運用帶PolySwitch™ PPTC器件進行汽車線束保護的優勢
發布時間:2010-01-04 來源:電子元件技術網
中心議題:
簡介
為了降低二氧化碳排放水平、提(ti)高(gao)燃(ran)料(liao)能(neng)效(xiao),汽(qi)車(che)製(zhi)造(zao)企(qi)業(ye)如(ru)今(jin)正(zheng)在(zai)朝(chao)著(zhe)車(che)輛(liang)減(jian)重(zhong)這(zhe)一(yi)方(fang)向(xiang)積(ji)極(ji)努(nu)力(li)。因(yin)此(ci),設(she)計(ji)師(shi)們(men)也(ye)在(zai)不(bu)斷(duan)尋(xun)求(qiu)能(neng)幫(bang)助(zhu)他(ta)們(men)有(you)效(xiao)減(jian)輕(qing)線(xian)束(shu)重(zhong)量(liang)的(de)新(xin)技(ji)術(shu)和(he)設(she)計(ji)手(shou)段(duan)。為(wei)了(le)保(bao)持(chi)市(shi)場(chang)競(jing)爭(zheng)力(li),汽(qi)車(che)製(zhi)造(zao)商(shang)還(hai)必(bi)須(xu)降(jiang)低(di)保(bao)修(xiu)成(cheng)本(ben)並(bing)改(gai)善(shan)用(yong)戶(hu)滿(man)意(yi)度(du)。所(suo)以(yi),汽(qi)車(che)設(she)計(ji)師(shi)們(men)正(zheng)麵(mian)臨(lin)著(zhe)尋(xun)找(zhao)一(yi)條(tiao)新(xin)出(chu)路(lu)的(de)挑(tiao)戰(zhan)—既要減輕車重,又不能犧牲係統可靠性。
這(zhe)種(zhong)行(xing)業(ye)趨(qu)勢(shi)引(yin)導(dao)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)重(zhong)新(xin)回(hui)顧(gu)他(ta)們(men)所(suo)采(cai)用(yong)的(de)防(fang)止(zhi)因(yin)大(da)故(gu)障(zhang)電(dian)流(liu)而(er)受(shou)損(sun)的(de)汽(qi)車(che)電(dian)力(li)功(gong)能(neng)保(bao)護(hu)方(fang)法(fa)。盡(jin)管(guan)在(zai)過(guo)流(liu)保(bao)護(hu)上(shang)使(shi)用(yong)分(fen)散(san)式(shi)線(xian)束(shu)技(ji)術(shu)和(he)PPTC(聚合正溫度係數)器件具有明顯的重量優勢,但許多廠家仍在使用傳統的熔斷保護技術,導致線束重量難以減輕。
這份白皮書介紹了采用分散式架構和泰科電子PolySwitch器件保護汽車線束的巨大優勢,並與傳統的熔斷器保護集中架構進行了比較。本文還介紹了PolySwitch器件的特性,並提供了將這些器件用於分散式架構的具體應用實例,將促進開發更輕便、更靈活、更可靠的線束保護設計。
線束保護趨勢
雖然早在 990年代就推出了采用PPTC器件的分散式線束保護手段,但OEMcaiyongzhezhongfangfadejinzhanshifenhuanman。shishishang,suizhexiandaicheliangyingyongzhongdianqihedianzigongnengdebuduanzengjia,qichebuxianxitongyijingbiandebiyiwangrenheshihoudouyaogengpangda、更沉重、也更複雜。
除了改變傳統設計方法的阻力之外,使用PPTC器件的好處一直被車輛中曆來使用的粗電線所製約。過去,機械強度規定車輛中使用的最細電線為0.35 mm2 (22 AWG),可以承載8- 0A電流。這一限製抵消了針對小電流信號電路(如<8A)使用PPTC器件的優勢。如今,新型導線材料工藝已經能做到讓直徑較小的導線承載較大的電流,比如0. 3 mm2 (26 AWG)導線最大可承載5 A電流。如果配合PPTC分散式保護架構,這種進步將會帶來更多的重量節省。
一項針對中、高檔乘用車、采用分散式架構和泰科電子PolySwitch器件的研究顯示,僅銅線一項就節省重量約50%。此外,由於采用了分散式架構,並用可複位PolySwitch器件替代熔斷器,係統可靠性和設計靈活性得到大大改善。
汽車線束保護
在汽車裏,電流通過分布在全車的各種主要和次要電線總成流向不同的電氣負載。對於 2 V電池係統來說,電路一般在 4 V係統電壓下(多數卡車和公交車中是24 V電池係統,係統電壓為28 V)承載0. 0A到30A的電流。線束必須加以保護,防止因災難性熱事件(如短路)而受損。
設計人員麵臨的難題是既要增加電路保護器件、duidianqixitongzhongdeqianzaiguozaitiaojianjinxingbaohu,tongshiyouyaojiangdizongchengbenhezhongliang。youyudianxingcheliangyibanhanyoushubaigedianluhechaoguoyigonglichangdedianxian,fuzadebuxianxitongshichuantongdedianlushejishouduanxianrukunjing,binghuidaozhibubiyaodechaoanquanbiaozhunsheji。
傳統方法:集中式架構和熔斷器
如圖1a 所示,汽車布線係統的傳統保護方案過去采用的是集中和分布式多負載熔斷技術。在這種類型的集中(或稱為“星形”)架(jia)構(gou)中(zhong),每(mei)種(zhong)功(gong)能(neng)都(dou)需(xu)要(yao)一(yi)條(tiao)單(dan)獨(du)導(dao)線(xian)。如(ru)果(guo)單(dan)根(gen)導(dao)線(xian)支(zhi)持(chi)多(duo)種(zhong)功(gong)能(neng),那(na)麼(me)這(zhe)根(gen)導(dao)線(xian)及(ji)其(qi)熔(rong)斷(duan)器(qi)也(ye)必(bi)須(xu)承(cheng)載(zai)所(suo)有(you)這(zhe)些(xie)功(gong)能(neng)的(de)電(dian)流(liu)總(zong)和(he)。當(dang)從(cong)電(dian)氣(qi)中(zhong)心(xin)發(fa)出(chu)的(de)電(dian)路(lu)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)時(shi),在(zai)單(dan)獨(du)一(yi)個(ge)接(jie)線(xian)盒(he)中(zhong)安(an)排(pai)所(suo)有(you)導(dao)線(xian)的(de)出(chu)入(ru)線(xian)路(lu)並(bing)將(jiang)該(gai)接(jie)線(xian)盒(he)布(bu)置(zhi)在(zai)方(fang)便(bian)司(si)機(ji)維(wei)修(xiu)的(de)位(wei)置(zhi),已(yi)經(jing)變(bian)得(de)幾(ji)乎(hu)不(bu)大(da)可(ke)能(neng)了(le)。因(yin)此(ci),係(xi)統(tong)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)曾(zeng)經(jing)訴(su)諸(zhu)於(yu)一(yi)些(xie)減(jian)少(shao)了(le)部(bu)分(fen)最(zui)終(zhong)效(xiao)用(yong)的(de)線(xian)束(shu)設(she)計(ji)方(fang)案(an),如(ru):
