汽車(chē)電子保護(hù)應(yīng)用論文

1、汽車(chē)電子保護(hù)應(yīng)用論文 本文探討了聚合物正溫度系數(shù)(PPTC)器件如何在汽車(chē)應(yīng)用(包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制裝置以及IDB-1394網(wǎng)絡(luò)等)中實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)功能，如電源保護(hù)、輸入/輸出接口的保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)等。 PPTC器件技術(shù)已廣泛應(yīng)用于便攜式電器、手機(jī)、計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)程通信設(shè)備的過(guò)流和過(guò)熱電路保護(hù)設(shè)計(jì)中。汽車(chē)電子技術(shù)委員會(huì)推出的有關(guān)無(wú)源部件的新標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)了PPTC電路保護(hù)技術(shù)在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用，主要針對(duì)電子電路和機(jī)動(dòng)附件，如電動(dòng)車(chē)窗、電動(dòng)座椅、天窗控制和遠(yuǎn)程信息處理裝置，旨在降低成本及提高可靠性和功能性。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制裝置要經(jīng)受某些嚴(yán)酷的工作環(huán)境，而且要求能夠連續(xù)和可靠地運(yùn)行?，F(xiàn)場(chǎng)的故障是無(wú)法

2、避免的，選擇正確的電路保護(hù)策略將有助于確保產(chǎn)品的可靠性，并將制造商和客戶(hù)的維修成本控制在最低。采用泰科電子公司Raychem電路保護(hù)部提供的PolySwitchPPTC可復(fù)位電路保護(hù)器件，開(kāi)發(fā)出更為穩(wěn)固和可靠的產(chǎn)品，在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)中能對(duì)某些常見(jiàn)的故障提供保護(hù)。 PPTC器件的小巧外形有助于節(jié)省寶貴的電路板空間，由于其具備自復(fù)式功能，因此可以允許布置在用戶(hù)無(wú)法接觸到的位置，這與傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲需要布置在用戶(hù)能夠方便更換的位置相比具有明顯的差異。由于PPTC器件是固態(tài)器件，因此還能夠耐受機(jī)械沖擊和振動(dòng)，可為各種不同的應(yīng)用場(chǎng)合提供可靠的電路保護(hù)。 電源保護(hù) PolySwitch 圖2：PPTC器件

3、對(duì)輸入/輸出接口的保護(hù)。 PPTC器件一直以來(lái)應(yīng)用于電源直流輸出端的過(guò)載和短路保護(hù)。在開(kāi)發(fā)出LVR系列產(chǎn)品后，目前PolySwitch器件已經(jīng)可以應(yīng)用在電源輸入端的交流主電路中，將交流線(xiàn)路變壓器和其它線(xiàn)路側(cè)設(shè)備置于它的保護(hù)范圍內(nèi)。這些產(chǎn)品能夠在中性線(xiàn)不小心處于斷開(kāi)狀態(tài)或交流線(xiàn)電壓用于24VAC輸入端時(shí)，能夠?yàn)殡娫刺峁┍Ｗo(hù)。 LVR器件適用于電源系統(tǒng)，在120VAC和240VAC電壓下，其最大輸入電流可高達(dá)400毫安。而電流更大的電源系統(tǒng)可以將PolySwitch器件安置在次級(jí)端的輸出電路，用于保護(hù)由于過(guò)電流狀態(tài)所引發(fā)的電源故障(如圖1所示)。 輸入/輸出接口的保護(hù) 許多驅(qū)動(dòng)器和控制裝置均配備了

