---現(xiàn)代的商業(yè)建筑需要采用多種自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)有效控制環(huán)境,提供安保,盡量降低能耗和提供消防保障。這些系統(tǒng)在一般情況下均位于建筑物內(nèi)難以接觸或不便進(jìn)入的位置。這些系統(tǒng)發(fā)生故障后,租戶(hù)會(huì)打電話(huà)要求維修,這將花費(fèi)物業(yè)管理的成本,而且可能干擾建筑物租戶(hù)的正常活動(dòng)。選擇具備可復(fù)位電路保護(hù)技術(shù)的產(chǎn)品將有助于把系統(tǒng)所發(fā)生故障的影響程度控制到最低,減少受到影響的系統(tǒng)部件的數(shù)量,并縮短系統(tǒng)維修所需的時(shí)間。
---傳統(tǒng)方式是采用保險(xiǎn)絲技術(shù)保護(hù)電路。如果發(fā)生接線(xiàn)故障或部件故障,則有可能造成過(guò)電流現(xiàn)象,從而導(dǎo)致保險(xiǎn)絲的熔斷,使電氣線(xiàn)路中斷,防止出現(xiàn)故障的擴(kuò)散或火災(zāi)。這套體系的缺點(diǎn)在于,系統(tǒng)中一個(gè)部件的故障可能導(dǎo)致許多其他部件無(wú)法運(yùn)行。而維修技術(shù)人員必須進(jìn)入所有受影響的部件并更換保險(xiǎn)絲,系統(tǒng)方能繼續(xù)運(yùn)行。這就意味著要接近有可能由于初始單一故障所影響的控制柜、傳感器和指示燈處。技術(shù)人員的工作量會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出只修理初始單一故障的工作量。而且還存在另外一種危險(xiǎn),即保險(xiǎn)絲發(fā)生熔斷的系統(tǒng)部件有可能未被發(fā)現(xiàn),租戶(hù)還要求進(jìn)一步維修。更為重要的是,建筑物的部分地方可能處于不受保護(hù)的狀態(tài)之下。
 ---ASI Controls是一家建筑自動(dòng)化系統(tǒng)制造商,最近將其ASIC/1-8655控制器產(chǎn)品系列中的Pico保險(xiǎn)絲換成了Raychem電路保護(hù)部的PolySwitch可復(fù)位式電路保護(hù)器件。通過(guò)這項(xiàng)替換,控制器產(chǎn)品仍保持了關(guān)鍵接口處同等的過(guò)電流保護(hù)能力,而且無(wú)需在外部故障狀態(tài)導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)大電流狀態(tài)時(shí)更換或維護(hù)保險(xiǎn)絲。
---在通信線(xiàn)路和模擬接口上采用PolySwitch可復(fù)位電路保護(hù)方案后,可以防止瞬態(tài)或接地故障產(chǎn)生的電流對(duì)控制器電子電路造成損壞。在瞬時(shí)狀態(tài)消失且電路電源斷開(kāi)時(shí),PolySwitch器件自行復(fù)位,控制器恢復(fù)至完全的可運(yùn)行狀態(tài),無(wú)須維護(hù)技術(shù)人員進(jìn)入查看。

將可復(fù)位保護(hù)策略擴(kuò)展至整個(gè)系統(tǒng)
 ---控制器并不是建筑自動(dòng)化控制系統(tǒng)中惟一可以利用可復(fù)位過(guò)電流保護(hù)優(yōu)點(diǎn)的裝置。任何需要交流電源的遠(yuǎn)程傳感器、指示燈或執(zhí)行器、模擬接口或通信總線(xiàn)接口都可利用PolySwitch可復(fù)位電路保護(hù)器件的特性。圖2所示為各種建筑自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)件及其通信連接和配電系統(tǒng)之間的關(guān)系。這些系統(tǒng)構(gòu)件可能受到雷擊、誤連線(xiàn)、電源交叉供應(yīng)或交流主輸入回路中線(xiàn)松脫等造成的損壞。使用PolySwitch保護(hù)技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)件有助于降低或防止這些情況的大多數(shù)故障。
 ---在圖3中,我們舉了一個(gè)PolySwitch器件應(yīng)用于保護(hù)單個(gè)電源、信號(hào)或通信接口的例子。每個(gè)PolySwitch器件與一個(gè)過(guò)電壓保護(hù)器件如金屬氧化器變阻器（MOV）相結(jié)合,提供過(guò)電流保護(hù)之外的過(guò)電壓瞬態(tài)保護(hù)。這種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可使產(chǎn)品滿(mǎn)足UL技術(shù)對(duì)2級(jí)產(chǎn)品和IEC 61000 - 4 - 5標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)浪涌防止性能的技術(shù)要求。
---在單個(gè)遠(yuǎn)程部件出現(xiàn)故障的情況下,PolySwitch可復(fù)位器件還可用于保持系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。一般情況下,如果出現(xiàn)了遠(yuǎn)程傳感器的故障,將導(dǎo)致短路或電源無(wú)法供電或通信總線(xiàn)不能工作。在遠(yuǎn)程傳感器中采用PolySwitch器件后,將能保護(hù)出現(xiàn)故障的器件,以免發(fā)生火災(zāi),而且在總線(xiàn)和故障器件之間形成一個(gè)很高的阻抗。這將有助于保護(hù)系統(tǒng)其他部分以免受損。圖4所示為能夠在配電母線(xiàn)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)功能的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
---PolySwitch器件能夠用于保護(hù)通信接口不受接線(xiàn)錯(cuò)誤的損壞。例如,在出現(xiàn)電話(huà)線(xiàn)由于疏忽而連接到數(shù)據(jù)端口（見(jiàn)圖5）的系統(tǒng)中,均有可能在低電壓數(shù)據(jù)電子電路中施加了高壓振鈴電壓。所有數(shù)據(jù)總線(xiàn)上的構(gòu)件均可能因此而遭受損壞。使用PolySwitch器件能夠保護(hù)這些接口,并有助于消除由此造成的損失。