1. 把負載組合在一個電路中,犧牲了導線規格優化和故障隔離;
2. 以提高成本為代價,把電氣中心布置在隻有經過培訓的專業維修人員才能接近的位置;
3. 在各種功能係統之間來回布線,增加了布線長度、規格和成本。例如,由於熔斷器必須便於維護,傳統的車門模塊可能要為車窗、門鎖、LED和後視鏡功能提供單獨的電力饋線,每條饋線都要在接線盒內用一個單獨的熔斷器進行保護。
備選方法:使用PolySwitch器件的分散式架構
這是一種優化的線束保護方案,它具有樹狀層次結構,主電力“幹線”分為若幹較小的“分支”,而在每個節點提供過流保護。這種架構允許使用規格更小、更節省空間的電線,從而降低了車重和成本。它還有助於改善係統保護並提供故障隔離,因此極大地提高了可靠性。圖1b給出了分散式架構的示意圖,其中多個接線箱(用黃色表示)通過電源總線供電。每條從接線箱出來、接到電源、再到不同功能裝置的電線都可以用一個可複位的電路保護器件保護。圖2是局部分布式架構的一個簡化版本,其中每個接線箱要麼直接對一個模塊供電,要麼對另一個為外圍負載提供電力的節點模塊供電。
使用PolySwitch過流保護器件可以實現分散式電氣係統架構。鑒於汽車級器件的可用性和在繼電器上可以期待的可靠性,這些模塊可以開關(切換)並保護自身的輸出負載並安裝在不便維修的位置。
由於PolySwitch器(qi)件(jian)的(de)采(cai)用(yong)不(bu)再(zai)需(xu)要(yao)經(jing)過(guo)便(bian)於(yu)用(yong)戶(hu)接(jie)近(jin)的(de)中(zhong)央(yang)熔(rong)斷(duan)器(qi)座(zuo)進(jin)行(xing)配(pei)電(dian)布(bu)線(xian),因(yin)此(ci)可(ke)以(yi)按(an)照(zhao)電(dian)源(yuan)與(yu)負(fu)載(zai)之(zhi)間(jian)最(zui)直(zhi)接(jie)的(de)路(lu)徑(jing)完(wan)成(cheng)布(bu)線(xian)。從(cong)而(er)縮(suo)短(duan)了(le)電(dian)線(xian)長(chang)度(du),減(jian)小(xiao)了(le)電(dian)線(xian)規(gui)格(ge),不(bu)僅(jin)節(jie)省(sheng)了(le)大(da)量(liang)空(kong)間(jian)、尺寸和成本,也減少了車輛中使用的各種端子、觸點、開關和電子驅動電路。此外,分散式架構還可以減少所需的連接器和接線箱數量及尺寸。比如,通過在車門模塊中采用PolySwitch器件,可以使用一條電力饋線,節省了電線,降低了成本和接線箱尺寸。

表. 傳統熔斷與分散式線束保護架構的電線重量比較。電線重量計算以銅密度8.96x10-6kg/mm3為依據
表1給出了與傳統熔斷保護技術相比,采用分散式架構和PolySwitch器件所能節省的重量。(注意,如前麵所述,本例中使用的最小電線規格為0.35 mm,而有些應用中可以使用規格更小的電線。)
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shiyongbuxuyaosijiweihudekefuweidianlubaohuqijianweishejirenyuantigongledaliangkedandushiyongyekezuheshiyongdejiejuefangan。weiyuyibiaomianbanzhongdedanyijiexianxiangkenengrengranyaoshiyong。yurongduanqibutongdeshi,weibianyugenghuan,rongduanqibixuanzhuangzaijiexianxiangshangbu,erPPTC器件可以嵌入接線箱內或安裝在接線箱的其他表麵上,從而減少了正麵的麵積需求,如圖3所示。
ciwai,tongguobabaohuqijiankaojinlianjieqibaifang,keyisuoduanguijichangdu,jiexianxiangwaiguanchicunyekeyisuoxiao。yekeyixuanzebajiexianxiangfenchengruoganjiaoxiaodedanyuan,bingweiraocheshenzhongxinxuanzetamendeweizhi,erbuyongkaolvshifoubianyuyonghujiejin。zaizhezhongqingkuangxia,PolySwitch器件可以幫助設計人員實現能更加嚴格地反映優化的樹形結構及其伴隨效益的電氣結構。
PolySwitch器件具有各種形狀係數,便於實現與接線箱或電器組件之間的各種接口方案。插裝式(通孔)器件和表麵安裝器件使其適合安裝在使用印刷電路板的熔斷器盒或模塊內。Strap器件則可以用於金屬電極連接。
新一代PolySwitch片(pian)式(shi)器(qi)件(jian)還(hai)可(ke)以(yi)象(xiang)插(cha)片(pian)式(shi)熔(rong)斷(duan)器(qi)或(huo)雙(shuang)金(jin)屬(shu)斷(duan)路(lu)器(qi)那(na)樣(yang)插(cha)入(ru)接(jie)線(xian)盒(he)內(nei)。雖(sui)然(ran)這(zhe)些(xie)器(qi)件(jian)可(ke)以(yi)自(zi)動(dong)複(fu)位(wei),不(bu)需(xu)要(yao)用(yong)戶(hu)更(geng)換(huan)它(ta)們(men),片(pian)式(shi)器(qi)件(jian)外(wai)形(xing)可(ke)以(yi)讓(rang)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)更(geng)換(huan)熔(rong)斷(duan)器(qi)或(huo)雙(shuang)金(jin)屬(shu)器(qi)件(jian),而(er)不(bu)用(yong)等(deng)待(dai)下(xia)一(yi)次(ci)重(zhong)新(xin)設(she)計(ji)接(jie)線(xian)盒(he)。
提高可靠性
除了節省重量和成本之外,電路保護器件的可靠性也是決定如何保護車輛電氣係統的關鍵因素之一。與熔斷器相比,PPTC器件具有明顯的優勢,它們能夠耐受汽車環境中的各種過流事件—包擴諸如導線絕緣層磨損和連接器中接線端子鬆動等情況,而不會造成器件燒毀或降級。
PolySwitchqijianshiyongdaodiantianliaozhizaode,rutanhei,keyitigongguanchuanqijiandedaodiantongdao。zhezhongqijianzaizhengchanggongzuotiaojianxiajuyoudianzujiaodidetexing,erdangguoduodianliuliujinggaiqijianshi,qiwenduhuishenggao,jingtizhuangjuhewuhuigaibianchengfeijingtai。
