LVR的重要特性

在將LVR元件應用在線性變壓器電路中時，元件的某些特性必須予以考慮。為應用選擇最適當的元件需要理解如(圖一)所示的溫度引起的額定值降低特性。如圖所示，環境溫度線上升1度，平均保護電流額定值將下降約1％。這表明，在評估LVR元件的保持電流功能時，要考慮變壓器的實際工作溫度。

《圖一　熱遞減曲線》

另一項要在設計中加以考慮的因素是動作時間。如(圖二)所示，元件的典型動作時間取決於動作電流和元件的尺寸。

《圖二　典型動作時間特性》

在將LVR元件結合到變壓器元件中時，要對LVR元件進行選擇，以確定該元件能在要求的電流水平和過熱水準下進行動作。在選擇某一應用中的LVR元件時，必須仔細考慮電流和變壓器受熱所產生的熱量影響。

正溫度係數熱敏電阻（PPTC）元件的工作原理

正溫度係數熱敏電阻元件由半晶態的聚合物和導電性顆粒組成的導電性複合材料。在正常的工作溫度下，其內的導電性顆粒在聚合物中形成低阻值的導電鏈路圖(圖三)。但是，當溫度上升到元件的開關溫度（TSw）以上時，不管其熱量來自流經該元件的大電流，還是來自環境溫度的上升，聚合物內的晶體都會發生融化，形成非晶體物質。在這個從晶相融化的過程中，其體積變大，造成導電性顆粒的分離，並導致元件阻抗呈大幅度非線性的增加。

《圖三　正溫度係數熱敏電阻（PPTC）元件的晶體結構》

如(圖四)所示，電阻值在一般情況下將增加三個或三個以上的數量級。電阻值上升後，有助於通過把故障下允許流過的電流減少到一個較低的穩態水準，保護電路中的設備。該元件將保持在鎖定（高阻值）狀態下，直至故障消除且電路電源斷開，此時元件內導電成份冷卻並重新結晶，將正溫度係數熱敏電阻（PPTC）部件恢復至低阻值狀態下，而且電路和受影響的設備也恢復到正常的工作狀態。

《圖四　正溫度係數熱敏電阻（PPTC）的典型工作曲線》

安規要求

當通電設備或系統用於將線路電壓變換至另一種電壓或功率時，一般情況下至少要由一個管理機構（例如UL、CSA或TUV）來設定該變換電路或設備的安全技術要求和限值。在絕大多數應用中，在設計階段必須考慮一種以上的技術規範。以下就部分美國保險商實驗室（UL）如何關聯LVR元件在變壓器保護中的應用。

UL1585－－第2級和第3級變壓器標準

本標準覆蓋了分別採用第2級或第3級電路進行設計的第2級和第3級變壓器，電路等級的定義按照NEC ANSI/NFPA 70執行。這些變壓器的使用目的在於連接實際為正弦波的電源。永久性連接的變壓器額定值為600伏特或更低，而採用電纜或插頭連接的變壓器額定值為120伏特或更低。如果這些變壓器沒有通過其線圈的固定阻抗進行自我保護（即內部限流）以將電流輸出值限定在一個最大值，則必須採用一個過電流保護元件來進行限制其最大功率。本標準不要求過電流保護元件內置到變壓器內，但它要求所有未進行內部限流的第2級或第3級變壓器必須包括過電流保護元件。此外，任何預計獨自運行的變壓器必須內置過電流保護裝置。例如，對於採用交流電纜直接與線電源連接的的變壓器來說，就可能需要內置一個過電流保護元件。

過電流保護元件必須在標準中所規定的狀態下將電路開路（參見第28節表28.1；過電流保護元件的校準測試）。該表提供了開路的最大合格時間，這段時間取決於變壓器的開路電壓額定值和規定的二次回路電流，而且提供了在第2級和第3級不同試驗條件下的可接受標準。

本標準明確規定了「過電流保護元件不應當為自動重新閉合型的元件」（第18.8節）。但這一規定並不適用於PolySwitch元件。標準中明確允許使用PolySwitch元件（參見第19節：“分離式電流限制阻抗”）。

本標準規定了最大輸出電流和功率的技術要求（參見第27節）。非內部限流型變壓器的最大功率要求最為直接地聯繫著那些使用LVR元件能夠保護的應用場合。LVR元件可以用於協助變壓器滿足UL 1585標準的技術要求。這是一個有關變壓器的標準，它設計測試的條件以確保變壓器在規定的輸出額定值下連續運行，而且這些測試條件絕大多數不涉及過電流元件。

本標準中所包括的測試中有一個示例，PolySwitch元件可以協助變壓器滿足超載發熱的技術要求（參見第32節）。這項測試的目的在於確認變壓器能否在不足以引發過電流保護設備動作的情況下，保持長期工作的能力，而且變壓器不會產生火災危險或觸電危險。變壓器滿足了特定的溫度上升的技術要求，且沒有發生火災或觸電危險的跡象時，變壓器就通過了這項測試（例如UL1585標準的表32.4）。針對這項測試，PolySwitch元件可能顯示出超出其他技術的優勢。如果將本元件整合到變壓器中，其擁有的較低的動作溫度有助於確保變壓器的溫度不會超過標準所規定的數值。

