中心議題：

• 降低汽車重量設計
• 又不犧牲係統可靠性
• 與傳統的熔斷器保護集中架構進行比較

解決方案：

• 運用帶PolySwitch™ PPTC器件進行汽車線束保護

簡介
為了降低二氧化碳排放水平、提ti高gao燃ran料liao能neng效xiao，汽qi車che製zhi造zao企qi業ye如ru今jin正zheng在zai朝chao著zhe車che輛liang減jian重zhong這zhe一yi方fang向xiang積ji極ji努nu力li。因yin此ci
，設she計ji師shi們men也ye在zai不bu斷duan尋xun求qiu能neng幫bang助zhu他ta們men有you效xiao減jian輕qing線xian束shu重zhong量liang的de新xin技ji術shu和he設she計ji手shou段duan。為wei了le保bao持chi市shi場chang競jing爭zheng力li，汽qi車che製zhi造zao商shang還hai必bi須xu降jiang低di保bao修xiu成cheng本ben並bing改gai善shan用yong戶hu滿man意yi度du。所suo以yi，汽qi車che設she計ji師shi們men正zheng麵mian臨lin著zhe尋xun找zhao一yi條tiao新xin出chu路lu的de挑tiao戰zhan—既要減輕車重，又不能犧牲係統可靠性。

zhezhongxingyequshiyindaoshejirenyuanzhongxinhuigutamensuocaiyongdefangzhiyindaguzhangdianliuershousundeqichedianligongnengbaohufangfa。jinguanzaiguoliubaohushangshiyongfensanshixianshujishuhePPTC(聚合正溫度係數)器件具有明顯的重量優勢
，但許多廠家仍在使用傳統的熔斷保護技術
，導致線束重量難以減輕。

這份白皮書介紹了采用分散式架構和泰科電子PolySwitch器件保護汽車線束的巨大優勢
，並與傳統的熔斷器保護集中架構進行了比較。本文還介紹了PolySwitch器件的特性
，並提供了將這些器件用於分散式架構的具體應用實例，將促進開發更輕便、更靈活、更可靠的線束保護設計。

線束保護趨勢
雖然早在 990年代就推出了采用PPTC器件的分散式線束保護手段，但OEM采(cai)用(yong)這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)的(de)進(jin)展(zhan)十(shi)分(fen)緩(huan)慢(man)。事(shi)實(shi)上(shang)，隨(sui)著(zhe)現(xian)代(dai)車(che)輛(liang)應(ying)用(yong)中(zhong)電(dian)氣(qi)和(he)電(dian)子(zi)功(gong)能(neng)的(de)不(bu)斷(duan)增(zeng)加(jia)，汽(qi)車(che)布(bu)線(xian)係(xi)統(tong)已(yi)經(jing)變(bian)得(de)比(bi)以(yi)往(wang)任(ren)何(he)時(shi)候(hou)都(dou)要(yao)更(geng)龐(pang)大(da)、更沉重、也更複雜。

除了改變傳統設計方法的阻力之外，使用PPTC器件的好處一直被車輛中曆來使用的粗電線所製約。過去
，機械強度規定車輛中使用的最細電線為0.35 mm2 (22 AWG)，可以承載8- 0A電流。這一限製抵消了針對小電流信號電路(如<8A)使用PPTC器件的優勢。如今，新型導線材料工藝已經能做到讓直徑較小的導線承載較大的電流
，比如0. 3 mm2 (26 AWG)導線最大可承載5 A電流。如果配合PPTC分散式保護架構，這種進步將會帶來更多的重量節省。

一項針對中、高檔乘用車
、采用分散式架構和泰科電子PolySwitch器件的研究顯示，僅銅線一項就節省重量約50%。此外，由於采用了分散式架構，並用可複位PolySwitch器件替代熔斷器，係統可靠性和設計靈活性得到大大改善。

汽車線束保護
在汽車裏，電流通過分布在全車的各種主要和次要電線總成流向不同的電氣負載。對於 2 V電池係統來說
，電路一般在 4 V係統電壓下(多數卡車和公交車中是24 V電池係統，係統電壓為28 V)承載0. 0A到30A的電流。線束必須加以保護
，防止因災難性熱事件(如短路)而受損。