PolySwitch器件的工作原理
 ---Raychem電路保護(hù)部的PolySwitch器件屬于聚合物正溫度系數(shù)（PPTC）器件,作為電路中的串聯(lián)器件使用。該型號(hào)的器件可用于多種工作電流值,而且每個(gè)器件均規(guī)定了“保持”電流,即使是在20℃下,器件仍能夠流過(guò)電流而不會(huì)發(fā)生動(dòng)作的最小電流值。該器件的形式包括引線(xiàn)型、軸向型、片型、盤(pán)型和表面貼裝型的配置。
---聚合物正溫度系數(shù)器件的小巧外形有助于節(jié)省寶貴的電路板空間,其可復(fù)位功能允許它布置在用戶(hù)無(wú)法接觸到的位置,這與傳統(tǒng)的保險(xiǎn)絲必須安裝在用戶(hù)能夠接觸到的位置相比,具有明顯的差異。由于聚合物正溫度系數(shù)器件是固態(tài)器件,所以還能耐受機(jī)械沖擊和振動(dòng),可為范圍廣泛的各種應(yīng)用提供可靠的電路保護(hù)。
 ---聚合物正溫度系數(shù)器件由特殊塑料和導(dǎo)電性顆粒組成的導(dǎo)電性聚合物共混物。在正常的工作溫度下,導(dǎo)電性顆粒在聚合物中形成低阻值的導(dǎo)電鏈路圖（見(jiàn)圖6）。但是,當(dāng)溫度上升到器件的開(kāi)關(guān)溫度以上時(shí),聚合物內(nèi)的晶體融化,形成非晶體物質(zhì)。在這個(gè)晶體融化的過(guò)程中,其容積變大,造成導(dǎo)電性顆粒的分離,并導(dǎo)致器件阻抗呈非線(xiàn)性增加。產(chǎn)生變化的熱量可以是來(lái)自外部,也可以是由于電流過(guò)大而產(chǎn)生的內(nèi)部電阻性發(fā)熱現(xiàn)象。器件的阻值上升,降低了在故障狀態(tài)下能夠流過(guò)的電流值,并有助于保護(hù)電路中的設(shè)備。

正溫度系數(shù)效應(yīng)
---有關(guān)某種材料的阻值具有正溫度系數(shù)（PTC）效應(yīng),是指材料的阻值會(huì)隨著溫度的上升而增加。所有與金屬類(lèi)似的導(dǎo)電性材料均擁有正溫度系數(shù)的阻值。在這些材料中,正溫度系數(shù)效應(yīng)的特點(diǎn)是阻值與溫度成線(xiàn)性正比逐漸增加。這就是常見(jiàn)的、或線(xiàn)性的正溫度系數(shù)效應(yīng)。