4、通訊和數(shù)據(jù)接口，用于各個(gè)系統(tǒng)元件之間的信息傳輸。而這些接口的接線(xiàn)有時(shí)會(huì)與交流或直流電源電纜并排敷設(shè)。這些線(xiàn)束可能由于正常的磨損、意外事故、安裝接線(xiàn)錯(cuò)誤或在中央配電箱上進(jìn)行的誤操作，而出現(xiàn)短路現(xiàn)象。如果電源電纜與通訊電線(xiàn)出現(xiàn)短路現(xiàn)象，PolySwitch器件能夠保護(hù)任何與這條短路線(xiàn)路相連接的系統(tǒng)，以免造成通訊接口的損壞。在某些情況下，這種現(xiàn)象有可能影響到很多系統(tǒng)。而PolySwitch器件在保護(hù)接口處所起的作用，可以明顯地降低設(shè)備常見(jiàn)故障的停運(yùn)時(shí)間和修理成本(如圖2所示)。 過(guò)熱保護(hù) 由于PolySwitch器件能夠?qū)?lái)自外部的熱量和內(nèi)部電流產(chǎn)生的熱量所引發(fā)的溫度上升作出響應(yīng)，并可與高壓設(shè)備建立

5、起熱量方面的聯(lián)系，為高壓設(shè)備提供過(guò)熱保護(hù)。建立這種熱量聯(lián)系可以通過(guò)將這些器件布置成與高壓設(shè)備發(fā)生接觸或靠近高壓設(shè)備的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。 此接觸的方式使該器件能夠很容易地與設(shè)備形成物理接觸，從而提高了保護(hù)的效果。在這類(lèi)設(shè)備中，變壓器是一個(gè)很好的例子，PolySwitch器件可以捆綁在外部線(xiàn)圈上或外殼上(如圖3所示)，從而建立起熱量聯(lián)系，還可以在設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合到電路中，使其具備在變壓器過(guò)熱時(shí)向控制器發(fā)送警告，系統(tǒng)馬上停止運(yùn)行。 近距離方式適用于電源半導(dǎo)體部件的保護(hù)，而且在小型的表面貼裝PolySwitch器件與電源器件同處于一個(gè)銅底板時(shí)效果最好。這是一種成本低廉的熱量聯(lián)系方式，使PolySwitch器件能夠

6、在溫度超過(guò)其動(dòng)作點(diǎn)時(shí)進(jìn)行動(dòng)作，同時(shí)通知電源器件處于過(guò)熱狀態(tài)下時(shí)應(yīng)該停止運(yùn)行。 在這種應(yīng)用中，會(huì)存在一定程度的熱延遲現(xiàn)象，所以這一保護(hù)方案無(wú)法保護(hù)大電流部件以及部件在毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)就發(fā)生故障的電源器件。但是，對(duì)于絕大多數(shù)的過(guò)負(fù)載狀態(tài)，這種配置均可以對(duì)電源器件提供保護(hù)。 運(yùn)動(dòng)機(jī)械均有可能出現(xiàn)堵塞或斷裂故障，并可導(dǎo)致電機(jī)失速。在電機(jī)失速時(shí)繼續(xù)供給電源會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的損壞和/或驅(qū)動(dòng)裝置的損毀。將PolySwitch器件與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器串聯(lián)起來(lái)(如圖4所示)，可以保護(hù)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電子電路，防止在失速或負(fù)載過(guò)大的狀態(tài)下系統(tǒng)發(fā)生故障。在故障清除后(而且電源斷開(kāi)后)，系統(tǒng)可以重新開(kāi)始正常的運(yùn)行，無(wú)需進(jìn)行維護(hù)或更換部件。

7、多年以來(lái)，PolySwitch器件一直是汽車(chē)工業(yè)中最為常用的保護(hù)車(chē)座、車(chē)窗和其它電機(jī)的方案。 在這些應(yīng)用中，使用PolySwitch器件要求考慮串聯(lián)電阻的阻值和器件的最大保持電流額定值。室溫下的最大工作電流為：16V以下為15A，30V以下為9A。 在這些應(yīng)用中，當(dāng)這些系統(tǒng)由于過(guò)電流或過(guò)熱狀態(tài)而導(dǎo)致外部故障時(shí)，PolySwitch器件能夠允許電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制器系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。其優(yōu)點(diǎn)在于提供了一種功能強(qiáng)大和可靠的產(chǎn)品，在其它部件出現(xiàn)故障時(shí)可以保護(hù)系統(tǒng)。 汽車(chē)IEEE1394網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 在汽車(chē)工業(yè)中，家庭生活方式與汽車(chē)日益緊密的聯(lián)系方興未艾。采用由美國(guó)汽車(chē)多媒體接口協(xié)會(huì)(AMI-C)制訂的標(biāo)準(zhǔn)化全球接口

