LVR的重要特性

在将LVR组件应用在线性变压器电路中时，组件的某些特性必须予以考虑。为应用选择最适当的组件需要理解如(图一)所示的温度引起的额定值降低特性。如图所示，环境温度在线升1度，平均保护电流额定值将下降约1％。这表明，在评估LVR组件的保持电流功能时，要考虑变压器的实际工作温度。

《图一 热递减曲线》

另一项要在设计中加以考虑的因素是动作时间。如(图二)所示，组件的典型动作时间取决于动作电流和组件的尺寸。

《图二 典型动作时间特性》

在将LVR组件结合到变压器组件中时，要对LVR组件进行选择，以确定该组件能在要求的电流水平和过热水平下进行动作。在选择某一应用中的LVR组件时，必须仔细考虑电流和变压器受热所产生的热量影响。

正温度系数热敏电阻（PPTC）组件的工作原理

正温度系数热敏电阻组件由半晶态的聚合物和导电性颗粒组成的导电性复合材料。在正常的工作温度下，其内的导电性颗粒在聚合物中形成低阻值的导电链路图(图三)。但是，当温度上升到组件的开关温度（TSw）以上时，不管其热量来自流经该组件的大电流，还是来自环境温度的上升，聚合物内的晶体都会发生融化，形成非晶体物质。在这个从晶相融化的过程中，其体积变大，造成导电性颗粒的分离，并导致组件阻抗呈大幅度非线性的增加。

《图三 正温度系数热敏电阻（PPTC）组件的晶体结构》

如(图四)所示，电阻值在一般情况下将增加三个或三个以上的数量级。电阻值上升后，有助于通过把故障下允许流过的电流减少到一个较低的稳态水平，保护电路中的设备。该组件将保持在锁定（高阻值）状态下，直至故障消除且电路电源断开，此时组件内导电成份冷却并重新结晶，将正温度系数热敏电阻（PPTC）部件恢复至低阻值状态下，而且电路和受影响的设备也恢复到正常的工作状态。

《图四 正温度系数热敏电阻（PPTC）的典型工作曲线》

安规要求

当通电设备或系统用于将线路电压变换至另一种电压或功率时，一般情况下至少要由一个管理机构（例如UL、CSA或TUV）来设定该变换电路或设备的安全技术要求和限值。在绝大多数应用中，在设计时间必须考虑一种以上的技术规范。以下就部分美国保险商实验室（UL）如何关联LVR组件在变压器保护中的应用。

UL1585－－第2级和第3级变压器标准

本标准覆盖了分别采用第2级或第3级电路进行设计的第2级和第3级变压器，电路等级的定义按照NEC ANSI/NFPA 70执行。这些变压器的使用目的在于连接实际为正弦波的电源。永久性连接的变压器额定值为600伏特或更低，而采用电缆或插头连接的变压器额定值为120伏特或更低。如果这些变压器没有通过其线圈的固定阻抗进行自我保护（即内部限流）以将电流输出值限定在一个最大值，则必须采用一个过电流保护组件来进行限制其最大功率。本标准不要求过电流保护组件内置到变压器内，但它要求所有未进行内部限流的第2级或第3级变压器必须包括过电流保护组件。此外，任何预计独自运行的变压器必须内置过电流保护装置。例如，对于采用交流电缆直接与线电源连接的的变压器来说，就可能需要内置一个过电流保护组件。

过电流保护组件必须在标准中所规定的状态下将电路开路（参见第28节表28.1；过电流保护组件的校准测试）。该表提供了开路的最大合格时间，这段时间取决于变压器的开路电压额定值和规定的二次回路电流，而且提供了在第2级和第3级不同试验条件下的可接受标准。

本标准明确规定了「过电流保护组件不应当为自动重新闭合型的组件」（第18.8节）。但这一规定并不适用于PolySwitch组件。标准中明确允许使用PolySwitch组件（参见第19节：“分离式电流限制阻抗”）。

本标准规定了最大输出电流和功率的技术要求（参见第27节）。非内部限流型变压器的最大功率要求最为直接地联系着那些使用LVR组件能够保护的应用场合。LVR组件可以用于协助变压器满足UL 1585标准的技术要求。这是一个有关变压器的标准，它设计测试的条件以确保变压器在规定的输出额定值下连续运行，而且这些测试条件绝大多数不涉及过电流组件。

本标准中所包括的测试中有一个示例，PolySwitch组件可以协助变压器满足超载发热的技术要求（参见第32节）。这项测试的目的在于确认变压器能否在不足以引发过电流保护设备动作的情况下，保持长期工作的能力，而且变压器不会产生火灾危险或触电危险。变压器满足了特定的温度上升的技术要求，且没有发生火灾或触电危险的迹象时，变压器就通过了这项测试（例如UL1585标准的表32.4）。针对这项测试，PolySwitch组件可能显示出超出其他技术的优势。如果将本组件整合到变压器中，其拥有的较低的动作温度有助于确保变压器的温度不会超过标准所规定的数值。

