自恢复保险丝(PPTC)简介及选型

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1、自恢复保险丝简介

自恢复保险丝又称高分子自恢复保险丝(PPTC,Polymer PositiveTemperature Coefficient),高分子正温度系数热敏电阻,是一种具有自恢复特性非线性的过流保护器件,用于代替电流熔断型保险丝。该种器件有多种封装,主要有引线型、贴片型、薄片型(带型)三种,如图1-1和图1-2.

图1-1 PPTC封装类型

图1-2 PPTC封装类型

器件主要由高分子聚合物复合材料组成,材料一般由聚合物、导电微粒(碳黑粒子)和无机填充料等组成。自恢复保险丝在使用时串联在被保护电路前端,在电路正常工作情况下器件处于低阻状态。当保护电路发生短路或有异常大电流涌入时,PPTC元件由于存在一定内阻而迅速发热,产生的热量使高分子基体材料膨胀,从而使导电微粒分开、间隙增大,进一步增加了器件的电阻,使发热进一步增加。当温度达到一定值时,器件电阻变化显著,对外呈现高阻状态,将流过的电流限制到非常小的状态,起到过流保护的作用。当过流故障排除、温度下降,高分子基体材料收缩使导电微粒间距变小并恢复原来的状态,使器件对外又呈现低阻状态,PPTC会自动恢复到低阻状态。

图2 PPTC动作过程

综上所述,自恢复保险丝的动作机理是一种能量的动态平衡,如果产生的热量和耗散的热量平衡时,PPTC的阻抗不发生变化,PPTC不会动作。当环境温度增加或电流提高时,产生的热量多于耗散的热量,PPTC的温度才会剧增,在此阶段较小的温度变化也会造成阻值的较大提高,PPTC就会处于高阻保护动作状态。

2、自恢复保险丝选型

我们先了解一下自恢复保险丝的主要电特性参数:

I-hold:保持电流:常温(25℃)静止空气环境下不触发电阻突变的最大电流。

I-trip:触发电流,亦动作电流:常温(25℃)静止空气环境下从低阻转变为高阻的最小电流,通常为保持电流的两倍。

V-max:最大电压:自恢复保险丝的最大工作电压。

I-max:最大电流:自恢复保险丝的能承受的最大电流。

T-tiip:动作时间:规定电流下最大的动作时间。电流越大温度越高动作时间越快。

P-d:耗散功率:自恢复保险丝达到热稳定状态时自身所消耗的功率。

R-1max:自恢复保险丝动作或热加工后一小时时最大电阻值。

R-min:静态电阻:不加电下最小电阻值。

图3 PPTC电特性参数

环境温度对自恢复保险丝的影响:

(1)当器件周围环境温度提高大于25℃时,就会使通过自恢复保险丝的电流锐减。

(2)环境温度25℃时,线路中电流100%通过保险丝,但如果超过2倍I-hold电流就会使保险丝动作。

(3)环境温度越高,通过电流越大,动作时间就会越快。

(4)环境温度越高,I-hold电流越小。

图4 PPTC I-hold温度特性

自恢复保险丝随温度上升对于通过的电流有折减效应(即温度越高I-hold电流越小),需要根据温度电流折算曲线计算I-hold电流:I-hold=平均工作电流÷折减率。

图5 PPTC温度折减率

自恢复保险丝选型要点:

(1)确定被保护电路正常工作的最大环境温度、工作电流、工作电压、保护电流、动作时间等参数。

(2)根据PCB空间及加工条件选择出适用的器件封装。

(3)根据最大工作电压选择出耐压等级大于或等于最大工作电压的产品系列。

(4)根据电路工作最大环境温度(大于25℃)和电路中工作电流,对比自恢复保险丝温度折减率选出I-hold电流适合的产品规格。

(5)根据该型号的自恢复保险丝的动作时间曲线确定是否符合要求动作保护时间。

图6 PPTC相应时间

相信通过本文的分享,会对自恢复保险丝(PPTC)和选型有了一定了解。欢迎小伙伴们订阅关注。

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