中心議題:

• 如何設計一個高可靠性的馬達係統
• 討論小家電中中馬達堵轉的保護問題

解決方案:

• 以多功能豆漿機馬達堵轉保護實例來解決問題
• LVR PPTC和功率電阻集成可以滿足馬達的保護

muqianxiaojiadianyijingjinrulezhongguodeqianjiawanhu

，danshiyouyuxiaojiadianxinghaohepinpaizhongduo
，chanpinzhiliangcanchabuqi，tongshizaihenchangyiduanshijianyilai，henduoxiaojiadianyezhengshichuyumeiyouzhuanmendeguojiabiaozhunkeyizunxundezhuangtai。xinghaoguojiayijingyishidaolezhegewenti，henduoxiaojiadianxingyeyijingzaiqicaoguojiabiaozhun

，zheyangjiuhuitongyigegechangjiazidingdeqiyebiaozhun


，youliyuxiaojiadianxingyedejiankangfazhan，xiaojiadiandezhiliangwentiyejiubeitishangleyishiricheng
，shengchangaokekaoxingdexiaojiadianyechengweigegechangjiademubiao。xiaojiadianzhonghuishiyongdaomadadeyoudoujiangji、食物料理機、榨汁機、攪拌機、絞jiao肉rou機ji，打da漿jiang機ji
，咖ka啡fei機ji等deng，馬ma達da在zai這zhe些xie小xiao家jia電dian中zhong是shi非fei常chang關guan鍵jian的de設she備bei，如ru何he設she計ji一yi個ge高gao可ke靠kao性xing的de馬ma達da係xi統tong是shi判pan斷duan這zhe些xie小xiao家jia電dian質zhi量liang的de一yi個ge很hen重zhong要yao的de指zhi標biao
，本ben文wen正zheng是shi討tao論lun小xiao家jia電dian中zhong會hui經jing常chang碰peng到dao的de馬ma達da堵du轉zhuan的de保bao護hu問wen題ti。

TE LVR係列PPTC產品介紹

TE connectivity是全球最大的無源器件專業提供商
，同時也是全球最大的電路保護器件專業供應商，它是PPTC高分子材料正溫度係數電阻的發明者，其過流過壓保護器件廣泛應用於消費電子、IT、通信、工業

、汽車等多個領域。在過流保護方麵，泰科電子提供PolySwith自複式元件，在過壓保護方麵，泰科電子提供GDT氣體放電管和PESD/SESD靜電保護元件，此外，泰科電子還提供綜合保護元件2Pro和Polyzen，MHP
，RTP等眾多產品。

TE connectivity有眾多的PPTC型號可供用戶選擇，LVR係列可複位電路保護器件
，是專門用於防止商用和家用電器中使用的馬達和變壓器因過載、過熱、堵轉、零線故障和其它潛在因素導致的損壞的器件，PPTC的初始小電阻值在馬達正常工作時不影響馬達的工作
，當PPTC在馬達過載或者堵轉的時候電阻迅速增加

，以降低過載電流保護馬達，當故障消除以後PPTC又可以恢複正常電阻讓馬達正常工作。TE connectivity LVR係列產品包括了多種額定值為120 VAC和240 VAC線電壓等級產品，這些產品阻抗低、動作時間快、體積小並具備可複位功能，有助於電路設計者推出安全和可靠性良好的產品，並且減少了保修期內的修理費用。

與一次性使用的保險絲不同，PPTCqijianwuxuzaifashengguzhanghoujinxinggenghuan。zaiguodianliuzhuangkuangpaichuyijigongdianduankaihou，dianlujianghuifuzhizhengchangdeyunxingtiaojian。yushuangjinshuxingduanluqichanpinxiangbi，zhezhongchanpinjuyougenggaodelinghuoxing、更長的使用期限以及更低的電磁幹擾（EMI）。

小家電馬達堵轉保護的一般設計流程

下麵先介紹一下在小家電馬達堵轉保護設計中PPTC選型的一般程序。

首先要確認PPTC的阻值上限R1max。下圖1為PPTC阻值上限R1max的設計流程。

總之選擇PPTC 的R1max就是要保證PPTC在馬達工作在最高溫度以及最大運行電流等最惡劣情況下不會誤動作，那麼在其他工作情況下PPTC肯定也不會誤動作。
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其次確認PPTC的阻值下限Rmin。下圖2為PPTC阻值下限Rmin的設計流程。

總之選擇PPTC 的Rmin就是要保證PPTC在馬達工作在最低溫度以及最小故障電流等最惡劣情況下的保護時間能滿足要求，那麼在其他故障情況下PPTC肯定也會及時的保護。

