- 聚合物PPTC用作過(guò)電流保護(hù)
- PolySwitch器件動(dòng)作原理
- 保持和動(dòng)作電流作為溫度函數(shù)的示例
- 聚合物PPTC動(dòng)作原理
- PolySwitch自復(fù)式器件器件選用方法
概述
PolySwitch PPTC(聚合物正溫度系數(shù))器件可幫助防護(hù)過(guò)電流浪涌及過(guò)溫的故障。熱敏電阻型器件可在故障條件下限制危險(xiǎn)的大電流流過(guò)。但是它不同于只能使用一次就必須更換的傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲，TE Connectivity的PPTC器件在故障排除和電路電源斷開(kāi)之后能夠復(fù)位，進(jìn)而減少了保固、服務(wù)和維修費(fèi)用。
PolySwitch電路保護(hù)器件是由聚合物PTC原料摻加導(dǎo)體所制成的。如圖1所示，在正常溫度下原料緊密地將導(dǎo)體束縛在結(jié)晶狀的結(jié)構(gòu)，構(gòu)成一個(gè)低阻抗的鏈接。然而，當(dāng)大電流通過(guò)或周?chē)h(huán)境溫度升高導(dǎo)致器件溫度高于動(dòng)作溫度時(shí)，在聚合物中的導(dǎo)體融
化而變成無(wú)規(guī)律排列，體積膨脹并導(dǎo)致阻抗迅速提高.
聚合物PPTC用作過(guò)電流保護(hù)
在電路中正溫度系數(shù)(PPTC)過(guò)電流保護(hù)器件是在電路中串聯(lián)使用, 當(dāng)電流急速增加的時(shí)候，PPTC從低電阻變高電阻來(lái)保護(hù)電
路。這即稱為器件‘動(dòng)作’，如圖2所示是一個(gè)典型的應(yīng)用。
在正常工作狀態(tài)中此器件電阻值遠(yuǎn)小于電路中的其余的電阻。但是對(duì)過(guò)流情況做出反應(yīng)，器件電阻提高(動(dòng)作)，從而將電路中的
電流減少為任意電路器件均可以安全承載的值。這一改動(dòng)是是因I2R加熱器件內(nèi)產(chǎn)生的熱量，從而使器件溫度快速升高造成的。
動(dòng)作原理
PolySwitch器件動(dòng)作原理是一種能量的平衡,如圖3所示當(dāng)電流流過(guò)PolySwitch器件時(shí)，由于I2R的關(guān)系會(huì)產(chǎn)生熱量，而產(chǎn)生的熱量便會(huì)全部或部份散發(fā)至環(huán)境中，沒(méi)有散發(fā)出去的便會(huì)提高PolySwitch器件的溫度。
在圖3的Point 1時(shí)溫度較低，產(chǎn)生的熱量和散發(fā)的熱量達(dá)到平衡，但是當(dāng)流過(guò)的電流較多或是環(huán)境溫度較高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較高的熱量，而提高PolySwitch器件的溫度，然而當(dāng)電流或環(huán)境溫度的增加并不顯著，PolySwitch器件所產(chǎn)生的熱量可以散發(fā)至環(huán)境中而
在Point 2達(dá)到平衡。
當(dāng)電流或環(huán)境溫度再提高時(shí)，PolySwitch器件會(huì)達(dá)到一個(gè)較高的溫度如圖Point 3所示。若此時(shí)電流或環(huán)境溫度繼續(xù)增加，產(chǎn)生的
熱量能便會(huì)大于散發(fā)出去的，使得PolySwitch器件溫度速增，在此階段，很小的溫度變化就會(huì)造成阻值的大幅提高，這現(xiàn)象可由圖上的Point 3及Point 4看出。這時(shí)PolySwitch器件正處于動(dòng)作的保護(hù)狀態(tài)，阻抗的增加便限制了電流的通過(guò)，而保護(hù)設(shè)備免于損壞。如以上所述PolySwitch-PTC熱敏電阻在環(huán)境溫度升高時(shí)，其阻值亦會(huì)隨之增加，從而達(dá)到Point 4的高阻抗?fàn)顟B(tài)，并不需外加電流。當(dāng)溫度下降后PolySwitch就以熱敏電阻的特性回復(fù)到低阻抗?fàn)顟B(tài)。此種現(xiàn)象可做為溫度感應(yīng)控制。
保持和動(dòng)作電流作為溫度函數(shù)的示例
圖4說(shuō)明了作為溫度函數(shù)的PolySwitch器件的保持和動(dòng)作電流行為。可以為每個(gè)可用器件定義一條這樣的曲線。A區(qū)說(shuō)明了PolySwitch器件將動(dòng)作 (轉(zhuǎn)到高電阻狀態(tài)) 以保護(hù)電路時(shí)的電流和溫度的組合。B區(qū)說(shuō)明了PolySwitch器件將允許電路正常操作的
電流和溫度的組合。在C區(qū)，此器件可能動(dòng)作或保持在低電阻狀態(tài) (這取決于單個(gè)器件的電阻)。
聚合物PPTC動(dòng)作原理