如圖4所suo示shi,這zhe種zhong瞬shun態tai會hui造zao成cheng聚ju合he物wu膨peng脹zhang,導dao電dian聚ju合he物wu內nei的de導dao電dian通tong路lu斷duan路lu。在zai故gu障zhang時shi間jian過guo程cheng中zhong,器qi件jian電dian阻zu一yi般ban會hui增zeng大da三san個ge數shu量liang級ji甚shen至zhi更geng高gao。升sheng高gao的de電dian阻zu有you助zhu於yu保bao護hu電dian路lu中zhong的de設she備bei,方fang法fa是shi把ba故gu障zhang條tiao件jian下xia流liu動dong的de電dian流liu降jiang低di至zhi較jiao低di的de穩wen態tai水shui平ping。故gu障zhang被bei排pai除chu、電路重新加電前該器件將始終保持在鎖閉(高電阻)位置;在這段時間內導電複合材料逐步冷卻並結晶,使PolySwitch器件恢複至低電阻狀態,並使受到影響的設備恢複至正常工作狀態。

圖4. PolySwitch通過從低阻狀態轉變為高阻狀態來響應過流或過溫條件,幫助保護電路
技術比較
由於熔斷器是單一用途器件,熱容量較低,在某些應用中它們必須選擇“加大”規格,或者規定升高的額定電流,以便防止“誤燒毀(nuisanceblow)”。與之相反的是,PPTC 器件的熱容量和跳閘溫度允許更密切地配合設備的損傷電流,因此縮短了較低電流故障事件中的激活時間。在某些配置中,PPTC器件在指定故障電流下激活比熔斷器激活更快。
“誤燒毀(nuisance blow)”常(chang)常(chang)是(shi)因(yin)為(wei)與(yu)機(ji)動(dong)設(she)備(bei)上(shang)存(cun)在(zai)的(de)特(te)定(ding)電(dian)氣(qi)元(yuan)件(jian)有(you)關(guan)的(de)湧(yong)入(ru)電(dian)流(liu)而(er)造(zao)成(cheng)的(de)。例(li)如(ru),間(jian)歇(xie)工(gong)作(zuo)的(de)電(dian)機(ji)常(chang)常(chang)設(she)計(ji)為(wei)工(gong)作(zuo)有(you)限(xian)的(de)一(yi)段(duan)時(shi)間(jian)。一(yi)般(ban)來(lai)說(shuo),運(yun)行(xing)這(zhe)種(zhong)產(chan)品(pin)的(de)時(shi)間(jian)如(ru)果(guo)超(chao)過(guo)了(le)設(she)計(ji)的(de)最(zui)大(da)極(ji)限(xian),就(jiu)會(hui)造(zao)成(cheng)堵(du)轉(zhuan)、過熱最終直至失效。出現故障條件時仍保持通電,原因要麼是接觸不良,要麼就是用戶誤操作。為防止過熱,電路保護器件必須迅速“跳閘”—但不能比指定時間更短—以避免對用戶形成誤操作。
使用PPTC器(qi)件(jian)的(de)主(zhu)要(yao)優(you)勢(shi)在(zai)於(yu),能(neng)夠(gou)規(gui)定(ding)該(gai)器(qi)件(jian)的(de)跳(tiao)閘(zha)電(dian)流(liu)大(da)大(da)低(di)於(yu)電(dian)機(ji)的(de)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)電(dian)流(liu),但(dan)跳(tiao)閘(zha)時(shi)間(jian)卻(que)可(ke)以(yi)規(gui)定(ding)為(wei)完(wan)整(zheng)係(xi)統(tong)工(gong)作(zuo)周(zhou)期(qi)的(de)數(shu)倍(bei),從(cong)而(er)防(fang)止(zhi)誤(wu)跳(tiao)閘(zha)。
當接觸到超過係統工作電流的故障條件時,熔斷器會達到不需要的溫度,卻又不足以導致及時激活。與此相反的是,PPTC器件的激活速度相對較快、溫度穩定,因此故障電流對其表麵溫度影響不大。
平均故障間隔時間(MTTF)是選擇電路保護器件的另一個重要考慮。MTTF與MTBF(平均無故障時間)的計算相同。其區別是MTBF是指可維修的係統,即一次維修到下一次故障之間的時間。而MTTF則用在無法維修的情況下,如某個單一元件。
表2按照電信行業的可靠性預測標準Bellcore TR332比較了PolySwitch器件與其他電路保護器件的MTTF。
行業標準在設計車輛的電氣/ 電子係統中也扮演著重要角色。AEC-Q200——被動元件的應力測試標準,包含了用於汽車環境的PPTC器(qi)件(jian)測(ce)試(shi)要(yao)求(qiu)。該(gai)試(shi)驗(yan)方(fang)案(an)包(bao)括(kuo)一(yi)係(xi)列(lie)電(dian)氣(qi)和(he)環(huan)境(jing)應(ying)力(li)測(ce)試(shi),要(yao)求(qiu)在(zai)每(mei)次(ci)受(shou)力(li)前(qian)後(hou)進(jin)行(xing)電(dian)氣(qi)驗(yan)證(zheng)。電(dian)氣(qi)驗(yan)證(zheng)試(shi)驗(yan)的(de)設(she)計(ji)目(mu)的(de)是(shi)核(he)查(zha)器(qi)件(jian)在(zai)三(san)種(zhong)溫(wen)度(du)下(xia)(-40℃、25℃和最高溫度)是否滿足電阻、跳閘時間和維持電流的性能要求。
泰科電子的PolySwitch器qi件jian具ju有you汽qi車che環huan境jing要yao求qiu的de穩wen健jian特te性xing,符fu合he嚴yan格ge的de測ce試shi程cheng序xu,這zhe些xie程cheng序xu定ding義yi了le應ying力li測ce試shi前qian後hou的de性xing能neng極ji限xian。用yong於yu汽qi車che等deng級ji器qi件jian鑒jian定ding的de泰tai科ke電dian子ziPS400規範涵蓋了AEC-Q200標準,並采納了各種ANSI、ISO、JEDEC、UL和軍方標準中規定的有關物理、功能、環境、電氣和機械要求。
應用PolySwitch器件和分散式架構
配電分散化為電氣及電子係統架構的創新提供了許多機遇。下麵列舉了若幹實例,說明了可複位電路保護所起的作用。
縮小了直流電機和執行器的導線、端子、連接器及開關尺寸
由you於yu失shi速su電dian流liu較jiao高gao,典dian型xing集ji中zhong式shi配pei置zhi中zhong的de電dian機ji電dian路lu一yi般ban通tong過guo大da規gui格ge斷duan路lu器qi或huo熔rong斷duan器qi加jia以yi保bao護hu。這zhe種zhong設she計ji必bi須xu使shi用yong規gui格ge更geng粗cu的de導dao線xian,因yin此ci接jie口kou引yin腳jiao和he連lian接jie器qi的de規gui格ge也ye必bi須xu較jiao大da。其qi結jie果guo就jiu是shi借jie口kou封feng裝zhuang麵mian積ji必bi須xu更geng大da,從cong而er帶dai來lai了le空kong間jian和he重zhong量liang問wen題ti。此ci外wai,由you於yu後hou門men車che窗chuang、門鎖和後艙電動天線的電機距離其控製開關較遠,電機饋線可能又長又重。
