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楼宇自动化的电路保护解决方案

戴泰初?? TE电路保护 (TE Circuit Protection)?? 2015年10月14日 ?? 收藏0
楼宇自动化控制采用的是计算机集散控制,它的分散控制器通常采用直接数字控制器( DDC),利用上位计算机进行画面的监控和管理。楼宇自动化大体上包括:空调与通风监控系统、给排水监控系统、照明监控系统、电力供应监控系统、电梯运行监控系统、综合保安系统、安防监控系统和结构化综合布线系统等。

在楼宇自动化的上述这些应用中,都需要可靠的电路来保护这些系统,本文以安防监控系统和中央空调系统为例简述电路保护的重要性。

首先简述楼宇自动化的空调系统的保护,在楼宇的中央空调上都有线控板,也就是调节温度的面板,线控板和中央空调的主机有电路连接,它可以自主的调节空调温度,线控器可以把模式、温度、风速等信号传给主控板,并控制风阀。由于线控板结构紧凑,里面有很多电线,当空调有故障需要维修的时候,需要维修人员在线进行检测和维修,而且很多情况下有可能不能断电就需要检修,如果维修人员在线调试时如果不小心接错了电线,就极可能导致线路短路,这就会造成空调系统的损坏。这就要求楼宇自动化的空调系统需要可靠地电路保护,而且这个电路保护是可恢复的,当故障解除后,保护器件能自动的恢复成初始状态。 TE公司电路保护部门的PolySwitch PPTC(Polymeric Positive Temperature Coefficient 聚合物正温度系数电阻,下面简称PPTC)就是这样一个可以在故障时起保护作用,当故障排除又可以恢复的电阻。传统的保险丝,虽然也可以在故障条件下限制危险的大电流流过,但是它是一次性的。PolySwitch是可重复使用的,它使用简单,可靠性高,大大地降低了空调生产厂家的维修成本。

下面简单介绍TE公司的PPTC,PPTC电阻是由半晶状聚合物和导电微粒复合而成。在正常温度下,导电微粒在聚合物中构成低电阻的网格(如图1所示)。然而,不论因为通过器件的电流升高或者因为环境温度升高,当温度升高至器件的开关温度(TSw)时,聚合物内的晶状体将熔化并变成非晶状。而在晶状体的熔化过程中其体积将增加并分离了导电粒子,从而导致器件电阻非线性的增加。当故障解除,其又会自动恢复成结晶状,电阻降低到说明书规定的范围内。

图1   PolySwitch  PPTC 器件工作原理简介
图1 PolySwitch PPTC 器件工作原理简介

下面简述楼宇自动化的安防监控系统的保护,安防监控设备在实际应用中,会经常地遭受过压事件,如果没有有效的保护,那么安防监控设备就会损坏。本文所指的过压事件包括Lightning surge感应雷击事件和电压错接造成的长时间过压事件。感应雷击事件指的是,由于雷击发生时在电源中感应的电流浪涌引起的过压事件,安防监控设备常常会受到感应雷的影响,关于感应雷击事件,在国际标准IEC61000-4-5上有详细的阐述,这就要求楼宇自动化的安防监控系统也能符合IEC61000-4-5的要求。在安防监控系统,通常要求为能通过共模的感应雷击浪涌测试,感应雷击的内阻为12欧姆,浪涌电压通常为能通过2000V测试。电压错接造成的长时间过压事件则是指DC 12V的输入电源被误接成AC 24V造成的过压,由于安防监控领域常用的电压有直流 DC 12V和交流 AC 24V,在DC 12V输入电源的安防监控设备系统中,如果在实验室和现场调试维修过程中,很容易将DC 12V误接成交流 AC 24V,这时如果没有有效地电路保护,监控设备里的半导体器件和TVS器件就会承受过压而损坏。

TE公司电路保护部门推出的PolyZen就是一种可以有效保护上述所讲的感应雷击事件和输入电源误接两种故障模式的器件。图2是TE公司的PolyZen器件的内部示意图。它内部集成了TVS二极管过压保护元件,能够和内部的PPTC过流保护元件起协同保护作用。在出现持续的高功率状态时, 器件中的PPTC元件由于温度升高会从低电阻状态转变为高电阻状态,从而限制了电流并产生压降,有效地保护TVS二极管和接在它后面的电子电路,有效地增强了TVS的功率处理能力。对于12V输入的 安防视频监控产品,TE电路保护部专门为安防监控研发出嵌位电压大约为为17.5V,电流1.3A的ZEN150V130A15YML7B。此PolyZen尺寸为3.2mm x 2.5mm x 1.3mm,它的占用面积仅仅是TE已往PolyZen产品 (4 x4 x1.7mm)的一半左右,而且外围不需要外接任何其他器件,使得开发应用非常的方便,适合安防视频监控产品对体积严苛要求的发展方向。经测试该PolyZen产品可以完全满足2000V的感应雷击事件以及输入电源误接事件的保护要求。除此上述两种保护功能之外,该PolyZen器件还具有过流保护,过热保护,电源偏置保护,ESD保护等功能,给客户带来全面的可靠保护。

图2   PolyZen产品内部示意图
图2 PolyZen产品内部示意图

在楼宇自动化的其他领域比如照明监控系统、电力供应监控系统、电梯运行监控系统等,都需要可恢复的过流保护器件或者过流过压综合保护器件来进行可靠地保护。


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