8、，就能方便地與各種消費(fèi)電子設(shè)備相連，并為這些設(shè)備的快速安裝提供便利。在消費(fèi)電子業(yè)界稱(chēng)為IEEE1394串行總線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)，在設(shè)計(jì)時(shí)以多媒體內(nèi)容的傳輸為目標(biāo)。這一針對(duì)汽車(chē)工業(yè)的附加標(biāo)準(zhǔn)被稱(chēng)為IDB-1394，由“1394聯(lián)合汽車(chē)工作組”制訂。 IDB-1394設(shè)計(jì)用于高速多媒體應(yīng)用，即在車(chē)內(nèi)快速傳輸大量的信息。這項(xiàng)開(kāi)放式的標(biāo)準(zhǔn)允許便攜式的電子設(shè)備與車(chē)載網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行連接和互動(dòng)操作，為兩者建立了溝通渠道。 電源接口需要提供過(guò)電流保護(hù)，而現(xiàn)有的汽車(chē)體系所使用的電源標(biāo)準(zhǔn)是在多年以前頒布的。由于用戶(hù)便利端口(CCP)用于傳輸信號(hào)和供電，所以必須對(duì)它進(jìn)行保護(hù)，以防止由于各種故障，例如接觸不良的電纜或接頭插入到商

9、品時(shí)，發(fā)生短路或造成下行設(shè)備的損壞。這種情況有可能經(jīng)常發(fā)生，所以中央控制面板的短路保護(hù)必須有效而可靠。 應(yīng)用綜述 如圖5所示，車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)可分為內(nèi)嵌式網(wǎng)絡(luò)和用戶(hù)便利端口(CCP)。目前的技術(shù)規(guī)格將內(nèi)嵌式塑料光纖(POF)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)定義為與現(xiàn)有的MOST(媒體定向系統(tǒng)傳輸)技術(shù)相似的規(guī)格。但是，前者的架構(gòu)更加穩(wěn)固、能夠提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，并且更易于實(shí)現(xiàn)。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠連接各種電子設(shè)備，例如DVD播放機(jī)、視頻顯示屏、導(dǎo)航系統(tǒng)、收音機(jī)接收設(shè)備、通訊設(shè)備，如無(wú)線(xiàn)電話(huà)或應(yīng)急自動(dòng)遠(yuǎn)程通信及信息處理技術(shù)術(shù)語(yǔ)，以及其它的多媒體應(yīng)用。 這套視頻-音頻網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)CCP，可供乘客將自己的CD機(jī)、游戲機(jī)和其它應(yīng)用

10、1394總線(xiàn)的設(shè)備和外設(shè)連接到網(wǎng)絡(luò)中，所配電纜通用于家中和車(chē)上。 電路保護(hù)要求 在熱插拔汽車(chē)環(huán)境中，由于客戶(hù)經(jīng)常要在電源接口上連接和斷開(kāi)各種外設(shè)，所以明顯存在發(fā)生短路損壞的潛在危險(xiǎn)。電源接口要求具備過(guò)電流保護(hù)的功能，而應(yīng)用于目前汽車(chē)系統(tǒng)中的現(xiàn)有電源標(biāo)準(zhǔn)是多年以前制訂的。因?yàn)橛脩?hù)便利接口用于傳輸信號(hào)和供電，所以必須對(duì)它進(jìn)行保護(hù)，以防止由于各種故障，例如接觸不良的電纜或接頭插入接口時(shí)，發(fā)生短路或造成下行設(shè)備的損壞。這種情況有可能經(jīng)常發(fā)生，所以中央控制面板的短路保護(hù)必須有效而可靠，而且最好是能夠復(fù)位的。 圖5：車(chē)載視頻-音頻網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。 電流限制可以通過(guò)使用電阻、保險(xiǎn)絲、開(kāi)關(guān)或PPTC器件來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前