與此相反,分散式架構允許設計人員把PPTC器件安裝在控製電機的開關、繼電器或電子驅動電路上,實現了電路保護器件的合理分布。PPTC器qi件jian還hai限xian製zhi了le經jing饋kui線xian電dian路lu流liu向xiang受shou保bao護hu電dian機ji的de電dian流liu。這zhe樣yang就jiu可ke以yi大da大da縮suo小xiao饋kui線xian規gui格ge。以yi電dian動dong車che窗chuang為wei例li,如ru果guo采cai用yong上shang遊you斷duan路lu器qi進jin行xing保bao護hu的de話hua,饋kui電dian一yi般ban要yao使shi用yong3.0 mm2導線。如果在電機控製開關中采用PPTC器件,饋線規格可以縮小到0.8mm2,由壓降決定。
導線規格縮小又可以使用尺寸更小的端子、接口連接器和開關。此外,微調(微控)電路也可以在驅動電路中使用成本更低、功gong率lv更geng小xiao的de無wu保bao護hu晶jing體ti管guan。最zui終zhong大da大da節jie省sheng了le導dao線xian總zong成cheng及ji其qi相xiang關guan硬ying件jian的de成cheng本ben。使shi用yong小xiao規gui格ge導dao線xian減jian小xiao了le布bu線xian總zong成cheng線xian束shu的de尺chi寸cun,提ti高gao了le導dao線xian的de靈ling活huo性xing。改gai善shan了le布bu線xian總zong成cheng的de外wai觀guan。也ye減jian小xiao了le在zai車che輛liang中zhong安an裝zhuang導dao線xian需xu要yao的de外wai力li,因yin而er降jiang低di了le安an裝zhuang過guo程cheng中zhong造zao成cheng損sun壞huai
的可能性。以下實例說明了這種好處的實用性。
縮短了氣囊安全電路中的饋線長度
汽車安全氣囊是解釋對安全電路布線總成提出嚴格要求的最佳例證。這些裝置包括絞接信號線、專用電路接頭、連接器接口上的短路棒和冗餘饋線。
在zai典dian型xing的de集ji中zhong式shi線xian束shu保bao護hu方fang案an中zhong,氣qi囊nang裝zhuang置zhi中zhong的de饋kui線xian從cong點dian火huo開kai關guan到dao開kai關guan到dao熔rong斷duan器qi座zuo再zai到dao儀yi表biao麵mian板ban中zhong央yang的de氣qi囊nang控kong製zhi模mo塊kuai。而er分fen散san式shi保bao護hu方fang案an則ze可ke以yi合he理li地di把baPPTC器件布置在轉向柱底座上。這樣就可以讓饋線直接從點火開關連接到氣囊控製模塊。這種方式使饋線縮短了一米多。
減輕了拖車牽引燈電路的導線重量
野蠻使用、維wei護hu不bu一yi致zhi以yi及ji進jin水shui導dao致zhi的de短duan路lu和he過guo載zai使shi拖tuo車che牽qian引yin電dian路lu成cheng為wei一yi種zhong高gao風feng險xian應ying用yong。為wei了le提ti高gao可ke靠kao性xing,拖tuo車che牽qian引yin燈deng電dian路lu一yi般ban獨du立li使shi用yong一yi個ge熔rong斷duan器qi和he饋kui電dian線xian路lu。在zai這zhe種zhong設she計ji中zhong,所suo有you車che燈deng一yi般ban都dou通tong過guo安an裝zhuang在zai集ji中zhong熔rong斷duan器qi座zuo內nei的de單dan個ge熔rong斷duan器qi加jia以yi保bao護hu。
然而在分散式架構中,PolySwitch器件可以安裝在車燈總成、連接器或搭接塊上,有效減少了三個熔斷器、一個繼電器、三條長導線和相關的連接器。這種方案也簡化了製動、方向和危險模塊及開關的設計。圖5a和圖5b比較了傳統集中式設計和分散式保護設計,後者在每個對應的交彙節點上使用PolySwitch器件保護各車燈電路。
通過使用分散式架構,當發生短路或過載時,由PolySwitch器件對車輛布線進行保護。當拖車與電源斷開後,PolySwitch器件會自動複位。與傳統電路保護手段不同,在發生瞬時過載時,這種設計不需要司機找出、更換燒毀的熔斷器。
除此以外,連接各車燈到交彙節點的導線隻需承載流向此車燈的電流——而er采cai用yong共gong用yong饋kui線xian及ji其qi熔rong斷duan器qi的de設she計ji就jiu必bi須xu承cheng載zai流liu向xiang所suo有you車che燈deng的de電dian流liu總zong和he。最zui重zhong要yao的de一yi點dian是shi,無wu論lun哪na個ge拖tuo車che牽qian引yin燈deng電dian路lu發fa生sheng過guo流liu故gu障zhang,受shou影ying響xiang的de隻zhi有you這zhe個ge電dian路lu,其qi他ta車che燈deng將jiang正zheng常chang工gong作zuo。
縮小了LED中置高位刹車燈電路的導線規格
發光二極管(LED)所具有的低功耗和設計靈活性使其在照明電路中的應用日益普及,包括中置高位刹車燈(CHMSL)。在這種應用中用LED取代白熾燈的好處在於,能使用小規格低電流導線方便地在車頂內襯和靠近鉸鏈處不容易彎曲的連接中輕鬆地進行布線,如圖6所示。采用PolySwitch器件和分散式架構保護LED CHMSL照明應用提高了設計靈活性,減少了導線數量和重量並提高了可靠性。
結論
采用帶PPTC過流保護的分散式架構可以大大降低汽車設計重量。雖然分散式方法已經成熟多年,但直到能承載大電流的細導線近期具備可用性、新的行業激勵因素出現時才使得這種方法比之傳統熔斷保護技術的優勢凸顯出來。
在分散式線束保護方案中使用泰科電子的PolySwitch PPTC器件提供了許多重要的設計優勢。由於其功能可以恢複、低電阻特性、額定電泛,PolySwitch器件可以幫助汽車設計師減少導線長度和重量,同時提高設計靈活性和係統可靠性。
- 降低汽車重量設計
- 又不犧牲係統可靠性
- 與傳統的熔斷器保護集中架構進行比較
- 運用帶PolySwitch™ PPTC器件進行汽車線束保護
簡介
為了降低二氧化碳排放水平、提(ti)高(gao)燃(ran)料(liao)能(neng)效(xiao),汽(qi)車(che)製(zhi)造(zao)企(qi)業(ye)如(ru)今(jin)正(zheng)在(zai)朝(chao)著(zhe)車(che)輛(liang)減(jian)重(zhong)這(zhe)一(yi)方(fang)向(xiang)積(ji)極(ji)努(nu)力(li)。因(yin)此(ci),設(she)計(ji)師(shi)們(men)也(ye)在(zai)不(bu)斷(duan)尋(xun)求(qiu)能(neng)幫(bang)助(zhu)他(ta)們(men)有(you)效(xiao)減(jian)輕(qing)線(xian)束(shu)重(zhong)量(liang)的(de)新(xin)技(ji)術(shu)和(he)設(she)計(ji)手(shou)段(duan)。為(wei)了(le)保(bao)持(chi)市(shi)場(chang)競(jing)爭(zheng)力(li),汽(qi)車(che)製(zhi)造(zao)商(shang)還(hai)必(bi)須(xu)降(jiang)低(di)保(bao)修(xiu)成(cheng)本(ben)並(bing)改(gai)善(shan)用(yong)戶(hu)滿(man)意(yi)度(du)。所(suo)以(yi),汽(qi)車(che)設(she)計(ji)師(shi)們(men)正(zheng)麵(mian)臨(lin)著(zhe)尋(xun)找(zhao)一(yi)條(tiao)新(xin)出(chu)路(lu)的(de)挑(tiao)戰(zhan)—既要減輕車重,又不能犧牲係統可靠性。