設計人員麵臨的難題是既要增加電路保護器件、duidianqixitongzhongdeqianzaiguozaitiaojianjinxingbaohu，tongshiyouyaojiangdizongchengbenhezhongliang。youyudianxingcheliangyibanhanyoushubaigedianluhechaoguoyigonglichangdedianxian
，fuzadebuxianxitongshichuantongdedianlushejishouduanxianrukunjing，binghuidaozhibubiyaodechaoanquanbiaozhunsheji。

傳統方法：集中式架構和熔斷器
如圖1a 所示，汽車布線係統的傳統保護方案過去采用的是集中和分布式多負載熔斷技術。在這種類型的集中(或稱為“星形”)jiagouzhong
，meizhonggongnengdouxuyaoyitiaodandudaoxian。ruguodangendaoxianzhichiduozhonggongneng
，namezhegendaoxianjiqirongduanqiyebixuchengzaisuoyouzhexiegongnengdedianliuzonghe。dangcongdianqizhongxinfachudedianluyuelaiyueduoshi，zaidanduyigejiexianhezhonganpaisuoyoudaoxiandechuruxianlubingjianggaijiexianhebuzhizaifangbiansijiweixiudeweizhi

，yijingbiandejihubudakenengle。yinci，xitongshejirenyuanzengjingsuzhuyuyixiejianshaolebufenzuizhongxiaoyongdexianshushejifangan
，ru：

1. 把負載組合在一個電路中，犧牲了導線規格優化和故障隔離
；

2. 以提高成本為代價
，把電氣中心布置在隻有經過培訓的專業維修人員才能接近的位置
；

3. 在各種功能係統之間來回布線
，增加了布線長度
、規格和成本。例如
，由於熔斷器必須便於維護，傳統的車門模塊可能要為車窗、門鎖
、LED和後視鏡功能提供單獨的電力饋線
，每條饋線都要在接線盒內用一個單獨的熔斷器進行保護。 cheliangdechuantongjizhongshibuxianbaohujiagouyikaoshuliangyouxiandedaguigerongduanqilaibaohugezhongdianlu，fangzhitamenyindadianliuguzhangtiaojianershousun。suiranrongduanqixiangduilaishuobugui

，danzuoweidanyiyongtuqijian，yidanshaohuijiubixugenghuan。zheyitexingyiweizherongduanqibixuanzhuangzaibianyujiechuderongduanqihenei—這一要求決定了係統架構並迫使封裝和係統布局作出讓步。熔斷器在相同的外形尺寸下也具有2A到30A的標稱額定電流，它們經常被替換成大於設計值的熔斷器或者跳出電路的熔斷器(當用在離域模塊中時)。

備選方法：使用PolySwitch器件的分散式架構
這是一種優化的線束保護方案
，它具有樹狀層次結構，主電力“幹線”分為若幹較小的“分支”，而在每個節點提供過流保護。這種架構允許使用規格更小、更節省空間的電線，從而降低了車重和成本。它還有助於改善係統保護並提供故障隔離，因此極大地提高了可靠性。圖1b給出了分散式架構的示意圖
，其中多個接線箱(用黃色表示)通過電源總線供電。每條從接線箱出來、接到電源、再到不同功能裝置的電線都可以用一個可複位的電路保護器件保護。圖2是局部分布式架構的一個簡化版本，其中每個接線箱要麼直接對一個模塊供電，要麼對另一個為外圍負載提供電力的節點模塊供電。
使用PolySwitch過流保護器件可以實現分散式電氣係統架構。鑒於汽車級器件的可用性和在繼電器上可以期待的可靠性，這些模塊可以開關(切換)並保護自身的輸出負載並安裝在不便維修的位置。