UL1310：第2级电源装置标准

这项标准适于连接到15A，额定120 VAC或240 VAC 的分支电路的直接插入型第2级电源装置，以及适用于连接15A或20A交流分支电路且对地电压为150伏或更低的电缆连接型第2级电源装置。在任何输出负载状态下，这些电源装置的输入功率不得超过660W。这些电源装置除了提供第2级电源水平，主要用于为低压电气设备提供电源。这项标准允许在初级端或次级端电路中采用PolySwitch组件进行保护（参见标准UL1310中的第9节）。

根据这项标准，如果第2级电源装置采用一台直流电源适配器进行供电，则不能依靠这台直流电源适配器中的任何过电流保护功能来为这台第2级电源装置本身提供过电流保护（参见第12.3节）。这台第2级电源装置本身必须采用某些特定的过电流保护措施，以满足标准中所规定的输出电流和电源试验的要求（参见第28节）。采用LVR组件通过限制输出电流和功率耗散，有助于这类非内部限制的第2级电源装置满足UL1310的要求。

结合LVR组件的过电流保护组件的电源装置必须通过一项耐久性测试（参见第33.2节）。在这项测试中，电源装置运行在最大输出电流负载下。这项测试的要求是外壳任何一处的温度上升不超过65℃。LVR组件在与变压器热耦合后，通过限制设备的温度上升，来协助电源装置满足这项技术要求。

第2级以外的电源装置标准UL1012

本标准包括输入额定值在600V以下的通用、便携、静止和固定的电源装置，而且至少有一项输出未标有第2级，并适用于NEC INNS/NFPA 70所定义的普通场合中。通用型电源，例如应用在家用电路、学校实验室和工业设备的电源均包括在本标准范围内。本标准也包括UL1564标准中不包括的蓄电池充电器。

本项标准规定过电流保护组件不得位于交流线路输入的接地（中性）侧（参见第22.5节）。因此，任何对LVR组件的应用均应当在交流输入的电源线路中。在变压器初级端所使用的用于保护次级端电路的LVR组件有助于在规定的负载下，满足有关动作时间方面的技术要求（参见第43A节表43A.1和第78节表78.1）。

UL1012标准的第24节主要针对交流输出的电路保护。PolySwitch组件可以应用在低于60VAC的输出或符合表29.1的直流输出的场合中。但是，在输出电流超过60VAC时，标准规定要求使用断路器或保险丝。

UL1411音频、无线电和视频类电器中所使用的变压器和电机变压器

本标准适用于上述应用中的变压器，即直接与交流供电电路连接的变压器。本标准中包括线性和开关型电源变压器。本标准还针对PolySwitch组件作为内置过电流保护组件的应用。位于变压器内部的LVR组件有助于变压器满足温度测试的要求，这项测试规定了在某些特定条件下变压器的温升最大值（参见示例，标准UL1411中第19节表19.1）。在这种联合式的过热／过电流保护应用中，在选择适当的组件时必须加以注意，以保证在不造成过热引发错误动作的条件下，满足过电流保护的要求。

对于第17.1a节中性能分类的变压器，由于规定其线圈阻抗具有内部限流功能，所以可能无需过电流保护组件。但是，这类变压器仍能从LVR组件的热性能中得到益处，有助于它们满足在第19、22和27.1节规定的温度技术要求。

UL697玩具变压器

本标准的技术要求包括设计用在被插入到电动玩具中的120V交流电路的变压器。这种变压器为降压隔离型变压器，具有较低的次级端电压。在使用这种变压器时往往会有粗心大意的情况可能使次级端端子之间发生短路。此外，对于玩具来说，任何符合第2级技术要求（UL1310）的变压器还必须满足本标准的技术要求。

与UL1310相类似，UL697标准中也表明，玩具变压器的初级端电源输入功率不得超过660瓦。再加上120V的限定电压要求，使绝大多数玩具应用的电流范围保持在LVR系列产品的范围内。

请注意，LVR组件应视为一个UL1434标准中的热敏电阻或热量传感器，而不是恒温器或热断路组件。

UL1077电气设备辅助保护器

本标准涉及已经在线路中提供了分支电路过电流保护的电器或其他电气设备的电路保护安全要求。分支电路保护的一个例子是，位于建筑物交流主电路进路与建筑物内电气接线之间的断路器柜。在这种情况下，断路器用于提供分支电路过电流保护功能。使用PolySwitch组件作为辅助性保护器的技术要求见第19节：过电路保护器；第20节：温度；第21节：超载试验；第22节：耐久性；第25节：短路。PolySwitch组件有助于设备满足这些章节中的技术要求，但针对非常特殊的应用所开发的特种设备不包括在内。LVR组件可直接用于本标准规定范围的设备中，其「额定电流」等于PolySwitch组件的保持电流，而“额定动作电流”等同于PolySwitch组件的动作电流。

结论

LVR组件目前能够为变压器初级端回路提供过电流和过热保护方案。这些组件具有能够在单一组件中同时提供过电流和过热保护功能。这有助于设备制造商通过减少部件的数量和供货商数量来降低成本。LVR系列正温度系数热敏电阻（PPTC）组件的自复式性能也给设备制造商带来益处，有助于降低维护和保修成本。这些优势是现有的单一用途保险丝所没有的。

（作者任职于泰科电子）