這(zhe)種(zhong)行(xing)業(ye)趨(qu)勢(shi)引(yin)導(dao)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)重(zhong)新(xin)回(hui)顧(gu)他(ta)們(men)所(suo)采(cai)用(yong)的(de)防(fang)止(zhi)因(yin)大(da)故(gu)障(zhang)電(dian)流(liu)而(er)受(shou)損(sun)的(de)汽(qi)車(che)電(dian)力(li)功(gong)能(neng)保(bao)護(hu)方(fang)法(fa)。盡(jin)管(guan)在(zai)過(guo)流(liu)保(bao)護(hu)上(shang)使(shi)用(yong)分(fen)散(san)式(shi)線(xian)束(shu)技(ji)術(shu)和(he)PPTC(聚合正溫度係數)器件具有明顯的重量優勢,但許多廠家仍在使用傳統的熔斷保護技術,導致線束重量難以減輕。
這份白皮書介紹了采用分散式架構和泰科電子PolySwitch器件保護汽車線束的巨大優勢,並與傳統的熔斷器保護集中架構進行了比較。本文還介紹了PolySwitch器件的特性,並提供了將這些器件用於分散式架構的具體應用實例,將促進開發更輕便、更靈活、更可靠的線束保護設計。
線束保護趨勢
雖然早在 990年代就推出了采用PPTC器件的分散式線束保護手段,但OEMcaiyongzhezhongfangfadejinzhanshifenhuanman。shishishang,suizhexiandaicheliangyingyongzhongdianqihedianzigongnengdebuduanzengjia,qichebuxianxitongyijingbiandebiyiwangrenheshihoudouyaogengpangda、更沉重、也更複雜。
除了改變傳統設計方法的阻力之外,使用PPTC器件的好處一直被車輛中曆來使用的粗電線所製約。過去,機械強度規定車輛中使用的最細電線為0.35 mm2 (22 AWG),可以承載8- 0A電流。這一限製抵消了針對小電流信號電路(如<8A)使用PPTC器件的優勢。如今,新型導線材料工藝已經能做到讓直徑較小的導線承載較大的電流,比如0. 3 mm2 (26 AWG)導線最大可承載5 A電流。如果配合PPTC分散式保護架構,這種進步將會帶來更多的重量節省。
一項針對中、高檔乘用車、采用分散式架構和泰科電子PolySwitch器件的研究顯示,僅銅線一項就節省重量約50%。此外,由於采用了分散式架構,並用可複位PolySwitch器件替代熔斷器,係統可靠性和設計靈活性得到大大改善。
汽車線束保護
在汽車裏,電流通過分布在全車的各種主要和次要電線總成流向不同的電氣負載。對於 2 V電池係統來說,電路一般在 4 V係統電壓下(多數卡車和公交車中是24 V電池係統,係統電壓為28 V)承載0. 0A到30A的電流。線束必須加以保護,防止因災難性熱事件(如短路)而受損。
設計人員麵臨的難題是既要增加電路保護器件、duidianqixitongzhongdeqianzaiguozaitiaojianjinxingbaohu,tongshiyouyaojiangdizongchengbenhezhongliang。youyudianxingcheliangyibanhanyoushubaigedianluhechaoguoyigonglichangdedianxian,fuzadebuxianxitongshichuantongdedianlushejishouduanxianrukunjing,binghuidaozhibubiyaodechaoanquanbiaozhunsheji。
傳統方法:集中式架構和熔斷器
如圖1a 所示,汽車布線係統的傳統保護方案過去采用的是集中和分布式多負載熔斷技術。在這種類型的集中(或稱為“星形”)架(jia)構(gou)中(zhong),每(mei)種(zhong)功(gong)能(neng)都(dou)需(xu)要(yao)一(yi)條(tiao)單(dan)獨(du)導(dao)線(xian)。如(ru)果(guo)單(dan)根(gen)導(dao)線(xian)支(zhi)持(chi)多(duo)種(zhong)功(gong)能(neng),那(na)麼(me)這(zhe)根(gen)導(dao)線(xian)及(ji)其(qi)熔(rong)斷(duan)器(qi)也(ye)必(bi)須(xu)承(cheng)載(zai)所(suo)有(you)這(zhe)些(xie)功(gong)能(neng)的(de)電(dian)流(liu)總(zong)和(he)。當(dang)從(cong)電(dian)氣(qi)中(zhong)心(xin)發(fa)出(chu)的(de)電(dian)路(lu)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)時(shi),在(zai)單(dan)獨(du)一(yi)個(ge)接(jie)線(xian)盒(he)中(zhong)安(an)排(pai)所(suo)有(you)導(dao)線(xian)的(de)出(chu)入(ru)線(xian)路(lu)並(bing)將(jiang)該(gai)接(jie)線(xian)盒(he)布(bu)置(zhi)在(zai)方(fang)便(bian)司(si)機(ji)維(wei)修(xiu)的(de)位(wei)置(zhi),已(yi)經(jing)變(bian)得(de)幾(ji)乎(hu)不(bu)大(da)可(ke)能(neng)了(le)。因(yin)此(ci),係(xi)統(tong)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)曾(zeng)經(jing)訴(su)諸(zhu)於(yu)一(yi)些(xie)減(jian)少(shao)了(le)部(bu)分(fen)最(zui)終(zhong)效(xiao)用(yong)的(de)線(xian)束(shu)設(she)計(ji)方(fang)案(an),如(ru):
1. 把負載組合在一個電路中,犧牲了導線規格優化和故障隔離;
2. 以提高成本為代價,把電氣中心布置在隻有經過培訓的專業維修人員才能接近的位置;
3. 在各種功能係統之間來回布線,增加了布線長度、規格和成本。例如,由於熔斷器必須便於維護,傳統的車門模塊可能要為車窗、門鎖、LED和後視鏡功能提供單獨的電力饋線,每條饋線都要在接線盒內用一個單獨的熔斷器進行保護。
圖1a. 典型集中式架構

圖1b. 典型分散式架構
