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高分子PTC热敏电阻

传统保险丝作为过流保护,仅能保护一次,烧断了就需更换。而作为新型过流保护元件的可恢复保险丝具有过流保护,自动复原双重功能: 
过流保护 PPTC元件串接在电路中,正常情况下,呈低阻状态,保证电路正常工作;当电路发生短路或窜入异常大电流时,PPTC元件的自热使其阻抗增加把电流限制到足够小,起到过电流保护作用。

自动复原 当产生过电流的故障得到排除,PPTC元件自动复原到低阻状态。这既避免了维护更换,也避免了可能引起电路损坏的持续循环的开闭状态。PPTC可恢复保险丝具有过流保护,自动复原双重功能的原因是由于其特殊的构造。PPTC可恢复保险丝是又高分子聚合物及导电材料等混合制成。正常情况下,导电材料通过聚合物材料构成三维导电通道,PPTC阻值很小;当有异常大电流通过时,PPTC元件温度迅速上升,聚合物材料随即膨胀,使得导电通道断开,引起阻抗剧增,通过的电流变小,电路如同断开,达到保护目的。当异常大电流消失后,PPTC的自热不足以维持其高阻状态,其阻抗又恢复到低阻状态。与传统保险丝相比,具有可自复,体积小,更坚实的优点。

PPTC ( 聚合物正温度系数 ) 自复式器件可防护过电流浪涌 及过热的故障。PPTC 热敏电阻可在故障条件下限制危险的大电流通过。但是它不同于只能使用一次就必须更换的传统保险丝, PPTC 热敏电阻在故障排除和电路电源断开之后能够自动复位,进而减少了保固、服务和维修费用。PPTC 电路保护器件是由高分子聚合物掺加导体所制成的。如图 1 所示,在正常温度下聚合物呈现结晶状并将导 体束缚成紧密的导电链,从而构成一个低阻抗的连接。当大电流通过或周围环境温度升高导致器件温度高于动作温度时,聚合物融化体积膨胀从而使导体变成无规律排列,并导致阻抗迅速提高。


PPTC 动作原理
       PPTC 器件动作原理是一种能量的平衡,如图 2所示 当电流流过 PPTC 器件时,由于I2R 的关系会产生热量,而产生的热量便会全部或部分散发至环境中,没有散发出去的便会提高 PPTC 器件的温度。在图 2 的 Point 1 时温度较低,产生的热量和散发的热量达到平衡,但是当流过的电流较多或是环境温度较高时,会产生较高的热量,而提高PPTC 器件的温度,当电流或环境温度的增加并不显著,PPTC器件所产生的热量可以散发至环境中而在 Point 2 达到平衡。当电流或环境温度再提高时, PPTC 器件会达到一个较高的温度,如图 Point 3 所示。若此时电流或环境温度继续增加,产生的热量便会大于散发出去的,使得 PPTC 器件温度速增,在此阶段,很小的温度变化就会造成阻值大幅度提高,这现象可由图上的 Point 3 及Point 4 看出 。 这时 PPTC 器件正处于动作的保护状态 , 阻抗的增加便限制了电流的通过 , 而保护设备免于损坏 。 如上所述PPTC 热敏电阻在环境温度升高时,其阻值亦会随之增加,从而达到 Point 4 的高阻抗状态,并不需外加电流 , 当温度下降后 PPTC 就以热敏电阻的特性回复到低阻抗状态。此种现象可用来温度感应控制。


保持和动作电流作为温度函数的示例
        图 3 说明了作为温度函数的 PPTC 器件的保持和动作电流行为。可以为每个可用器件定义一条这样的曲线。 A 区说明了 PPTC 器件将动作 ( 转到高阻值状态 )以保护电路时的电流和温度的组合。 B 区说明了 PPTC器件将允许电路正常操作的电流和温度的组合。在 C区,此器件可能动作或保持在低电阻状态 ( 这取决于单个器件的电阻 ) 。


I - OVERVIEW 
聚合物PPTC 在不同温度下的动作特性
       图 4 显示了在 0 ℃ 和 75 ℃ 环境下的静止空气中聚合物 PTC 器件的一对典型运行曲线。这些曲线是不同的,因为需要动作器件的热量来自电气 I2R 加热和器件环境。 75℃ 时环境的热量输入要比 0 ℃ 的热量输入大得多,因此动作所需要的附加 I2R 相对较少,造成在给定的动作时间内的比较低的动作电流 ( 或在给定的动作电流下动作更快) 。 

 

动作后器件阻值恢复特性
      图 5 显示了动作和随后允许冷却的 PPTC 器件的典型行为。在此图中,我们可以清楚地看到,即使在若干小时以后,器件电阻依然大于初始电阻。电阻的减降过程会延续一段较长时间,最终电阻才接近初始电阻。然而,这个时间可以是几天,几个月或几年,但是为了动作而指望器件电阻恢复到原来的值是不实际的。所以选择 PPTC 器件时,当决定保持电流时必须考虑 R 1MAX 的值,即动作并恢复 1 小时之后最大阻值。

 

 

 

 

 

 

 

 
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