非線(xiàn)性正溫度系數(shù)效應(yīng)
 ---發(fā)生相態(tài)變化的材料可能呈現(xiàn)出一種阻值在很窄的溫度范圍內(nèi)急劇上升的特性,如圖7所示。某些導(dǎo)電性聚合物可以呈現(xiàn)出此類(lèi)效應(yīng)。這些導(dǎo)電性聚合物可用于制造過(guò)電流保護(hù)器件,通常稱(chēng)為聚合物正溫度系數(shù)（PPTC）過(guò)電流限制器,或電路保護(hù)器件。
---聚合物正溫度系數(shù)（PPTC）器件的運(yùn)行狀態(tài)建立在能量平衡基礎(chǔ)上,這種平衡由以下的等式描述：
---mCp(ΔT/Δt)=I2R-U(T-Ta) （1）
---I= 流經(jīng)器件的電流
---R= 器件的阻值
---Δt= 時(shí)間變化量
---m= 器件的質(zhì)量
---Cp= 器件的熱容量
---ΔT= 器件溫度變化值
---T= 器件的溫度
---Ta= 環(huán)境溫度
---U= 綜合熱傳導(dǎo)系數(shù)
---在這些等式中,流經(jīng)器件的電流等于I2R的額定熱量。這些熱量的全部或部分散失于環(huán)境中,散失的速度可用條件U(T - Ta)表示。所有未散失到環(huán)境中的熱量將導(dǎo)致器件溫度的上升,這種上升可用下列條件表示：
---mCp(ΔT/Δt)
---為了盡量簡(jiǎn)化公式（1）,假設(shè)器件內(nèi)部的溫度是均勻的。
---如果器件產(chǎn)生的熱量與其散失至環(huán)境中的熱量保持平均,則 (ΔT/Δt)等于零,公式（1）可以改寫(xiě)為：
---I2R- U(T - Ta) （2）
---在通常的工作狀態(tài)下,器件產(chǎn)生的熱量和器件散失到環(huán)境中的熱量能夠在較低的溫度下保持平衡,例如圖7中的第1點(diǎn)。如果流經(jīng)器件的電流增加,而周?chē)�環(huán)境溫度保持恒定時(shí),器件所產(chǎn)生的熱量將增長(zhǎng),器件的溫度也會(huì)隨之增加。但是,如果電流增加的量并不是太大,所產(chǎn)生的熱量均可以散失到環(huán)境中去,器件還將根據(jù)公式（2）穩(wěn)定在一個(gè)較高的溫度,例如圖7中第2點(diǎn)。
---如果電流沒(méi)有增加,而環(huán)境溫度增加,器件也將按照公式（2）所述,在一個(gè)較高的溫度下維持平衡,可能還是圖7中的第2點(diǎn)。第2點(diǎn)的狀態(tài)也可通過(guò)電流增加和環(huán)境溫度增加的聯(lián)合作用達(dá)到。電流或環(huán)境溫度的進(jìn)一步增加將使器件達(dá)到一個(gè)溫度,此時(shí)出現(xiàn)阻值快速增加,例如圖7中的第3點(diǎn)。
---如果電流或環(huán)境溫度持續(xù)上升,將導(dǎo)致器件產(chǎn)生熱量的速率大于熱量散失到環(huán)境中的速率,因而造成了器件溫度的快速上升。在這一階段,阻值將有一個(gè)大幅度的增長(zhǎng),而溫度改變則相對(duì)較小。在圖7中,阻值在溫度改變較小的情況下出現(xiàn)很大變化的區(qū)域位于第3點(diǎn)和第4點(diǎn)之間。這種電阻值的大幅增加造成了流經(jīng)電路的電流值相應(yīng)下降。電流的降低有助于保護(hù)電路免受損壞。
---由于在第3點(diǎn)與第4點(diǎn)之間的溫度變化很小,公式（2）中的條件（T - Ta）可以用常數(shù)（To - Ta）來(lái)代替,其中To是器件的工作溫度。然后公式（1） 可以改寫(xiě)為：
---I2R = V2/R = U(To - Ta) （3）
---由于U和（To - Ta）現(xiàn)在均為常數(shù),公式（3）可以簡(jiǎn)化成I2R = 常數(shù)。這就是說(shuō),目前器件工作在恒定的功率狀態(tài)下。由V2/R來(lái)表示這一恒定的功率,能夠在動(dòng)作狀態(tài)下強(qiáng)調(diào)器件的阻值與所施加的電壓的平方成正比的關(guān)系。這種關(guān)系將保持到器件阻值達(dá)到曲線(xiàn)上部時(shí)（圖7中的第4點(diǎn)）為止。
---對(duì)于已經(jīng)動(dòng)作的器件,只要所施加的電壓值使產(chǎn)生的V2/R熱量足以供應(yīng)U(To - Ta)的損失,則器件將保持在動(dòng)作狀態(tài)下。這就是說(shuō),器件將保持并固鎖在其保護(hù)狀態(tài)下。在電壓降至U(To - Ta)損失無(wú)法滿(mǎn)足供應(yīng)時(shí),器件的溫度將下降,并最終復(fù)位。

總結(jié)
---Raychem電路保護(hù)部的PolySwitch聚合物正溫度系數(shù)器件已經(jīng)在領(lǐng)域?qū)拸V的電路保護(hù)應(yīng)用中證明了其卓越的有效性,并獲得了UL、CSA和TUV的安全認(rèn)證。其能力在于提供可靠而可復(fù)位的保護(hù)方式,從而有助于降低昂貴的保修期返修次數(shù),并提高客戶(hù)的滿(mǎn)意度。
---PolySwitch聚合物正溫度系數(shù)器件為單獨(dú)使用保險(xiǎn)絲的技術(shù)提供了一項(xiàng)可復(fù)位的解決方案,可用于保護(hù)昂貴的電子系統(tǒng),減少維護(hù)要求,并降低維護(hù)成本。