用于火警和安防系統(tǒng)的電路保護器件

安防和火警系統(tǒng)設(shè)計在特定電流和電壓范圍內(nèi)工作。如果由于短路、瞬時過壓而導致電壓和電流超出了正常范圍，系統(tǒng)中的部件就會永久損壞，設(shè)備也因此不能發(fā)揮正常功能。供電和電路走線也必須進行保護，以避免在安裝過程中或后備電池短路時發(fā)生故障。

安防系統(tǒng)中的調(diào)制解調(diào)器常常用于發(fā)生緊急情況時向消防部門或警察報警。這些電話線路必須進行保護，以免被閃電、電力線搭線，或交流感應(yīng)電流毀壞。告警系統(tǒng)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行限流的。如果安防系統(tǒng)與電話線連接，在北美就必須符合UL60950和TIA968-A標準，在歐洲和其他地區(qū)也必須符合ITU K.21標準。

過流保護
在安防和告警系統(tǒng)中，保險絲通常用于過流保護。然而，UL864和UL90950對這些設(shè)備來講顯然要求過高了，它可能在某些測試條件下使設(shè)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(shè)備制造商更愿意使用可重復使用的聚合物正溫度系數(shù)（Polymeric Positive Temperature Coefficient：PPTC）器件來進行電路保護，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(nèi)的合成物構(gòu)成，例如，碳黑填充物等，它們使整個器件可以導電。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），無論是由通過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，都會導致聚合物中的微晶熔化并處于非結(jié)晶態(tài)。

在結(jié)晶體熔化階段，熔化的數(shù)量增加會將導電顆粒分離，從而使器件的導通電阻產(chǎn)生非線性增加。導通電阻通常會增加三個或更多數(shù)量級。導通電阻的增加使流過故障條件下的設(shè)備電流降低到一個很低的、穩(wěn)定的值，因此有助于保護電路中的設(shè)備。

由于PPTC器件的導通電阻由低電阻轉(zhuǎn)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現(xiàn)過流和過溫保護。當電流流過PPTC器件時，根據(jù)功率消耗公式I2R，電流被轉(zhuǎn)換成熱功率，器件就被加熱。當加熱的溫度達到切換溫度時，PPTC器件就會“跳閘”，從而進入高導通電阻狀態(tài)。

PPTC器件也可以放在某個需要進行過熱保護的發(fā)熱器件旁邊或設(shè)備的結(jié)合處。如果設(shè)備的溫度達到了PPTC器件的切換溫度，PPTC器件就會轉(zhuǎn)換到高導通電阻狀態(tài)。通過這種方式，PPTC器件可以用于把電流降低到非常低的水平，或者作為設(shè)備超溫的系統(tǒng)指示。控制系統(tǒng)然后可以決定采取哪種合適的動作來保護設(shè)備或人員。

PPTC器件是串接到電路中的器件。與傳統(tǒng)保險絲相比，它們本身很小的體積有助于節(jié)省電路板空間。而傳統(tǒng)保險絲必須安裝在用戶可以觸到、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。

過壓保護
有許多種方法可以用于保護安防和火警系統(tǒng)免于因開關(guān)或閃電所帶來瞬態(tài)過壓產(chǎn)生的故障。比較常用的兩類過壓保護方式是采用電壓鉗位器件和電壓監(jiān)視器件，或稱之為“crowbar”的器件。鉗位器件，如金屬氧化物變阻器（Metal Oxide Varistors：MOV）和二極管起作用時允許高到一個特定鉗位電平的電壓通過負載。電壓監(jiān)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關(guān)斷電壓的浪涌電壓發(fā)生時就會動作。

在供電線路需要過壓保護的應(yīng)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(yīng)迅速。把金屬氧化物變阻器和PPTC成對使用可以實現(xiàn)一個完整的電路保護方案，用于保護供電線路和控制板中的變壓器。

安防和火警設(shè)備也必須進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(shè)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(yīng)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(yīng)電壓尖峰、瞬態(tài)過壓、不正確的供電和極性接反等所損壞。如圖1所示，PolyZen器件包括一個用于電壓鉗位的穩(wěn)壓齊納二極管和一個非線性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(shè)備的輸入電源保護

當該器件工作時，PPTC薄膜通過低通狀態(tài)向高通狀態(tài)切換來實現(xiàn)二極管過熱或過流保護。在持續(xù)大功率過壓的條件下，PPTC元件的啟動限制了電流，并產(chǎn)生電壓降來有效地保護齊納二極管和其后的電子設(shè)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(yīng)電壓尖峰方面效果顯著。對于感應(yīng)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，該類器件可以鉗位電壓，并對地分流額外的功率，實現(xiàn)了對異常電壓的鎖定。

PolyZen器件相對平坦的電壓電流響應(yīng)有助于鉗位輸出電壓，即使在輸入電壓和電流完全不對稱的情況下亦如此。簡單放一個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(shè)備制造商滿足UL60950、TIA-968-A、ITU K.20和K.21電信保護的需求。2Pro器件包括PPTC過流保護技術(shù)，并將一種金屬氧化物變阻器也集成到一個熱保護器件中，它可以提供過流條件下的電流限制和過壓條件下的電壓鉗位。

圖2? 用于安防和火警系統(tǒng)中的電路保護方案示意圖

圖2描述了一個典型的用于安防和火警系統(tǒng)的電路保護方案。其中，過流保護是通過PolySwitch PPTC器件實現(xiàn)的。過壓保護是通過金屬氧化物變阻器和PESD器件實現(xiàn)的，并且集成了前面所描述保護設(shè)備I/O端口的PolyZen和2Pro器件。