11、很少采用電阻保護(hù)方案，因?yàn)樗鼤?huì)在正常電流狀態(tài)下產(chǎn)生過(guò)大的電壓降。有可能采用一次性保險(xiǎn)絲方案，但是這種保護(hù)易于損壞，而且必須在發(fā)生故障后予以更換。雙金屬開(kāi)關(guān)的局限性在于它存在反復(fù)接通，并有可能導(dǎo)致觸點(diǎn)熔連故障。在很多汽車(chē)應(yīng)用中，最好的保護(hù)方案為PPTC器件，這種器件在正常工作狀態(tài)下呈現(xiàn)低阻抗，而在發(fā)生故障時(shí)呈現(xiàn)高阻抗。 PolySwitchPPTC器件廣泛用于IEEE1394應(yīng)用，經(jīng)常為計(jì)算機(jī)、外設(shè)和便攜式電子設(shè)備提供可復(fù)位式電路保護(hù)。在汽車(chē)多媒體應(yīng)用中，這種器件常用于為連接到汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)的GPS定位設(shè)備、CD換片機(jī)、音響和其它電子外設(shè)的輸入輸出接口提供電路保護(hù)(如圖6)。 PPTC器件與傳統(tǒng)的熔斷

12、器相似之處在于：能夠在故障產(chǎn)生和持續(xù)狀態(tài)下限制危險(xiǎn)的大電流；而不同之處在于：在故障消除后和/或電路電源斷開(kāi)后，PPTC器件能夠自行復(fù)位。另一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)是這種器件較為小巧，能夠直接安裝在電路板上，并且可安裝在電子模塊、接線(xiàn)盒和配電中心部件內(nèi)。 采用通用電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的車(chē)載產(chǎn)品能夠有助于客戶(hù)利用新面市的產(chǎn)品來(lái)升級(jí)汽車(chē)。而通用的總線(xiàn)也有助于汽車(chē)制造商在技術(shù)進(jìn)步、不斷超前汽車(chē)設(shè)計(jì)循環(huán)周期的情況中，解決由此引發(fā)的技術(shù)過(guò)時(shí)的問(wèn)題。在熱插拔汽車(chē)環(huán)境中，由于客戶(hù)經(jīng)常要在電源接口上連接和斷開(kāi)各種外設(shè)，所以明顯存在發(fā)生短路損壞的潛在危險(xiǎn)。而PPTC器件為這一問(wèn)題提供了有效的過(guò)電流保護(hù)方案。這種可復(fù)位的電路保護(hù)器件也有助于制造商生產(chǎn)出安全可靠的產(chǎn)品，以滿(mǎn)足管理機(jī)構(gòu)的要求，并且降低產(chǎn)品保修和修理成本。 圖6：PolySwitchPPTC器件可幫 助電路設(shè)計(jì)師滿(mǎn)足電路設(shè)計(jì)的 安全需求，并為連接到車(chē)載網(wǎng)絡(luò) 中的電源接口、遠(yuǎn)程信息處理設(shè)備和 便攜式設(shè)備提供電路保護(hù)。 IDB-1394標(biāo)準(zhǔn)接口允許用戶(hù)使用熱插拔設(shè)備，而對(duì)于電源接口和便攜式設(shè)備在多媒體網(wǎng)絡(luò)上的過(guò)電流保護(hù)必須可靠而經(jīng)濟(jì)。PolySwitch系列器件所具有的低阻抗