車(che)輛(liang)的(de)傳(chuan)統(tong)集(ji)中(zhong)式(shi)布(bu)線(xian)保(bao)護(hu)架(jia)構(gou)依(yi)靠(kao)數(shu)量(liang)有(you)限(xian)的(de)大(da)規(gui)格(ge)熔(rong)斷(duan)器(qi)來(lai)保(bao)護(hu)各(ge)種(zhong)電(dian)路(lu),防(fang)止(zhi)它(ta)們(men)因(yin)大(da)電(dian)流(liu)故(gu)障(zhang)條(tiao)件(jian)而(er)受(shou)損(sun)。雖(sui)然(ran)熔(rong)斷(duan)器(qi)相(xiang)對(dui)來(lai)說(shuo)不(bu)貴(gui),但(dan)作(zuo)為(wei)單(dan)一(yi)用(yong)途(tu)器(qi)件(jian),一(yi)旦(dan)燒(shao)毀(hui)就(jiu)必(bi)須(xu)更(geng)換(huan)。這(zhe)一(yi)特(te)性(xing)意(yi)味(wei)著(zhe)熔(rong)斷(duan)器(qi)必(bi)須(xu)安(an)裝(zhuang)在(zai)便(bian)於(yu)接(jie)觸(chu)的(de)熔(rong)斷(duan)器(qi)盒(he)內(nei)—這一要求決定了係統架構並迫使封裝和係統布局作出讓步。熔斷器在相同的外形尺寸下也具有2A到30A的標稱額定電流,它們經常被替換成大於設計值的熔斷器或者跳出電路的熔斷器(當用在離域模塊中時)。備選方法:使用PolySwitch器件的分散式架構
這是一種優化的線束保護方案,它具有樹狀層次結構,主電力“幹線”分為若幹較小的“分支”,而在每個節點提供過流保護。這種架構允許使用規格更小、更節省空間的電線,從而降低了車重和成本。它還有助於改善係統保護並提供故障隔離,因此極大地提高了可靠性。圖1b給出了分散式架構的示意圖,其中多個接線箱(用黃色表示)通過電源總線供電。每條從接線箱出來、接到電源、再到不同功能裝置的電線都可以用一個可複位的電路保護器件保護。圖2是局部分布式架構的一個簡化版本,其中每個接線箱要麼直接對一個模塊供電,要麼對另一個為外圍負載提供電力的節點模塊供電。

圖2. 局部分布式汽車線束架構的細節
使用PolySwitch過流保護器件可以實現分散式電氣係統架構。鑒於汽車級器件的可用性和在繼電器上可以期待的可靠性,這些模塊可以開關(切換)並保護自身的輸出負載並安裝在不便維修的位置。
由於PolySwitch器(qi)件(jian)的(de)采(cai)用(yong)不(bu)再(zai)需(xu)要(yao)經(jing)過(guo)便(bian)於(yu)用(yong)戶(hu)接(jie)近(jin)的(de)中(zhong)央(yang)熔(rong)斷(duan)器(qi)座(zuo)進(jin)行(xing)配(pei)電(dian)布(bu)線(xian),因(yin)此(ci)可(ke)以(yi)按(an)照(zhao)電(dian)源(yuan)與(yu)負(fu)載(zai)之(zhi)間(jian)最(zui)直(zhi)接(jie)的(de)路(lu)徑(jing)完(wan)成(cheng)布(bu)線(xian)。從(cong)而(er)縮(suo)短(duan)了(le)電(dian)線(xian)長(chang)度(du),減(jian)小(xiao)了(le)電(dian)線(xian)規(gui)格(ge),不(bu)僅(jin)節(jie)省(sheng)了(le)大(da)量(liang)空(kong)間(jian)、尺寸和成本,也減少了車輛中使用的各種端子、觸點、開關和電子驅動電路。此外,分散式架構還可以減少所需的連接器和接線箱數量及尺寸。比如,通過在車門模塊中采用PolySwitch器件,可以使用一條電力饋線,節省了電線,降低了成本和接線箱尺寸。

表. 傳統熔斷與分散式線束保護架構的電線重量比較。電線重量計算以銅密度8.96x10-6kg/mm3為依據
表1給出了與傳統熔斷保護技術相比,采用分散式架構和PolySwitch器件所能節省的重量。(注意,如前麵所述,本例中使用的最小電線規格為0.35 mm,而有些應用中可以使用規格更小的電線。)
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shiyongbuxuyaosijiweihudekefuweidianlubaohuqijianweishejirenyuantigongledaliangkedandushiyongyekezuheshiyongdejiejuefangan。weiyuyibiaomianbanzhongdedanyijiexianxiangkenengrengranyaoshiyong。yurongduanqibutongdeshi,weibianyugenghuan,rongduanqibixuanzhuangzaijiexianxiangshangbu,erPPTC器件可以嵌入接線箱內或安裝在接線箱的其他表麵上,從而減少了正麵的麵積需求,如圖3所示。
ciwai,tongguobabaohuqijiankaojinlianjieqibaifang,keyisuoduanguijichangdu,jiexianxiangwaiguanchicunyekeyisuoxiao。yekeyixuanzebajiexianxiangfenchengruoganjiaoxiaodedanyuan,bingweiraocheshenzhongxinxuanzetamendeweizhi,erbuyongkaolvshifoubianyuyonghujiejin。zaizhezhongqingkuangxia,PolySwitch器件可以幫助設計人員實現能更加嚴格地反映優化的樹形結構及其伴隨效益的電氣結構。
PolySwitch器件具有各種形狀係數,便於實現與接線箱或電器組件之間的各種接口方案。插裝式(通孔)器件和表麵安裝器件使其適合安裝在使用印刷電路板的熔斷器盒或模塊內。Strap器件則可以用於金屬電極連接。
新一代PolySwitch片(pian)式(shi)器(qi)件(jian)還(hai)可(ke)以(yi)象(xiang)插(cha)片(pian)式(shi)熔(rong)斷(duan)器(qi)或(huo)雙(shuang)金(jin)屬(shu)斷(duan)路(lu)器(qi)那(na)樣(yang)插(cha)入(ru)接(jie)線(xian)盒(he)內(nei)。雖(sui)然(ran)這(zhe)些(xie)器(qi)件(jian)可(ke)以(yi)自(zi)動(dong)複(fu)位(wei),不(bu)需(xu)要(yao)用(yong)戶(hu)更(geng)換(huan)它(ta)們(men),片(pian)式(shi)器(qi)件(jian)外(wai)形(xing)可(ke)以(yi)讓(rang)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)更(geng)換(huan)熔(rong)斷(duan)器(qi)或(huo)雙(shuang)金(jin)屬(shu)器(qi)件(jian),而(er)不(bu)用(yong)等(deng)待(dai)下(xia)一(yi)次(ci)重(zhong)新(xin)設(she)計(ji)接(jie)線(xian)盒(he)。

圖3. 傳統接線盒設計(左)與尺寸縮小的接線盒設計(右)之比較
提高可靠性
除了節省重量和成本之外,電路保護器件的可靠性也是決定如何保護車輛電氣係統的關鍵因素之一。與熔斷器相比,PPTC器件具有明顯的優勢,它們能夠耐受汽車環境中的各種過流事件—包擴諸如導線絕緣層磨損和連接器中接線端子鬆動等情況,而不會造成器件燒毀或降級。