由於PolySwitch器qi件jian的de采cai用yong不bu再zai需xu要yao經jing過guo便bian於yu用yong戶hu接jie近jin的de中zhong央yang熔rong斷duan器qi座zuo進jin行xing配pei電dian布bu線xian，因yin此ci可ke以yi按an照zhao電dian源yuan與yu負fu載zai之zhi間jian最zui直zhi接jie的de路lu徑jing完wan成cheng布bu線xian。從cong而er縮suo短duan了le電dian線xian長chang度du，減jian小xiao了le電dian線xian規gui格ge，不bu僅jin節jie省sheng了le大da量liang空kong間jian、尺寸和成本
，也減少了車輛中使用的各種端子
、觸點、開關和電子驅動電路。此外
，分散式架構還可以減少所需的連接器和接線箱數量及尺寸。比如，通過在車門模塊中采用PolySwitch器件，可以使用一條電力饋線，節省了電線
，降低了成本和接線箱尺寸。

表1給出了與傳統熔斷保護技術相比
，采用分散式架構和PolySwitch器件所能節省的重量。（注意
，如前麵所述，本例中使用的最小電線規格為0.35 mm，而有些應用中可以使用規格更小的電線。）
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shiyongbuxuyaosijiweihudekefuweidianlubaohuqijianweishejirenyuantigongledaliangkedandushiyongyekezuheshiyongdejiejuefangan。weiyuyibiaomianbanzhongdedanyijiexianxiangkenengrengranyaoshiyong。yurongduanqibutongdeshi，weibianyugenghuan
，rongduanqibixuanzhuangzaijiexianxiangshangbu，erPPTC器件可以嵌入接線箱內或安裝在接線箱的其他表麵上
，從而減少了正麵的麵積需求，如圖3所示。

此ci外wai
，通tong過guo把ba保bao護hu器qi件jian靠kao近jin連lian接jie器qi擺bai放fang，可ke以yi縮suo短duan軌gui跡ji長chang度du
，接jie線xian箱xiang外wai觀guan尺chi寸cun也ye可ke以yi縮suo小xiao。也ye可ke以yi選xuan擇ze把ba接jie線xian箱xiang分fen成cheng若ruo幹gan較jiao小xiao的de單dan元yuan，並bing圍wei繞rao車che身shen重zhong新xin選xuan擇ze它ta們men的de位wei置zhi，而er不bu用yong考kao慮lv是shi否fou便bian於yu用yong戶hu接jie近jin。在zai這zhe種zhong情qing況kuang下xia
，PolySwitch器件可以幫助設計人員實現能更加嚴格地反映優化的樹形結構及其伴隨效益的電氣結構。

PolySwitch器件具有各種形狀係數，便於實現與接線箱或電器組件之間的各種接口方案。插裝式(通孔)器件和表麵安裝器件使其適合安裝在使用印刷電路板的熔斷器盒或模塊內。Strap器件則可以用於金屬電極連接。

新一代PolySwitch片pian式shi器qi件jian還hai可ke以yi象xiang插cha片pian式shi熔rong斷duan器qi或huo雙shuang金jin屬shu斷duan路lu器qi那na樣yang插cha入ru接jie線xian盒he內nei。雖sui然ran這zhe些xie器qi件jian可ke以yi自zi動dong複fu位wei，不bu需xu要yao用yong戶hu更geng換huan它ta們men，片pian式shi器qi件jian外wai形xing可ke以yi讓rang設she計ji人ren員yuan更geng換huan熔rong斷duan器qi或huo雙shuang金jin屬shu器qi件jian
，而er不bu用yong等deng待dai下xia一yi次ci重zhong新xin設she計ji接jie線xian盒he。

提高可靠性
除了節省重量和成本之外，電路保護器件的可靠性也是決定如何保護車輛電氣係統的關鍵因素之一。與熔斷器相比，PPTC器件具有明顯的優勢
，它們能夠耐受汽車環境中的各種過流事件—包擴諸如導線絕緣層磨損和連接器中接線端子鬆動等情況
，而不會造成器件燒毀或降級。