最後確認PPTC的物理參數，比如PPTC的封裝尺寸，PPTC是安裝在控製板上還是安裝在馬達內等。

一般在小家電馬達保護中使用以上的設計流程就可以設計出PPTCdexinghao，dangranyeyouliwai，duogongnengdoujiangjidemadabaohujiyouyibanxiaojiadianmadaduzhuanbaohudegongxingwenti，yeyoutadetexing

，xiamianjiuyongduogongnengdoujiangjidemadabaohulaichanshuyixiatadeteshujiejuefangan。

多功能豆漿機馬達堵轉保護實例介紹

多功能豆漿機功能強大，不但可以磨製豆漿，還可以製作果汁、果蔬濃湯、營養米糊
、五穀雜糧、玉米汁
、綠豆汁等幾十個品種，既可製作熱飲同時又可製作冷飲。

一(yi)般(ban)多(duo)功(gong)能(neng)豆(dou)漿(jiang)機(ji)是(shi)由(you)電(dian)動(dong)和(he)電(dian)熱(re)係(xi)統(tong)集(ji)成(cheng)在(zai)一(yi)起(qi)的(de)產(chan)品(pin)
，整(zheng)機(ji)程(cheng)序(xu)由(you)微(wei)電(dian)腦(nao)係(xi)統(tong)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)，形(xing)成(cheng)一(yi)個(ge)相(xiang)對(dui)複(fu)雜(za)的(de)係(xi)統(tong)。多(duo)功(gong)能(neng)豆(dou)漿(jiang)機(ji)從(cong)結(jie)構(gou)上(shang)分(fen)析(xi)
，主(zhu)要(yao)有(you)機(ji)頭(tou)，機(ji)身(shen)


，馬(ma)達(da)，聯(lian)軸(zhou)器(qi)，杯(bei)蓋(gai)

，杯(bei)體(ti)
，刀(dao)軸(zhou)，控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)板(ban)，液(ye)晶(jing)顯(xian)示(shi)屏(ping)等(deng)組(zu)成(cheng)。豆(dou)漿(jiang)機(ji)裏(li)有(you)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)，用(yong)於(yu)檢(jian)測(ce)加(jia)熱(re)器(qi)加(jia)熱(re)時(shi)杯(bei)體(ti)內(nei)的(de)水(shui)溫(wen)，當(dang)水(shui)溫(wen)達(da)到(dao)MCU設定溫度（假設80 ℃左右）時，MCU啟動馬達開始磨製豆漿。一般多功能豆漿機的預熱、打漿、榨果汁等全自動化過程，都是通過MCU控製

，相應的驅動三極管，再由多個繼電器組成的繼電器組電路轉換來完成。其中馬達在多功能豆漿機中是一個非常重要的部件，它的使用安全問題直接影響到豆漿機的可靠性。

下圖3為多功能豆漿機馬達和加熱器的簡單電路示意圖。豆漿機所用馬達為220V直流馬達
，繼電器的工作電壓為12V，豆漿機利用繼電器把MCU發出的低壓控製信號I/O來控製交流高壓信號的通斷，R3為PPTC可恢複電阻，T1和T2為繼電器。
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youyuzaishiyongduogongnengdoujiangjishi，doujiangjiwangwangzaizhizuoguozhideshihouhuifashengduzhuan
，madadeduzhuanzhideshibeitizhongdewupinjiangmadazhouchenggudingbushiqizhuandong，zheshidianyahaijiazaimadadeliangduan，zheshihoudedianliujiushiduzhuandianliu

，yibandemadadoushibuyunxufashengduzhuande
，yinweimadafashengduzhuanzhihoumadaxianquandewenduhuijijushangsheng，wenduchaoguoxianquandezuigaowenduzhihou
，shijianshaochangjiuhuishaohuaimada，zhejizengjialexiaofeizhedebubian
，yezengjialeshengchanzhedeweixiuchengben。suoyizaidoujiangjizhongzengjiamadabaohuzhuangzhishibibukeshaode，erqieshizaiduzhuanxiaochuhounengzidonghuifudebaohu
，yincixuanzeTE connectivity公司的可恢複PPTC是一個不錯的解決方案。

用上文所述的PPTC設計流程可以用在多功能豆漿機馬達防堵保護設計中，但這是往往會碰到選擇PPTC型號困難的問題，也就是說多功能豆漿機的馬達保護設計會較普通的小家電馬達保護複雜的多，圖4為磨製豆漿時PCB板周圍環境溫度和馬達外殼溫度的實測圖

，可見控製電路PCB板PPTC周圍的環境溫度最高可以到達85C。由於豆漿機的PPTC最高環境溫度85度會比普通的小家電最高環境溫度要求高，這樣既要在85度的最大工作電流下能正常工作，還要保證在最低溫度0度的堵轉電流情況下能及時的保護，相應的就增大了設計難度。下麵就具體的闡述此類多功能豆漿機馬達堵轉的保護設計方案。　

