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金瑞电子（JK）电子镇流器异常保护电路_pptc自恢复保险丝-高分子PTC热敏电阻的应用方案

来源：金瑞电子

2018-08-29

类别：LED应用

395

拍明

原标题：电子镇流器异常保护电路_自恢复保险丝-高分子 PTC热敏电阻的应用

一、电子镇流器的异常保护问题

电子镇流荧光灯作为一种公认的绿色照明产品，较之普通电感镇流荧光灯具有光效高、无频闪、节能效果显著等诸多明显优势;但部分电子镇流器也有故障率较高的缺点，对终端客户而言，电子镇流器成了一种高成本的(相对电感镇流器而言)一次性产品。

通过我们的研究发现，产生上述问题的主要原因之一是部分电子镇流器制造商由于各种原因没有针对电子镇流器的异常状态采取可靠的保护措施，从而使电子镇流器随灯管寿命的完结而报废。

我们知道，电子镇流器的基本工作原理如下图所示：

电子镇流器的基本工作原理.png

正常情况下，电子镇流器通电后逆变器连同电感 L、灯丝 1、电容、灯丝 2 组成串联谐振电路，在一定时间内电容两端产生高压，这一高电压引起荧光灯弧光放电使荧光灯启动，然后谐振电路失谐，日光灯进入稳定的点燃状态。

当出现灯管老化或者灯管漏气等异常状态时，荧光灯不能正常启动，上面的电路一直处于谐振状态(除非灯丝烧断或电子镇流器损坏)，逆变器输出的电流不断增大，通常这个电流会升高到正常电流的 3 到 5 倍。如果这时不采取有效的保护措施，会造成极大危害。首先，过大的电流会导致逆变器中作为开关的三极管或场效应管及其它外围部件因过载而烧毁，甚至引起冒烟、爆裂等事故。同时，灯脚对地线或中线会形成长时间的极高电压，对于 20W、 36W、40W 及其它大部分国标/非标灯的电子镇流器，这一电压往往会达到一千伏或更高，这不仅为国标 GB15143 所严格禁止，而且也会危及人身、财产安全。

GB15143-94“11、14”及GB15144-94“5.13”部分对电子整流器的异常状态试验包括：灯开路、阴极损坏、去激活、整流效应等，同时规定电子镇流器在经过上述试验后不得发生安全性故障并能够正常工作。

二、电子镇流器异常状态保护方案：

目前，电子镇流器采用比较多的保护措施有以下几种：

1. 在交流输入电路中串接玻璃管保险丝。在这个位置上串接保险丝会使一些人误认为会起到过流或过载保护的作用;而实际上这样的保护方式一般不会在灯丝去激活等过载条件下提供保护，它往往在开关器件击穿后才会熔断，不能起到真正意义

上的异常状态保护作用。

2. 在整流输出回路上采用以可控硅、双极型晶体管或场效应管为核心的保护电路。这种电子电路保护方式的最大优点是保护时间短，但同时存在着以下一些缺点：一、容易发生误保护：如果由于某种原因，在可控硅的触发端形成即使极短的尖脉冲

也会导致逆变器停止工作，从而导致灯熄灭。二、设计与调试工作比较烦琐：一般情况下，这种保护线路会有包括电阻、电容、脉冲变压器次级线圈在内的至少 6 只电子元件，同时使用这么多元件加之可控硅等有源器件的离散性及温漂等问题将增加调试工作的困难，进而对生产效率造成影响。三、这种保护方式同时还存在成本较高、占用PCB空间较大等缺点，这也是令众多电子镇流器制造商头疼的问题。

3. 在谐振回路即谐振电容旁边串接自恢复高分子 PTC 热敏电阻。图 2 是利用高分子PTC 热敏电阻对电子镇流器实行异常保护的电路原理图。

当灯管正常时，电子镇流器接通电源后，电感、电容和PTC 热敏电阻组成的谐振电路使荧光灯正常启动工作。如果灯管因灯丝老化或漏气等原因而去激活时，PTC 热敏电阻会在数秒钟内动作，迫使LC 串联谐振电路停振，从而切断高压，同时保护了逆变器中的开关器件。

利用高分子PTC 热敏电阻对电子镇流器实行异常保护的电路原理图。.png

该保护方式的优点，目前已经被很多电子镇流器制造商所认识，我司开发出 JK130系列电子镇流器专用 PTC热敏电阻即使 70℃的高温环境下仍然能保持日光灯正常工作，同时在室温的条件下也能保证良好的保护特性;另一方面，即使经过多次或长时间提供保护后，PTC 仍然可以保持性能十分稳定。

4.JK130系列PTC 在双灯/多灯电子镇流器中的应用：

通常，可控硅等电子电路保护方式下，当双/多灯中的一只灯去激活时，将导致整个镇流器停止工作，从而使即便正常的荧光灯同时熄灭，这往往是令人不安的。而采用JK130热敏电阻就使得这一问题迎刃而解。我们可以通过下面的电路作一个说明。

假设荧光灯1去激活，则PTC1动作，灯1的灯丝电流接近为0;但其它荧光灯的工作不会受到影响。.png

上图中，假设荧光灯1去激活，则PTC1动作，灯1的灯丝电流接近为0;但其它荧光灯的工作不会受到影响。这样，用户就不必为到底是哪只灯寿命终了或者是镇流器损坏这样的问题而困扰。

