汽车蓄电池充电器的防故障保护

汽车蓄电池充电器的防故障保护

泰科公司

维修站和“自助式” 蓄电池充电器为浅放电及深度放电的蓄电池提供了一种成本低廉的充电方式。但是，如果蓄电池电缆连接错误，或者接线夹之间发生意外接触，导致了电气故障现象的产生，这种现象可能造成保险丝的断路，也可能造成设备的损坏。由于保险丝在一般情况下是安装在设备的内部，用户无法自行更换，而且这类故障现象有可能经常发生，所以采用一种简单和成本低廉的解决方案，可以避免更换保险丝的时间损耗，也可以避免用户设备出现无法使用的状态。这种解决方案还有助于减少客户的投诉，以及将设备送回制造商处返修的昂贵费用。

问题所在

图1所示为一个典型蓄电池充电器的示意图。用于保护次级端的保险丝在通常情况下安装在充电器外壳之中，在某些情况下还会钎焊到线路接线板或印刷电路板上，这时要更换起来就更加困难。造成保险丝熔断的故障不仅包括大电流，而且包括由于变压器电感所引发的高电压现象。初级端的保护元器件可以采用电流保险丝、温度保险丝、断路器或者正温度系数自复式元器件。

解决方案

很明显，可以选用聚合物正温度系数（PPTC）元器件作为次级端过电流保护的元件。而自复式的聚合物正温度系数器件可作为电路中的一个串联元件。聚合物正温度系数器件由半结晶聚合物和导电性颗粒组成。在正常的工作状态下，其中的导电性颗粒组成一条低阻抗的通路，可供电流流过。由于过电流状态所引起的内部热量的影响，或者在外部热量的影响下，聚合物正温度系数器件由低阻抗转变为高阻抗状态。当聚合物正温度系数器件转变到高阻抗状态时，可称其为“阻断”。在电路断电或故障状态消失前，器件都将保持在这种“阻断”状态下，而断电或故障消失时，器件发生"复位"，恢复其低阻抗的状态。采用聚合物正温度系数器件可以作为一种避免更换保险丝的大电流保护方案。

泰科电子下属公司Raychem电路保护公司所生产的PolySwitch RGE1200系列产品，能够对故障状态下高达100A的电流进行限流。但是，在某些情况下，变压器次级端在毫秒内产生非常高的电压（例如大于150伏的电压），能够通过阻断状态下的过电流保护器件，例如聚合物正温度系数器件，这一电压值会远高于器件的额定电压值。这种高电压状态常见于成本较低且工作在饱和状态下的变压器上。而与聚合物正温度系数器件并联的金属氧化物变阻器（MOV）能够箝制这一电压，因此有助于保护聚合物正温度系数器件不受过压状态的破坏，并允许聚合物正温度系数器件对过大的电流有足够的分断时间。与PolySwitch器件并联使用的金属氧化物变阻器可作为一个自复式的保护方案。图2所示为将聚合物正温度系数器件和变阻器加入蓄电池充电器电路的次级端后的情况。

Raychem电路保护公司的ROV系列金属氧化物变阻器（MOV）通常用于与需要进行保护的电气元件或电路并联，在图2的实例中指聚合物正温度系数器件并联。在正常运行模式下，ROV系列变阻器的阻抗值非常高，所以绝大多数电流均流过聚合物正温度系数器件，在变阻器处只流过极小的泄漏电流。但是，当出现故障时，且在聚合物正温度系数器件和变阻器两端的电压增加时，变阻器的阻抗出现下降，形成一个低阻抗的“分路”。电流将沿阻值的电路流动，这样更多的电流将流经变阻器。变阻器阻值下降的作用大大超过了电流的升高效应，因而变阻器将电?quot;箝制"在某一数值，就保证了此电压值对于与变阻器并联的聚合物正温度系数器件的安全性，并保护了聚合物正温度系数器件免受瞬间高压的损坏。

选择ROV系列变阻器

在正常运行状态下，12伏蓄电池充电器次级端中的电压可高达17V，所以要求使用直流电压额定值大于17V的变阻器。ROV20-220M产品的直流电压额定值为18V，箝位电压为43伏。这一器件的直径为20毫米，能够充分吸收能量。

在正确选择了PolySwitch器件和ROV变阻器的型号后，则可实现在蓄电池充电器发生短路或蓄电池接头接反的故障状态时，进行过电流和过电压的保护。在一般情况下，这项自复式解决方案能够减少成本高昂的维修。如果蓄电池充电器的变压器并未工作在饱和状态下，那么冲击电压值将明显下降，而只采用聚合物正温度系数器件本身就足以解决保护方面的问题，从而将方案的成本降至更低。

过电压和过电流解决方案相结合的其它应用

聚合物正温度系数器件和变阻器的结合使用，还能够在其它应用中发挥作用，实现过电流和过电压故障的保护。例如，这一解决方案还可用在其它大电感负载的情况下，例如电机控制装置，通过一种较为简单的方式提供保护，以避免出现需要修理的问题。