PolySwitch器(qi)件(jian)是(shi)用(yong)導(dao)電(dian)填(tian)料(liao)製(zhi)造(zao)的(de)，如(ru)炭(tan)黑(hei)
，可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)貫(guan)穿(chuan)器(qi)件(jian)的(de)導(dao)電(dian)通(tong)道(dao)。這(zhe)種(zhong)器(qi)件(jian)在(zai)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)條(tiao)件(jian)下(xia)具(ju)有(you)電(dian)阻(zu)較(jiao)低(di)的(de)特(te)性(xing)，而(er)當(dang)過(guo)多(duo)電(dian)流(liu)流(liu)經(jing)該(gai)器(qi)件(jian)時(shi)，其(qi)溫(wen)度(du)會(hui)升(sheng)高(gao)，晶(jing)體(ti)狀(zhuang)聚(ju)合(he)物(wu)會(hui)改(gai)變(bian)成(cheng)非(fei)晶(jing)態(tai)。

如圖4所suo示shi
，這zhe種zhong瞬shun態tai會hui造zao成cheng聚ju合he物wu膨peng脹zhang
，導dao電dian聚ju合he物wu內nei的de導dao電dian通tong路lu斷duan路lu。在zai故gu障zhang時shi間jian過guo程cheng中zhong，器qi件jian電dian阻zu一yi般ban會hui增zeng大da三san個ge數shu量liang級ji甚shen至zhi更geng高gao。升sheng高gao的de電dian阻zu有you助zhu於yu保bao護hu電dian路lu中zhong的de設she備bei
，方fang法fa是shi把ba故gu障zhang條tiao件jian下xia流liu動dong的de電dian流liu降jiang低di至zhi較jiao低di的de穩wen態tai水shui平ping。故gu障zhang被bei排pai除chu、電路重新加電前該器件將始終保持在鎖閉(高電阻)位置
；在這段時間內導電複合材料逐步冷卻並結晶，使PolySwitch器件恢複至低電阻狀態
，並使受到影響的設備恢複至正常工作狀態。


技術比較
由於熔斷器是單一用途器件，熱容量較低
，在某些應用中它們必須選擇“加大”規格
，或者規定升高的額定電流，以便防止“誤燒毀(nuisanceblow)”。與之相反的是，PPTC 器件的熱容量和跳閘溫度允許更密切地配合設備的損傷電流，因此縮短了較低電流故障事件中的激活時間。在某些配置中
，PPTC器件在指定故障電流下激活比熔斷器激活更快。

“誤燒毀(nuisance blow)”changchangshiyinweiyujidongshebeishangcunzaidetedingdianqiyuanjianyouguandeyongrudianliuerzaochengde。liru
，jianxiegongzuodedianjichangchangshejiweigongzuoyouxiandeyiduanshijian。yibanlaishuo
，yunxingzhezhongchanpindeshijianruguochaoguoleshejidezuidajixian，jiuhuizaochengduzhuan
、過熱最終直至失效。出現故障條件時仍保持通電，原因要麼是接觸不良，要麼就是用戶誤操作。為防止過熱，電路保護器件必須迅速“跳閘”—但不能比指定時間更短—以避免對用戶形成誤操作。

使用PPTCqijiandezhuyaoyoushizaiyu，nenggouguidinggaiqijiandetiaozhadianliudadadiyudianjidezhengchanggongzuodianliu

，dantiaozhashijianquekeyiguidingweiwanzhengxitonggongzuozhouqideshubei，congerfangzhiwutiaozha。

當接觸到超過係統工作電流的故障條件時，熔斷器會達到不需要的溫度，卻又不足以導致及時激活。與此相反的是，PPTC器件的激活速度相對較快
、溫度穩定，因此故障電流對其表麵溫度影響不大。

平均故障間隔時間(MTTF)是選擇電路保護器件的另一個重要考慮。MTTF與MTBF(平均無故障時間)的計算相同。其區別是MTBF是指可維修的係統，即一次維修到下一次故障之間的時間。而MTTF則用在無法維修的情況下
，如某個單一元件。