UL1310：第2級電源裝置標準

這項標準適於連接到15A，額定120 VAC或240 VAC 的分支電路的直接插入型第2級電源裝置，以及適用於連接15A或20A交流分支電路且對地電壓為150伏或更低的電纜連接型第2級電源裝置。在任何輸出負載狀態下，這些電源裝置的輸入功率不得超過660W。這些電源裝置除了提供第2級電源水準，主要用於為低壓電氣設備提供電源。這項標準允許在初級端或次級端電路中採用PolySwitch元件進行保護（參見標準UL1310中的第9節）。

根據這項標準，如果第2級電源裝置採用一台直流電源適配器進行供電，則不能依靠這台直流電源適配器中的任何過電流保護功能來為這台第2級電源裝置本身提供過電流保護（參見第12.3節）。這台第2級電源裝置本身必須採用某些特定的過電流保護措施，以滿足標準中所規定的輸出電流和電源試驗的要求（參見第28節）。採用LVR元件通過限制輸出電流和功率耗散，有助於這類非內部限制的第2級電源裝置滿足UL1310的要求。

結合LVR元件的過電流保護元件的電源裝置必須通過一項耐久性測試（參見第33.2節）。在這項測試中，電源裝置運行在最大輸出電流負載下。這項測試的要求是外殼任何一處的溫度上升不超過65℃。LVR元件在與變壓器熱耦合後，通過限制設備的溫度上升，來協助電源裝置滿足這項技術要求。

第2級以外的電源裝置標準UL1012

本標準包括輸入額定值在600V以下的通用、便攜、靜止和固定的電源裝置，而且至少有一項輸出未標有第2級，並適用於NEC INNS/NFPA 70所定義的普通場合中。通用型電源，例如應用在家用電路、學校實驗室和工業設備的電源均包括在本標準範圍內。本標準也包括UL1564標準中不包括的蓄電池充電器。

本項標準規定過電流保護元件不得位於交流線路輸入的接地（中性）側（參見第22.5節）。因此，任何對LVR元件的應用均應當在交流輸入的電源線路中。在變壓器初級端所使用的用於保護次級端電路的LVR元件有助於在規定的負載下，滿足有關動作時間方面的技術要求（參見第43A節表43A.1和第78節表78.1）。

UL1012標準的第24節主要針對交流輸出的電路保護。PolySwitch元件可以應用在低於60VAC的輸出或符合表29.1的直流輸出的場合中。但是，在輸出電流超過60VAC時，標準規定要求使用斷路器或保險絲。

UL1411音頻、無線電和視頻類電器中所使用的變壓器和電機變壓器

本標準適用於上述應用中的變壓器，即直接與交流供電電路連接的變壓器。本標準中包括線性和開關型電源變壓器。本標準還針對PolySwitch元件作為內置過電流保護元件的應用。位於變壓器內部的LVR元件有助於變壓器滿足溫度測試的要求，這項測試規定了在某些特定條件下變壓器的溫升最大值（參見示例，標準UL1411中第19節表19.1）。在這種聯合式的過熱／過電流保護應用中，在選擇適當的元件時必須加以注意，以保證在不造成過熱引發錯誤動作的條件下，滿足過電流保護的要求。

對於第17.1a節中性能分類的變壓器，由於規定其線圈阻抗具有內部限流功能，所以可能無需過電流保護元件。但是，這類變壓器仍能從LVR元件的熱性能中得到益處，有助於它們滿足在第19、22和27.1節規定的溫度技術要求。

UL697玩具變壓器

本標準的技術要求包括設計用在被插入到電動玩具中的120V交流電路的變壓器。這種變壓器為降壓隔離型變壓器，具有較低的次級端電壓。在使用這種變壓器時往往會有粗心大意的情況可能使次級端端子之間發生短路。此外，對於玩具來說，任何符合第2級技術要求（UL1310）的變壓器還必須滿足本標準的技術要求。

與UL1310相類似，UL697標準中也表明，玩具變壓器的初級端電源輸入功率不得超過660瓦。再加上120V的限定電壓要求，使絕大多數玩具應用的電流範圍保持在LVR系列產品的範圍內。

請注意，LVR元件應視為一個UL1434標準中的熱敏電阻或熱量感測器，而不是恒溫器或熱斷路元件。

UL1077電氣設備輔助保護器

本標準涉及已經在線路中提供了分支電路過電流保護的電器或其他電氣設備的電路保護安全要求。分支電路保護的一個例子是，位於建築物交流主電路進路與建築物內電氣接線之間的斷路器櫃。在這種情況下，斷路器用於提供分支電路過電流保護功能。使用PolySwitch元件作為輔助性保護器的技術要求見第19節：過電路保護器；第20節：溫度；第21節：超載試驗；第22節：耐久性；第25節：短路。PolySwitch元件有助於設備滿足這些章節中的技術要求，但針對非常特殊的應用所開發的特種設備不包括在內。LVR元件可直接用於本標準規定範圍的設備中，其「額定電流」等於PolySwitch元件的保持電流，而“額定動作電流”等同於PolySwitch元件的動作電流。

結論

LVR元件目前能夠為變壓器初級端回路提供過電流和過熱保護方案。這些元件具有能夠在單一元件中同時提供過電流和過熱保護功能。這有助於設備製造商通過減少部件的數量和供應商數量來降低成本。LVR系列正溫度係數熱敏電阻（PPTC）元件的自復式性能也給設備製造商帶來益處，有助於降低維護和保修成本。這些優勢是現有的單一用途保險絲所沒有的。

（作者任職於泰科電子）