PolySwitchqijianshiyongdaodiantianliaozhizaode,rutanhei,keyitigongguanchuanqijiandedaodiantongdao。zhezhongqijianzaizhengchanggongzuotiaojianxiajuyoudianzujiaodidetexing,erdangguoduodianliuliujinggaiqijianshi,qiwenduhuishenggao,jingtizhuangjuhewuhuigaibianchengfeijingtai。
如圖4所suo示shi,這zhe種zhong瞬shun態tai會hui造zao成cheng聚ju合he物wu膨peng脹zhang,導dao電dian聚ju合he物wu內nei的de導dao電dian通tong路lu斷duan路lu。在zai故gu障zhang時shi間jian過guo程cheng中zhong,器qi件jian電dian阻zu一yi般ban會hui增zeng大da三san個ge數shu量liang級ji甚shen至zhi更geng高gao。升sheng高gao的de電dian阻zu有you助zhu於yu保bao護hu電dian路lu中zhong的de設she備bei,方fang法fa是shi把ba故gu障zhang條tiao件jian下xia流liu動dong的de電dian流liu降jiang低di至zhi較jiao低di的de穩wen態tai水shui平ping。故gu障zhang被bei排pai除chu、電路重新加電前該器件將始終保持在鎖閉(高電阻)位置;在這段時間內導電複合材料逐步冷卻並結晶,使PolySwitch器件恢複至低電阻狀態,並使受到影響的設備恢複至正常工作狀態。

圖4. PolySwitch通過從低阻狀態轉變為高阻狀態來響應過流或過溫條件,幫助保護電路
技術比較
由於熔斷器是單一用途器件,熱容量較低,在某些應用中它們必須選擇“加大”規格,或者規定升高的額定電流,以便防止“誤燒毀(nuisanceblow)”。與之相反的是,PPTC 器件的熱容量和跳閘溫度允許更密切地配合設備的損傷電流,因此縮短了較低電流故障事件中的激活時間。在某些配置中,PPTC器件在指定故障電流下激活比熔斷器激活更快。
“誤燒毀(nuisance blow)”常(chang)常(chang)是(shi)因(yin)為(wei)與(yu)機(ji)動(dong)設(she)備(bei)上(shang)存(cun)在(zai)的(de)特(te)定(ding)電(dian)氣(qi)元(yuan)件(jian)有(you)關(guan)的(de)湧(yong)入(ru)電(dian)流(liu)而(er)造(zao)成(cheng)的(de)。例(li)如(ru),間(jian)歇(xie)工(gong)作(zuo)的(de)電(dian)機(ji)常(chang)常(chang)設(she)計(ji)為(wei)工(gong)作(zuo)有(you)限(xian)的(de)一(yi)段(duan)時(shi)間(jian)。一(yi)般(ban)來(lai)說(shuo),運(yun)行(xing)這(zhe)種(zhong)產(chan)品(pin)的(de)時(shi)間(jian)如(ru)果(guo)超(chao)過(guo)了(le)設(she)計(ji)的(de)最(zui)大(da)極(ji)限(xian),就(jiu)會(hui)造(zao)成(cheng)堵(du)轉(zhuan)、過熱最終直至失效。出現故障條件時仍保持通電,原因要麼是接觸不良,要麼就是用戶誤操作。為防止過熱,電路保護器件必須迅速“跳閘”—但不能比指定時間更短—以避免對用戶形成誤操作。
使用PPTC器(qi)件(jian)的(de)主(zhu)要(yao)優(you)勢(shi)在(zai)於(yu),能(neng)夠(gou)規(gui)定(ding)該(gai)器(qi)件(jian)的(de)跳(tiao)閘(zha)電(dian)流(liu)大(da)大(da)低(di)於(yu)電(dian)機(ji)的(de)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)電(dian)流(liu),但(dan)跳(tiao)閘(zha)時(shi)間(jian)卻(que)可(ke)以(yi)規(gui)定(ding)為(wei)完(wan)整(zheng)係(xi)統(tong)工(gong)作(zuo)周(zhou)期(qi)的(de)數(shu)倍(bei),從(cong)而(er)防(fang)止(zhi)誤(wu)跳(tiao)閘(zha)。
當接觸到超過係統工作電流的故障條件時,熔斷器會達到不需要的溫度,卻又不足以導致及時激活。與此相反的是,PPTC器件的激活速度相對較快、溫度穩定,因此故障電流對其表麵溫度影響不大。
平均故障間隔時間(MTTF)是選擇電路保護器件的另一個重要考慮。MTTF與MTBF(平均無故障時間)的計算相同。其區別是MTBF是指可維修的係統,即一次維修到下一次故障之間的時間。而MTTF則用在無法維修的情況下,如某個單一元件。
表2按照電信行業的可靠性預測標準Bellcore TR332比較了PolySwitch器件與其他電路保護器件的MTTF。
行業標準在設計車輛的電氣/ 電子係統中也扮演著重要角色。AEC-Q200——被動元件的應力測試標準,包含了用於汽車環境的PPTC器(qi)件(jian)測(ce)試(shi)要(yao)求(qiu)。該(gai)試(shi)驗(yan)方(fang)案(an)包(bao)括(kuo)一(yi)係(xi)列(lie)電(dian)氣(qi)和(he)環(huan)境(jing)應(ying)力(li)測(ce)試(shi),要(yao)求(qiu)在(zai)每(mei)次(ci)受(shou)力(li)前(qian)後(hou)進(jin)行(xing)電(dian)氣(qi)驗(yan)證(zheng)。電(dian)氣(qi)驗(yan)證(zheng)試(shi)驗(yan)的(de)設(she)計(ji)目(mu)的(de)是(shi)核(he)查(zha)器(qi)件(jian)在(zai)三(san)種(zhong)溫(wen)度(du)下(xia)(-40℃、25℃和最高溫度)是否滿足電阻、跳閘時間和維持電流的性能要求。
泰科電子的PolySwitch器qi件jian具ju有you汽qi車che環huan境jing要yao求qiu的de穩wen健jian特te性xing,符fu合he嚴yan格ge的de測ce試shi程cheng序xu,這zhe些xie程cheng序xu定ding義yi了le應ying力li測ce試shi前qian後hou的de性xing能neng極ji限xian。用yong於yu汽qi車che等deng級ji器qi件jian鑒jian定ding的de泰tai科ke電dian子ziPS400規範涵蓋了AEC-Q200標準,並采納了各種ANSI、ISO、JEDEC、UL和軍方標準中規定的有關物理、功能、環境、電氣和機械要求。

表2. 電信應用中電路保護器件的MTTF比較
應用PolySwitch器件和分散式架構
配電分散化為電氣及電子係統架構的創新提供了許多機遇。下麵列舉了若幹實例,說明了可複位電路保護所起的作用。
縮小了直流電機和執行器的導線、端子、連接器及開關尺寸