以磨製豆漿時的電流確定最大工作電流，根據該最大工作電流和最大環境溫度初步確定TE connectivity LVR係列PPTC的相關型號。圖5為多功能豆漿機磨製豆漿時的工作電流，測得多功能豆漿機的直流馬達的最大電流為800mA，由於磨製豆漿時馬達是間隔一定時間工作的，並不是一直連續工作的，間隔時間由豆漿機MCU計時電路控製
，所以計算PPTC要能維持的最大工作電流指的是馬達工作整個周期的平均電流，圖中所示的800mA的最大電流換算成在一個完整工作周期內為450mA。查閱LVR100在85度下的hold電流大約是550mA，所以首先選取LVR100。

 

圖6為多功能豆漿機的堵轉電流。在榨水果的堵轉情況下，實測馬達的堵轉最大電流為2A，由於榨果汁時馬達也不是一直連續工作的
，也是間隔一定時間工作，間隔時間是馬達工作6S，停3S
，這樣換算成在一個榨水果完整工作周期內平均電流是1.6~1.7A。在1.6~1.7A堵轉電流下
，馬達堵轉需要保護的時間要求在150S內。
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從上述數據看到豆漿機的堵轉電流僅僅隻是正常工作時電流的3倍，還要考慮85度的最高溫度和0度du的de最zui低di溫wen度du的de情qing況kuang，磨mo製zhi豆dou漿jiang的de時shi間jian較jiao長chang
，要yao在zai比bi如ru半ban小xiao時shi之zhi內nei能neng維wei持chi馬ma達da的de正zheng常chang工gong作zuo，這zhe樣yang造zao成cheng馬ma達da保bao護hu的de設she計ji很hen複fu雜za
，因yin為wei很hen難nan滿man足zuPPTC動作時間快的要求，因為當堵轉電流和正常工作時電流的比值越大， PPTC保護的時間越快
，PPTC的選型也越容易。現在在0C溫度下1.6~1.7A的堵轉電流下，LVR100的保護時間會非常長，遠遠不能滿足在0C溫度下150S保護時間的要求。
那如何實現上述多功能豆漿機馬達保護的問題呢？TE connectivity公司研發出一種用LVR PPTC和功率電阻利用熱耦合的方式連接在一起的組件來實現多功能豆漿機馬達的快速堵轉保護。本實例中采用LVR100和1ohm/3W的功率電阻熱耦合的組件，讓功率電阻和LVR100能很好的熱接觸，目的就是為了使功率電阻能在堵轉的時候加熱LVR100使其更快的保護
，選取1ohm的功率電阻是為了減小對直流馬達的影響。

首先選取LVR100的Rmin電阻和1ohm/3W的功率電阻熱耦合的組件來進行0C溫度下榨水果馬達堵轉保護時間。

選取兩片Rmin電阻0.22ohm 的LVR100和功率電阻集成的組件，下麵表1為馬達的保護時間。


由上表可見保護時間都在150S之內
，滿足要求。

其次選取典型值電阻的LVR100和功率電阻集成的組件
，來進行0C/25C溫度下榨水果馬達堵轉保護時間，下表2為馬達的保護時間。

 

可見LVR100的典型值組件在0C/25C溫度下馬達保護時間還會更快，完全滿足小於150S的馬達保護要求。圖7為在25度下馬達堵轉保護的實測波形。

然後選取R1max電阻0.58ohm 的LVR100和功率電阻集成的組件來進行磨製豆漿的hold試驗，實驗結果證明組件能在一次完整的磨製豆漿過程中不誤動作。

由以上的試驗證明
，TE connectivity公司研發出的LVR PPTC和he功gong率lv電dian阻zu集ji成cheng在zai一yi起qi的de組zu件jian既ji可ke以yi滿man足zu馬ma達da的de保bao護hu時shi間jian的de要yao求qiu，又you可ke以yi在zai一yi次ci完wan整zheng的de磨mo製zhi豆dou漿jiang的de周zhou期qi內nei不bu誤wu動dong作zuo
，達da到dao了le設she計ji和he保bao護hu要yao求qiu。

結論
 
PPTC可以用在小家電的馬達堵轉保護中，對於多功能豆漿機等較為複雜的馬達堵轉保護
，TE connectivity也針對此類問題，研發出LVR PPTC和功率電阻利用熱耦合集成在一起的組件
，解決了原來PPTC在豆漿機等家用電器中直流馬達堵轉保護時間慢的問題，為客戶解決此類問題提供了一種全新的方案。