对安森美NCP370和瑞侃Polyzen保护模块的优缺点分析

草原狼王

对安森美NCP370和瑞侃Polyzen保护模块的优缺点分析 [复制链接]

我没有查到NCP370内部的具体电路，好像安森美公司也没有提供NCP370内部的具体电路，在NCP370的DATASHEET.PDF文件中只看到NCP370的应用电路及其IC脚的说明，因此要认真分析几位读者提出的不同意见，并对其做出比较公正分析还是有些难度，这里谈谈我的看法。对于Polyzen，我认为Polyzen是一个由正温热敏电阻PTC和一个稳压二极管DZ组成的带过流和过压功能保护的电源输入电路。在输入电压不是很高的情况下它是一个非常好的过压过流保护装置，成本比较低，性能比原来单独用一个聚合物PTC热敏电阻作为过流保护的可恢复保险丝优越很多。
正常工作时PTC的电阻值很小，对输出电路影响非常小，电流流过PTC电阻产生的温度很低，PTC电阻一直保持在低阻值状态。当流过PTC电阻的电流突然增加时，PTC电阻的温度就会升高，温度升高又会进一步使阻值升高，阻值升高又会使温度进一步升高。因此，当流过PTC电阻的电流超过规定值时，在很短的时间内，PTC电阻的阻值就会变得很大，从而把流过电路的电流切断，相当于保险丝的作用，即：Polyzen具有限流的作用。
当Polyzen被过流切断之后，PTC电阻的温度就会降低，同时PTC的阻值也会随之下降，如果此时负载是完全断开的，则PTC电阻会在一两分钟之内就可以恢复正常；如果此时负载不是完全断开的，由于电路中还有电流存在，此电流会使PTC电阻继续保持发热，这样PTC电阻就会处于半阻断状态（微导通状态），此时流过负载的电流就是使PTC电阻处于半阻断状态的维持电流，即：Polyzen对负载还有一定的电流输出，但此电流很小，只有负载完全断开以后，并且需要几分钟的时间，使PTC电阻的温度完全下降到正常值之后，电路才能恢复正常。
Polyzen组件中的稳压二极管DZ是用于对输入电压进行过压保护的，当输入电压低于稳压二极管DZ的门限电压值时，稳压二极管DZ不导通，相当于稳压二极管不工作，它对电路不产生影响；而当输入电压高于稳压二极管DZ的门限电压值时，稳压二极管DZ就会导通，并会产生很大的电流使PTC电阻发热，从而使流过负载的电流被阻断，起到对输出端负载过压保护的作用。另外，由于稳压二极管DZ与PTC电阻共同安装在一起，稳压二极管DZ与PTC电阻同时发热，使PTC电阻增大的速度更快。
顺便指出，稳压二极管导通与一般晶体管导通并不完全一样，它导通以后其两端电压还会保持在某个固定电压值上，这个电压就是稳压二极管的稳压值。但对于Polyzen组件来说，稳压二极管DZ的作用并不是让Polyzen在输入电压高于某个值时，可以变为稳压输出。因为，PTC电阻并不是一个阻值固定的电阻，一旦稳压二极管DZ导通，流过稳压二极管DZ的电流就足以令PTC电阻发热，而PTC电阻发热又会使阻值变大，阻值变大又会使电流减小，最后必然使流过PTC电阻的电流稳定在PTC电阻阻值与电流的乘积为最大值的地方。这个用高等数学中用导数求函数的最大值的方法就可求得。
除非是流过负载的电流非常小，Polyzen组件才会保持稳压输出，要么它的输出电压一定小于稳压二极管DZ的稳压值，此时流过负载的电流就是使PTC电阻处于半阻断状态（微导通状态）的维持电流。
当Polyzen输入电源的极性接反时，Polyzen器件同样具有对输出端负载进行保护的功能。输入电源的极性接反时，其工作原理与输入电压过高时的过压保护工作原理基本一样，只是稳压二极管DZ的导通属于正向导通，其导通电阻更低，产生的电流更大，使Polyzen进入阻断保护过程的速度更快。当输入电源的极性接反时，Polyzen输出电压大约只有负0.7～1.1伏，此电压一般不会对负载造成损坏，因为，负载一般都接有一个储能滤波电容，它会对瞬间输出电流进行吸收，而当PTC电阻进入阻断状态的时候，输出电流将变得非常小。
Polyzen的缺点是输入电压不能过高，如果输入电压过高，由于流过稳压二极管DZ的电流很大，很容易使稳压二极管DZ过热损坏。稳压二极管击穿分齐纳击穿和雪崩击穿，齐纳击穿电压一般在6V以下，而雪崩击穿电压一般在6V以上。因此，如果Polyzen组件中选用的稳压二极管DZ是齐纳二极管，则其输入电压的最大值就不能超过6伏。
另外，在《“专家”和实验之间的较量》一文中：“而据专家称，齐纳二极管仅会对电压进行钳位，同时吸入电源电流，使其减小，直至瞬态消失。而且，如果电源电压很高的话，钳位电压会持续增加，从而损坏下行系统。客户要求的过压锁定(OVLO)精度大约是2.5%至4%，而瞬态电压抑制器(TVS)则为约100%(即击穿电压与钳位电压之间的差异)。”——这段话对Polyzen的工作原理分析得不够准确，Polyzen中的稳压二极管DZ在这里的作用不是用来对输出电压进行钳位。
所谓的钳位一般都是指对交流信号波形（非正弦波）的底部或顶部（多为底部）固定在某电平上，因为一般非正弦波的正负半周的平均值都不会相等，当经过耦合电容或变压器时，其输出波形会产生失真，必须采取嵌位的方法对其平均值进行恢复。而对于稳压二极管在DZPolyzen的作用只能认为是对输入信号进行限幅。“如果电源电压很高的话，”也不会“损坏下行系统”，因为，一旦稳压二极管击穿，PTC电阻就立刻进入过压和过流保护过程，这个过程几乎只在PTC电阻与稳压二极管DZ之间发生，稳压二极管DZ击穿以后，过流和过压全部由稳压二极管DZ来负担，不会转移到“下行系统”。