圖5顯示了在0℃和75℃下的靜止空氣中聚合PTC器件的一對(duì)典型運(yùn)行曲線對(duì)。這些曲線是不同的，因?yàn)樾枰獎(jiǎng)幼髌骷臒崃縼?lái)自
電氣I2R加熱和器件環(huán)境。75℃時(shí)環(huán)境的熱量輸入要比0℃的熱量輸入大得多，因此動(dòng)作所需要的附加I2R相對(duì)較少，造成在給定的動(dòng)作時(shí)間內(nèi)的較低的動(dòng)作電流(或在給定的動(dòng)作電流下動(dòng)作更快)。
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動(dòng)作后器件阻值回復(fù)特性
圖6顯示了動(dòng)作和隨后允許冷卻的PolySwitch器件的典型行為。在此圖中，我們可以清楚地看到，即使在若干小時(shí)以后，器件電
阻依然大于初始電阻。電阻的減降過(guò)程會(huì)延續(xù)一段較長(zhǎng)的時(shí)間，最終電阻才接近初始電阻。
然而，這個(gè)時(shí)間可以是幾天，幾個(gè)月或幾年，但是為了動(dòng)作的目的而指望器件電阻恢復(fù)到原來(lái)的值是不實(shí)際的。 所以選擇PolySwitch器件時(shí)，當(dāng)決定保持電流時(shí)必須考慮R1MAX的值，即動(dòng)作并恢復(fù)1小時(shí)后之最大阻值。
PolySwitch自復(fù)式器件器件選用方法
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選型步驟
第1步:決定電路參數(shù)
您需要確定電路的以下參數(shù)：
最大操作環(huán)境溫度
標(biāo)準(zhǔn)操作電流
最大操作電壓
最大中斷電流
第2步:選擇能容納電路最大環(huán)境溫度和標(biāo)準(zhǔn)操作電流的PolySwitch器件
使用折減比率[環(huán)境溫度(℃)的保持電流(A)]表并選擇與電路最大環(huán)境溫度最匹配的溫度。瀏覽該欄以查閱等于或大于電路標(biāo)準(zhǔn)操作電流的值。現(xiàn)在查看該行的最左邊，查閱最適于該電路的器件系列。
第3步:將所選器件的最大電氣額定值與電路最大操作電壓和中斷電流做比較
使用電氣特性表來(lái)驗(yàn)證您在第2步中所選的零件是否將采用電路的最大操作電壓和中斷電流。查閱裝置的最大操作電壓(Vmax)和最大中斷電流(Imax)。確保Vmax和Imax大于或等于電路的最大操作電壓和最大中斷電流。
第4步:決定動(dòng)作時(shí)間
動(dòng)作時(shí)間是當(dāng)故障電流通過(guò)器件時(shí)將此器件切換到高電阻狀態(tài)所用的時(shí)間量。為了提供預(yù)期的保護(hù)功能，明確PolySwitch器件的動(dòng)作時(shí)間是很重要的。如果您選擇的器件動(dòng)作過(guò)快，則有可能會(huì)出現(xiàn)異常動(dòng)作或有誤動(dòng)作。如果器件動(dòng)作過(guò)慢，則在器件動(dòng)作并限制電流之前，受保護(hù)的器件可能已損壞。
使用20℃時(shí)的典型動(dòng)作時(shí)間曲線來(lái)決定PolySwitch器件在預(yù)期的錯(cuò)誤電流下動(dòng)作時(shí)間特性能否接受，如果不能，則再回到第2步選擇另一替代器件。
第5步:驗(yàn)證環(huán)境操作溫度
確保應(yīng)用場(chǎng)合的最小和最大環(huán)境溫度在PolySwitch器件的操作溫度范圍內(nèi)。大多數(shù)PolySwitch器件的操作溫度范圍介于-40℃到85℃，某些特殊情況下會(huì)達(dá)到125℃。
第6步:驗(yàn)證PolySwitch器件的外形尺寸
使用外形尺寸表來(lái)將您選擇的PolySwitch器件的外形尺寸與應(yīng)用場(chǎng)合的空間條件比較。
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參數(shù)定義說(shuō)明:
IH 20℃環(huán)境溫度下之最大工作電流
IT 20℃環(huán)境溫度下PolySwitch器件動(dòng)作保護(hù)的最小電流
Vmax PolySwitch器件安全斷開(kāi)之最大工作電壓，也稱之為Maximum Device Voltage,Maximum Voltage, Vmax,
Max Interrupt Voltage
Imax PolySwitch器件能安全動(dòng)作之最大故障電流
PD PolySwitch器件動(dòng)作狀態(tài)下之(功率損耗)消耗功率
Rmax PolySwitch器件未動(dòng)作前之初始最大阻值
Rmin PolySwitch器件未動(dòng)作前之初始最小阻值
R1max PolySwitch器件在動(dòng)作后或是回流焊后1小時(shí)，在20℃下的最大電阻值。
RTripped TYP 第一次動(dòng)作并恢復(fù)1小時(shí)后的典型阻值
