图3 PolySwitch（PSW）聚合物PTC的结构图

PolySwitch的工作原理如图4所示。图4中的点1温度较低，产生的热和散发的热达到平衡。但是，当电路中流过较大的电流或产生过多的热时，使PolySwitch元件的温度升高，不过，若电流或环境温度增加不显著，PolySwitch元件产生的热可以散发到外部环境中，从而在点2达到平衡。当电流或环境温度再增加时，PolySwitch元件的温度会再达到一个更高的温度，如图3中的点3，此时如果电流或环境温度再进一步增加，PolySwitch元件产生的热量大于散发出去的热量，使得其温度迅速增高。在这个阶段，很小的温度变化就会产生很大的阻值变化，这一现象可从图3中的点3到点4之间的变化看出。这时PolySwitch元件处于保护动作状态，其阻值升高限制了通过电路中的电流，从而实现过电流保护功能。当温度回降到正常温度时，PolySwitch元件又回到低电阻状态。

图4 PPTC的温度与阻值变化曲线

图5表示PPTC元件过电流/过温度后，当过电流/过温度故障消除后，PPTC元件阻值的恢复曲线。可见即使若干小时后，PPTC元件的阻值仍然大于初始阻值，电阻的减降将需持续一段较长的时间，最终电阻才会接近初始电阻，这个时间可能是几天、几个月或更久。但是，在实际应用中，要使PPTC元件的阻值恢复到初始值是不现实的。所以在选用PPTC元件时，在决定PPTC的保持电流时就应考虑PPTC元件动作后并恢复1小时后的初始电阻RImax这个参数。

图5 PPTC的阻值恢复曲线

6 过电流/过电压综合保护模组

在以往，单个元件一直是电路保护中的主角，但是随着电子产品技术和需求的发展，融合两种或更多技术、材料的综合保护器件或模组将会越来越多。

PolyZen产品是PPTC和半导体材料融合的一个成功案例。PolyZen微型集成模块元件内置了一个稳压齐纳二极管和一个非线性PPTC电阻层，为采用圆桶形插口作为直流电源输入的便携设备提供过电流/过电压综合保护，避免由于感应电压尖峰、电压瞬变、不正确电源和极性接反所导致的损坏现象。美国泰科电子公司瑞侃电路保护产品部的PolyZen微型集成保护模块可用于硬盘驱动器、便携电子设备、计算机和汽车电子等应用场合。它具有耐受能量大、电压钳位稳定度高的特点，可用于不正确的电源电压、电压的瞬态过高和极性反转保护的应用场合；同时具有过热、过流保护功能。

与PolyZen类似，融合PPTC和MOV(金属氧化物压敏电阻)器件的2Pro单片过电压/过电流保护器，具有体积小、电力线搭碰/感应测试后自动恢复和有助于防护电路过电压的优点。可用于VoIP网关、无线电话、传真机、机顶盒、低成本电信系统和客户端设备的过电压/过电流保护应用场合。

通信设备电路保护实例

采用GDT和SiBar的电信设备两级协同保护电路工作原理图如图6所示。在图6所示的保护电路中，首先采用了GDT作为第一级过电压保护，将来自电信线的过电压干扰信号加以抑制，这些干扰信号可能是雷电干扰信号或由大功率设备开关机而引入的开关机浪涌高幅值脉冲干扰信号。由于GDT的响应速度相对较慢，为了提高保护效果，又采用了响应速度很快的折返式可控硅浪涌电压过电压保护器件SiBar作为第二级过电压保护。两级过电压器件间的线电阻提供耦合，与两级过电压器件一起构成两级协同过电压保护，从而确保被保护电信设备免受雷击浪涌侵害。

图6 采用GDT和SiBar的电信设备双重协同保护电路工作原理图

在图7所示的电信设备三重协同保护电路中，采用了GDT作为第一级过电压保护，其后串联了PolySwitch过电流保护器件，第二级过电压保护则采用了响应速度很快的折返式可控硅浪涌电压过电压保护器件SiBar。采用三重协同过电压/过电流保护，既可以确保被保护电信设备免受雷击浪涌侵害，又可以保护电信设备因电力线感应或电力线搭碰造成的损坏。

图7 采用GDT、PolySwitch和SiBar的电信设备三重协同保护电路工作原理图

很多设备都可以使用该种保护电路。例如，为传真机供电的220V电源及接入传真机的电话线应有避雷装置，可以采用图6所示的两级过电压协同保护电路；如果对传真机的保护功能要求更高，则可以采用图7所示的三级过电压/过电流协同保护电路，在有雷电进入的情况下可以避雷，确保传真机可靠工作。

如果在图6、图7的基础上再添加一级欠电压保护功能，则可以在市电电压下，实现传真机的过电压和欠电压保护。当传真机的供电超过260V或低于170V时自动断开供电电源，完成过电压和欠电压保护，这对那些供电电压不稳定地区的传真机使用有很大的好处。

再如，移动通信基站一般都安装在建筑物上或较高位置上，位于很容易受到严重雷击和浪涌电流损坏的户外环境中。浪涌电流会导致基站无法正常工作，更为严重的是，如果对浪涌电流不加以阻止，任其到达手机基站电子系统的线路和电子部件内部，将有可能损坏基站设备，严重时有可能导致火灾危险。对于这种应用场合，不但需要保护基站的信号线路，还要保护基站的电源、在配电箱内安装防电浪涌保护装置。如果有必要，还应当增加过流、过热和EMI等保护，进一步完善保护功能。

结语

由于使用环境的苛刻，以及对系统稳定性和可靠性的要求，电信系统需要采用多重保护。系统中的设备应当根据具体的应用环境和设备的特点选用适当的保护元件构成满足系统保护要求的解决方案。依据相应的标准设计合理的保护电路、选用品质优良的适用元件，是保证通信设备安全的牢固基石。