表2按照電信行業的可靠性預測標準Bellcore TR332比較了PolySwitch器件與其他電路保護器件的MTTF。

行業標準在設計車輛的電氣/ 電子係統中也扮演著重要角色。AEC-Q200——被動元件的應力測試標準
，包含了用於汽車環境的PPTC器(qi)件(jian)測(ce)試(shi)要(yao)求(qiu)。該(gai)試(shi)驗(yan)方(fang)案(an)包(bao)括(kuo)一(yi)係(xi)列(lie)電(dian)氣(qi)和(he)環(huan)境(jing)應(ying)力(li)測(ce)試(shi)
，要(yao)求(qiu)在(zai)每(mei)次(ci)受(shou)力(li)前(qian)後(hou)進(jin)行(xing)電(dian)氣(qi)驗(yan)證(zheng)。電(dian)氣(qi)驗(yan)證(zheng)試(shi)驗(yan)的(de)設(she)計(ji)目(mu)的(de)是(shi)核(he)查(zha)器(qi)件(jian)在(zai)三(san)種(zhong)溫(wen)度(du)下(xia)(-40℃、25℃和最高溫度)是否滿足電阻
、跳閘時間和維持電流的性能要求。

泰科電子的PolySwitchqijianjuyouqichehuanjingyaoqiudewenjiantexing，fuheyangedeceshichengxu
，zhexiechengxudingyileyingliceshiqianhoudexingnengjixian。yongyuqichedengjiqijianjiandingdetaikedianziPS400規範涵蓋了AEC-Q200標準
，並采納了各種ANSI
、ISO
、JEDEC、UL和軍方標準中規定的有關物理
、功能、環境
、電氣和機械要求。
應用PolySwitch器件和分散式架構
配電分散化為電氣及電子係統架構的創新提供了許多機遇。下麵列舉了若幹實例

，說明了可複位電路保護所起的作用。

縮小了直流電機和執行器的導線、端子、連接器及開關尺寸
由you於yu失shi速su電dian流liu較jiao高gao
，典dian型xing集ji中zhong式shi配pei置zhi中zhong的de電dian機ji電dian路lu一yi般ban通tong過guo大da規gui格ge斷duan路lu器qi或huo熔rong斷duan器qi加jia以yi保bao護hu。這zhe種zhong設she計ji必bi須xu使shi用yong規gui格ge更geng粗cu的de導dao線xian，因yin此ci接jie口kou引yin腳jiao和he連lian接jie器qi的de規gui格ge也ye必bi須xu較jiao大da。其qi結jie果guo就jiu是shi借jie口kou封feng裝zhuang麵mian積ji必bi須xu更geng大da，從cong而er帶dai來lai了le空kong間jian和he重zhong量liang問wen題ti。此ci外wai，由you於yu後hou門men車che窗chuang
、門鎖和後艙電動天線的電機距離其控製開關較遠，電機饋線可能又長又重。

與此相反
，分散式架構允許設計人員把PPTC器件安裝在控製電機的開關、繼電器或電子驅動電路上，實現了電路保護器件的合理分布。PPTC器qi件jian還hai限xian製zhi了le經jing饋kui線xian電dian路lu流liu向xiang受shou保bao護hu電dian機ji的de電dian流liu。這zhe樣yang就jiu可ke以yi大da大da縮suo小xiao饋kui線xian規gui格ge。以yi電dian動dong車che窗chuang為wei例li，如ru果guo采cai用yong上shang遊you斷duan路lu器qi進jin行xing保bao護hu的de話hua，饋kui電dian一yi般ban要yao使shi用yong3.0 mm2導線。如果在電機控製開關中采用PPTC器件
，饋線規格可以縮小到0.8mm2
，由壓降決定。

導線規格縮小又可以使用尺寸更小的端子
、接口連接器和開關。此外，微調(微控)電路也可以在驅動電路中使用成本更低、gonglvgengxiaodewubaohujingtiguan。zuizhongdadajieshengledaoxianzongchengjiqixiangguanyingjiandechengben。shiyongxiaoguigedaoxianjianxiaolebuxianzongchengxianshudechicun，tigaoledaoxiandelinghuoxing。gaishanlebuxianzongchengdewaiguan。yejianxiaolezaicheliangzhonganzhuangdaoxianxuyaodewaili，yinerjiangdileanzhuangguochengzhongzaochengsunhuai
的可能性。以下實例說明了這種好處的實用性。