由you於yu失shi速su電dian流liu較jiao高gao,典dian型xing集ji中zhong式shi配pei置zhi中zhong的de電dian機ji電dian路lu一yi般ban通tong過guo大da規gui格ge斷duan路lu器qi或huo熔rong斷duan器qi加jia以yi保bao護hu。這zhe種zhong設she計ji必bi須xu使shi用yong規gui格ge更geng粗cu的de導dao線xian,因yin此ci接jie口kou引yin腳jiao和he連lian接jie器qi的de規gui格ge也ye必bi須xu較jiao大da。其qi結jie果guo就jiu是shi借jie口kou封feng裝zhuang麵mian積ji必bi須xu更geng大da,從cong而er帶dai來lai了le空kong間jian和he重zhong量liang問wen題ti。此ci外wai,由you於yu後hou門men車che窗chuang、門鎖和後艙電動天線的電機距離其控製開關較遠,電機饋線可能又長又重。
與此相反,分散式架構允許設計人員把PPTC器件安裝在控製電機的開關、繼電器或電子驅動電路上,實現了電路保護器件的合理分布。PPTC器qi件jian還hai限xian製zhi了le經jing饋kui線xian電dian路lu流liu向xiang受shou保bao護hu電dian機ji的de電dian流liu。這zhe樣yang就jiu可ke以yi大da大da縮suo小xiao饋kui線xian規gui格ge。以yi電dian動dong車che窗chuang為wei例li,如ru果guo采cai用yong上shang遊you斷duan路lu器qi進jin行xing保bao護hu的de話hua,饋kui電dian一yi般ban要yao使shi用yong3.0 mm2導線。如果在電機控製開關中采用PPTC器件,饋線規格可以縮小到0.8mm2,由壓降決定。
導線規格縮小又可以使用尺寸更小的端子、接口連接器和開關。此外,微調(微控)電路也可以在驅動電路中使用成本更低、功gong率lv更geng小xiao的de無wu保bao護hu晶jing體ti管guan。最zui終zhong大da大da節jie省sheng了le導dao線xian總zong成cheng及ji其qi相xiang關guan硬ying件jian的de成cheng本ben。使shi用yong小xiao規gui格ge導dao線xian減jian小xiao了le布bu線xian總zong成cheng線xian束shu的de尺chi寸cun,提ti高gao了le導dao線xian的de靈ling活huo性xing。改gai善shan了le布bu線xian總zong成cheng的de外wai觀guan。也ye減jian小xiao了le在zai車che輛liang中zhong安an裝zhuang導dao線xian需xu要yao的de外wai力li,因yin而er降jiang低di了le安an裝zhuang過guo程cheng中zhong造zao成cheng損sun壞huai
的可能性。以下實例說明了這種好處的實用性。
縮短了氣囊安全電路中的饋線長度
汽車安全氣囊是解釋對安全電路布線總成提出嚴格要求的最佳例證。這些裝置包括絞接信號線、專用電路接頭、連接器接口上的短路棒和冗餘饋線。
在zai典dian型xing的de集ji中zhong式shi線xian束shu保bao護hu方fang案an中zhong,氣qi囊nang裝zhuang置zhi中zhong的de饋kui線xian從cong點dian火huo開kai關guan到dao開kai關guan到dao熔rong斷duan器qi座zuo再zai到dao儀yi表biao麵mian板ban中zhong央yang的de氣qi囊nang控kong製zhi模mo塊kuai。而er分fen散san式shi保bao護hu方fang案an則ze可ke以yi合he理li地di把baPPTC器件布置在轉向柱底座上。這樣就可以讓饋線直接從點火開關連接到氣囊控製模塊。這種方式使饋線縮短了一米多。
減輕了拖車牽引燈電路的導線重量
野蠻使用、維wei護hu不bu一yi致zhi以yi及ji進jin水shui導dao致zhi的de短duan路lu和he過guo載zai使shi拖tuo車che牽qian引yin電dian路lu成cheng為wei一yi種zhong高gao風feng險xian應ying用yong。為wei了le提ti高gao可ke靠kao性xing,拖tuo車che牽qian引yin燈deng電dian路lu一yi般ban獨du立li使shi用yong一yi個ge熔rong斷duan器qi和he饋kui電dian線xian路lu。在zai這zhe種zhong設she計ji中zhong,所suo有you車che燈deng一yi般ban都dou通tong過guo安an裝zhuang在zai集ji中zhong熔rong斷duan器qi座zuo內nei的de單dan個ge熔rong斷duan器qi加jia以yi保bao護hu。
然而在分散式架構中,PolySwitch器件可以安裝在車燈總成、連接器或搭接塊上,有效減少了三個熔斷器、一個繼電器、三條長導線和相關的連接器。這種方案也簡化了製動、方向和危險模塊及開關的設計。圖5a和圖5b比較了傳統集中式設計和分散式保護設計,後者在每個對應的交彙節點上使用PolySwitch器件保護各車燈電路。

圖5a. 傳統的集中式保護方案圖

5b. 使用PolySwitch PPTC器件的分散式保護方案
通過使用分散式架構,當發生短路或過載時,由PolySwitch器件對車輛布線進行保護。當拖車與電源斷開後,PolySwitch器件會自動複位。與傳統電路保護手段不同,在發生瞬時過載時,這種設計不需要司機找出、更換燒毀的熔斷器。
除此以外,連接各車燈到交彙節點的導線隻需承載流向此車燈的電流——而er采cai用yong共gong用yong饋kui線xian及ji其qi熔rong斷duan器qi的de設she計ji就jiu必bi須xu承cheng載zai流liu向xiang所suo有you車che燈deng的de電dian流liu總zong和he。最zui重zhong要yao的de一yi點dian是shi,無wu論lun哪na個ge拖tuo車che牽qian引yin燈deng電dian路lu發fa生sheng過guo流liu故gu障zhang,受shou影ying響xiang的de隻zhi有you這zhe個ge電dian路lu,其qi他ta車che燈deng將jiang正zheng常chang工gong作zuo。
縮小了LED中置高位刹車燈電路的導線規格
發光二極管(LED)所具有的低功耗和設計靈活性使其在照明電路中的應用日益普及,包括中置高位刹車燈(CHMSL)。在這種應用中用LED取代白熾燈的好處在於,能使用小規格低電流導線方便地在車頂內襯和靠近鉸鏈處不容易彎曲的連接中輕鬆地進行布線,如圖6所示。采用PolySwitch器件和分散式架構保護LED CHMSL照明應用提高了設計靈活性,減少了導線數量和重量並提高了可靠性。

圖6. LED CHMSL應用中的分布式線束保護
結論
采用帶PPTC過流保護的分散式架構可以大大降低汽車設計重量。雖然分散式方法已經成熟多年,但直到能承載大電流的細導線近期具備可用性、新的行業激勵因素出現時才使得這種方法比之傳統熔斷保護技術的優勢凸顯出來。
在分散式線束保護方案中使用泰科電子的PolySwitch PPTC器件提供了許多重要的設計優勢。由於其功能可以恢複、低電阻特性、額定電泛,PolySwitch器件可以幫助汽車設計師減少導線長度和重量,同時提高設計靈活性和係統可靠性。
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