PPTC自复保险丝的基本原理与技术特点
1. PPTC自恢复保险丝的基本原理
PPTC自恢复保险丝,是聚合物正温度系数器件,是半结晶聚合物和导电粒子混合制成。通常被称作自恢复保险丝、热敏电阻,或简称为PPTC。
在常温下,因为PPTC的阻抗很低,线路上流经PPTC元件的电流所产生的热量很小,PPTC运行在热能平衡的状态(发热与散热相当),不会改变聚合物的晶状结构;PPTC内部可以通过一定的电流;当较大电流流过时,PPTC以I2R功率发热使 发热大于散热,温度因此升高并使聚合物基材膨胀,使导电粒子分离电阻增大;电阻增大使发热更快,膨胀越迅速,使其阻值递增加剧。当元件内部温度升到125℃,电阻增大更剧烈。电阻的增大使得线路中的电流急剧下降,只有一个小量电流仍流过元件。它足以维持元件的温度,并使元件保持高电阻状态。当电源开关关闭及故障消除后,自复保险丝才会冷却。它冷却后,会恢复至初始状态,重新使导电粒子相互连接。其电阻又降至可流过额定的不动作电流水平。这种循环可重复很多次。
和传统的保险丝相比,PPTC自恢复保险丝是可以重复使用的,提高了产品的环境适应性,降低了产品的售后服务费用。
2. PPTC 自恢复保险丝的特点
过电流保护
当设备电路出现过电流或短路故障时, PPTC会快速的从低电阻转变高阻态,达到保护电路的目的。
自动复位
当引起过载电流的故障排除后,PPTC自动复位,无需人工拆换。
自锁(非循环)运作
PPTC触发后,以极小的电流锁定其高阻状态。在电源关闭和故障排除后,才会自动复位,从而避免了故障设备通断恶循环现象。
耐大电流
PPTC具有极强的耐大电流能力,有些型号的产品可承受100A的冲击电流。
抗雷击
PPTC具有抗雷击的功能,它可以使用在那种能把电流限定在相当低的程度又不会因瞬时雷电冲击而使系统失去操作性能的装置之中。
快速断开
自复保险丝功能高分子材料的本征特性,使他限制电流的速度比其他类似的装置快得多。
3. 环境温度的影响
下图是自复保险丝保持电流和动作电流与温度的关系。自复保险丝是热敏材料制成的,所以周围温度的变化必定对其性能有影响。当自恢复保险丝周围的温度升高时,触发所需的能量就小了,因此保持电流就小了,如图3所示, I HOLD 和 I TRIP 与环境温度的关系曲线是负斜率的。25℃时线路上的电流100%流过自复保险丝,若环境温度高于或低于该值时,元件的不动作电流和动作电流便会按一定的 比例增减。
4. 自复保险丝与其他过流保护器件的差异
电子设备上常见的过流 / 超温保护器有传统保险丝、双金属断路保护器及陶瓷等器件。传统保险丝仅能保护一次,烧断后需要更换。
自复保险丝,可重复使用而无需更换,且体积小,易安装。双金属断路保护器能自动复原,但是它在故障仍然存在的情况下也自己回复。这样就再次连接故障条件,导致设备破坏,是不安全的,而自复保险丝会一直处于高电阻状态,直到电源被关掉,故障被清除后,再自动复位。
自复保险丝的初始电阻值,对故障的反应时间及外型尺寸等均优于陶瓷器件:两种产品均是可复位的;但是在相同的动作电流条件下,自复保险丝比陶瓷器件明显反应快很多;而且自复保险丝具有体积小、电阻低、响应快等显著优点。
5. 产品选型指南
第一步 了解设备电路的工作特性,包括:
1)最大周边工作温度
2)25℃正常工作时的额定不动作电流(IH )
3) 最高工作电压(Vrms )
4) 25℃时最小动作保护电流(IT )
第二步 根据IH值、Vrms 值、产品类别以及安装方式选择一 种自复保险丝系列。
第三步 如果设备的周边环境温度不是标准的25℃,要根据该自复保险丝系列的《环境温度与不动作电流关系特性图》中的不动作工作电流与额定不动作电流百分比—— 环境温度的线性关系计算不动作电流IH 的值。
计算公式: 不动作电流(IH )= 额定不动作电流(IH )÷对应的环境温度百分比
第四步 根据步骤2选定的自复保险丝系列以及步骤所计算 出的IH,在其对应的规格表中选出合适的元件。所选出 的自复保险丝的IH 须大于或等于步骤3所计算出的IH 值。
第五步 在所选的自复保险丝所对应的《电气特性》和《自 复保险丝动作保护时间曲线图》中找出最小动作保护电 流(IT ) 和动作时间(sec)/ 电流 (A)的值。