縮短了氣囊安全電路中的饋線長度
汽車安全氣囊是解釋對安全電路布線總成提出嚴格要求的最佳例證。這些裝置包括絞接信號線、專用電路接頭
、連接器接口上的短路棒和冗餘饋線。

zaidianxingdejizhongshixianshubaohufanganzhong，qinangzhuangzhizhongdekuixiancongdianhuokaiguandaokaiguandaorongduanqizuozaidaoyibiaomianbanzhongyangdeqinangkongzhimokuai。erfensanshibaohufanganzekeyihelidibaPPTC器件布置在轉向柱底座上。這樣就可以讓饋線直接從點火開關連接到氣囊控製模塊。這種方式使饋線縮短了一米多。

減輕了拖車牽引燈電路的導線重量
野蠻使用、維(wei)護(hu)不(bu)一(yi)致(zhi)以(yi)及(ji)進(jin)水(shui)導(dao)致(zhi)的(de)短(duan)路(lu)和(he)過(guo)載(zai)使(shi)拖(tuo)車(che)牽(qian)引(yin)電(dian)路(lu)成(cheng)為(wei)一(yi)種(zhong)高(gao)風(feng)險(xian)應(ying)用(yong)。為(wei)了(le)提(ti)高(gao)可(ke)靠(kao)性(xing)
，拖(tuo)車(che)牽(qian)引(yin)燈(deng)電(dian)路(lu)一(yi)般(ban)獨(du)立(li)使(shi)用(yong)一(yi)個(ge)熔(rong)斷(duan)器(qi)和(he)饋(kui)電(dian)線(xian)路(lu)。在(zai)這(zhe)種(zhong)設(she)計(ji)中(zhong)
，所(suo)有(you)車(che)燈(deng)一(yi)般(ban)都(dou)通(tong)過(guo)安(an)裝(zhuang)在(zai)集(ji)中(zhong)熔(rong)斷(duan)器(qi)座(zuo)內(nei)的(de)單(dan)個(ge)熔(rong)斷(duan)器(qi)加(jia)以(yi)保(bao)護(hu)。
然而在分散式架構中
，PolySwitch器件可以安裝在車燈總成、連接器或搭接塊上，有效減少了三個熔斷器、一個繼電器、三條長導線和相關的連接器。這種方案也簡化了製動
、方向和危險模塊及開關的設計。圖5a和圖5b比較了傳統集中式設計和分散式保護設計，後者在每個對應的交彙節點上使用PolySwitch器件保護各車燈電路。
通過使用分散式架構，當發生短路或過載時
，由PolySwitch器件對車輛布線進行保護。當拖車與電源斷開後，PolySwitch器件會自動複位。與傳統電路保護手段不同，在發生瞬時過載時，這種設計不需要司機找出
、更換燒毀的熔斷器。

除此以外，連接各車燈到交彙節點的導線隻需承載流向此車燈的電流——ercaiyonggongyongkuixianjiqirongduanqideshejijiubixuchengzailiuxiangsuoyouchedengdedianliuzonghe。zuizhongyaodeyidianshi，wulunnagetuocheqianyindengdianlufashengguoliuguzhang，shouyingxiangdezhiyouzhegedianlu，qitachedengjiangzhengchanggongzuo。

縮小了LED中置高位刹車燈電路的導線規格
發光二極管(LED)所具有的低功耗和設計靈活性使其在照明電路中的應用日益普及，包括中置高位刹車燈(CHMSL)。在這種應用中用LED取代白熾燈的好處在於，能使用小規格低電流導線方便地在車頂內襯和靠近鉸鏈處不容易彎曲的連接中輕鬆地進行布線，如圖6所示。采用PolySwitch器件和分散式架構保護LED CHMSL照明應用提高了設計靈活性，減少了導線數量和重量並提高了可靠性。
結論
采用帶PPTC過流保護的分散式架構可以大大降低汽車設計重量。雖然分散式方法已經成熟多年，但直到能承載大電流的細導線近期具備可用性
、新的行業激勵因素出現時才使得這種方法比之傳統熔斷保護技術的優勢凸顯出來。

在分散式線束保護方案中使用泰科電子的PolySwitch PPTC器件提供了許多重要的設計優勢。由於其功能可以恢複、低電阻特性、額定電泛
，PolySwitch器件可以幫助汽車設計師減少導線長度和重量，同時提高設計靈活性和係統可靠性。