草原狼王

对于NCP370，我认为NCP370是一个由两个开关管（N−MOSFET）Q1和Q2串联组成的带过压和过流功能保护的电源输入电路。其中Q1用于负极性输入电压，Q2用于正极性输入电压。由此可知，NCP370是可以工作于两种不同输入电压极性的。当输入电压过高或负载电流过大时，Q1或Q2就会关断，停止对负载供电。

NCP370的主要优点是过压保护或过流保护的门槛值可通过改变电路参数来改变，因此使用比较方便；温度特性比较好，输出电流不会随温度改变而改变。而NCP370的最大缺点是接入压降比较高，它为了适应在两种不同极性的电源输入情况下都能工作，因此，在电路中增多了一套备用电路如：D1、Q1、D2。正常工作时，备用电路不但没有用，反而变成累赘，因为它会产生电压降和损耗。
如果D1或D2选用普通整流管，在1.3A输出电流的情况下，光二极管的压降就有1.1V，损耗达1.43W；如选用肖特基整流二极管成本会升高，再加上开关管的饱和压降，使NCP370的接入压降超过1V。
保护电路的接入电压降过大可能会使原来用于锂电池充电的电源适配器无法正常工作，因为一般的锂电池充电电源适配器输出电压为6V，而充满电的锂电池电压为4.3V，若接入NCP370以后，其输出电压只有5V（或小于5V），则这个电源适配器将无法把锂电池充满电，或需要很长的充电时间。
NCP370的缺点正好是Polyzen的优点，而Polyzen的缺点也正好是NCP370的优点。因此在选用过压、过流保护电路的时候，一定要从自己实际情况出发，不要片面地追求产品的某项技术指标，最值得考虑的是产品的性能价格比。
Polyzen的耐压主要由两个方面来决定，一个是稳压二极管的功耗，电压越高，流过稳压二极管的电流就越大，而一般的稳压二极管大部分都在0.5W以下，再高将增加成本；另一个是PTC电阻的耐压，PTC电阻的耐压也大部分在60V左右，提高电压将会增加PTC的内阻及体积。相反NCP370提高耐压则很容易，只需提高开关管的耐压就可以了。
下表是NCP370和Polyzen两个产品对应的几个关键技术指标，请参考。
NCP370和Polyzen性能对比