插脚上设置PPTC器件（图4），就可为处理器提供保护。在发生故障的时候，只需要替换VRM，而不需替换昂贵的处理器。
4.6 通讯设备的保护
T1/E1传送设备必须加以保护，以防止附近的架空电力线，雷击引起的瞬间电压造成损坏。电力线、雷击引起的瞬变电压会进入户外的接线中。PolySwitch器件能提供按照当地安检机构的规范而制定的各种电路保护方案。
4.7 过热的保护
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。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。这种配置对于绝大多数的过负载状态均可以对电源器件提供保护。
4.8 电源转换器的保护
无线电子产品（例如移动电话或者PDA），无论是在直接供电还是充电时，都需要AC/DC来将电网电压或者是未经过稳压的直流电压转换成一个较低电平的直流电压。不合适的AC/DC电源转换器的输出电压、电流、极性可能会超出或违背这些电子产品的内部电路规范，因此可能损坏电路甚至引起安全问题。
在无线设备中出现的故障大多数是暂时性的，将可恢复保护器件PPTC器件串联在电源接口处，或者再并联一只限压器件，例如齐纳二极管、瞬态电压抑制二极管或者电压过载保护器，就可以避免不匹配的电源转换器所带来的损坏，避免不菲的产品保修成本。
5结束语
PPTC器件能有效地保护范围广泛的电路，在全世界得到了安全机构的认可。这种器件可靠且自恢复的保护性能能够大大降低保修费用，并且增加用户对电子设备的满意程度。需要指出的是该器件只是保护器件，在引入电路的时候不能影响被保护电路的正常工作。

参考文献
[1]叶蜚誉，《电涌保护器的原理》，浙江大学电气工程学院，低压电器，2004
[2]郑宏，《低场强高能ZnO压敏电阻的应用研究》，江苏，低压电器，2004
[3]王雷，《电源过电压保护探讨》，华东建筑设计研究院，低压电器，2001
[4]卢长坡 龚超芸，《F and G高效的防雷及浪涌保护器》，穆勒电气（上海），低压电器，2002
[5]泰科电子，polyswitch元件的应用，2004
[6]张伟强，《浪涌保护器的发展动向》，西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室，电瓷避雷器，2001