从上面的应用实例可知，JK130系列热敏电阻具有以下明显优点：

1〕便于制造商简化电路设计，特别是为双灯、多灯保护提供更加简便、可靠的设计方案。

2〕降低调试、组装方面的烦琐程度，有利于提高生产效率。

3〕具有良好、全面、稳定的高、低温性能。

4〕降低成本、节省 PCB 空间。

该系列自恢复保险丝可适用于各种国标/非标直管荧光灯、环形荧光灯和 U形灯等。

微型电动机过载保护方案：

微型电动机的线圈通常是由很细的铜丝绕成，耐电流的能力较差。当电机负载较大或电机卡住时，流过线圈的电流会快速增加，同时电机温度急剧升高，铜丝绕阻极易被烧毁。如果能够在电动机线圈中串接本公司的高分子 PTC 热敏电阻，则会在电机过载时提供及时的保护功能，避免电机被烧毁。通常的保护电路如图。热敏电阻通常被至于线圈的附近，这样热敏电阻更易于感受温度，使保护更加迅速有效。用于初级保护的热敏电阻通常选用耐压等级较高的 JK250 型热敏电阻，用于次级保护的热敏电阻通常选用耐压等级较低的JK60、 JK30、JK16及表面贴装JK-SMD系列产品。

微型电动机过载保护方案.png

JK产品：https://www.iczoom.com/brand/885-c-1-20.html

JK产品特性

应用原理

传统保险丝作为过流保护，仅能保护一次，烧断了就需更换。而作为新型过流保护元件的可恢复保险丝具有过流保护，自动复原双重功能：

过流保护 JKPPTC元件串接在电路中，正常情况下，呈低阻状态，保证电路正常工作;当电路发生短路或窜入异常大电流时，JKPPTC元件的自热使其阻抗增加把电流限制到足够小，起到过电流保护作用。

自动复原当产生过电流的故障得到排除，JKPPTC元件自动复原到低阻状态。这既避免了维护更换，也避免了可能引起电路损坏的持续循环的开闭状态。JKPPTC可恢复保险丝具有过流保护，自动复原双重功能的原因是由于其特殊的构造。JKPPTC可恢复保险丝是又高分子聚合物及导电材料等混合制成。正常情况下，导电材料通过聚合物材料构成三维导电通道，JKPPTC阻值很小;当有异常大电流通过时，JKPPTC元件温度迅速上升，聚合物材料随即膨胀，使得导电通道断开，引起阻抗剧增，通过的电流变小，电路如同断开，达到保护目的。当异常大电流消失后，JKPPTC的自热不足以维持其高阻状态，其阻抗又恢复到低阻状态。与传统保险丝相比，具有可自复，体积小，更坚实的优点。

动作原理

JKPPTC可恢复保险丝的动作原理是一种能量的动态平衡，流过JKPPTC元件的电流由于JKPPTC的关系产生热量，产生的热全部或部分散发到环境中，而没有散发出去的热便会提高JKPPTC元件的温度。

正常工作时的温度较低，产生的热和散发的热达到平衡。JKPPTC元件处于低阻状态，JKPPTC不动作，当流过JKPPTC元件的电流增加或环境温度升高，但如果达到产生的热和散发的热的平衡时，JKPPTC仍不动作。当电流或环境温度再提高时，JKPPTC会达到较高的温度。若此时电流或环境温度继续再增加，产生的热量会大于散发出去的热量，使得JKPPTC元件温度骤增，在此阶段，很小的温度变化会造成阻值的大幅提高，这时JKPPTC 元件处于高阻保护状态，阻抗的增加限制了电流，电流在很短时间内急剧下降，从而保护电路设备免受损坏，只要施加的电压所产生的热量足够JKPPTC元件散发出的热量，处于变化状态下JKPPTC元件便可以一直处于动作状态(高阻)。当施加的电压消失时，JKPPTC便可以自动恢复了。

恢复时间特性

在JKPPTC元件过电流条件消失后的几秒内，JKPPTC元件的温度很快下降，JKPPTC元件便很快恢复到其低阻状态。

环境温度的影响

1、环境温度的提高在超过25°C时便会使通过可恢复保险丝的电流递减。

2、环境温度20°C时线路上的电流100%通过可恢复保险丝，但若有超过两倍以上额定电流产生时，可恢复保险丝便会动作。

3、环境温度越高，通过的电流越大，则动作的时间会越短。环境温度与电流值折减率如下表所示：

规格	-20°C	-0°C	20°C	30°C	40°C	50°C	60°C	70°C	85°C
JK16 系列	132%	120%	105%	96%	88%	80%	71%	61%	47%
JK60 系列	136%	119%	100%	90%	81%	72%	63%	54%	40%
JK30 系列	130%	115%	100%	91%	83%	77%	68%	61%	52%
JK6 系列	130%	115%	115%	91%	83%	77%	68%	61%	52%
JK250 系列	132%	117%	100%	91%	85%	77%	68%	61%	48%
JK600 系列	138%	119%	100%	92%	83%	73%	64%	55%	42%