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          保險絲與PTC

          作者:admin????發布時間:2020-04-13 13:31 ????瀏覽次數 :


          本部分內容提供了關于如何針對具體應用選擇最佳過流電路保護器件(PTC或保險絲)的指導。 

          是選用保險絲還是選用PTC,這個問題往往見仁見智,盡管在常見應用領域中有時由于某些重要的考慮因素,使用其中一種可能比使用另一種更好。 

          例如,電腦、周邊設備以及便攜設備(如智能手機、平板電腦等)的很多設計都要求使用PTC,其原因在于PTC可以自行復位。如果使用保險絲,則每次發生過流都必須進行更換,這是用戶無法接受的。 

          在另外一些情況下,使用保險絲可能會更好,因為保險絲在故障條件下能夠完全切斷電流。這在需要優先考慮安全性或者避免損壞下游電路設備的情況下可能是更理想的選擇。 使用保險絲對于故障診斷也非常有用,它能夠幫助設備的設計者和用戶查找過流故障的根源。

           
          過流電路保護

          面臨提供過流保護的課題,電路設計師對使用的技術具有選擇權。 傳統保險絲和基于聚合體的PTC(正溫度系數)器件是最常規的解決方案。 若能對這兩種元件之間的差異有所了解,就能夠簡化選擇最佳應用保護器件的過程。

          保險絲一直被看作是個“一次性”的器件,因為發生過載情況時,保險絲就會一次性熔斷,從而提供過流保護,之后就得更換。 常規保險絲的核心部分是一段導線,當電流過大時,導線就會被加熱至熔點。 導線熔斷后,電路中電流便下降為零。

          PTC同樣可以對過大電流做出反應,但它是一種“自恢復”器件。 基于聚合體的組件在過載消失后可自動重置,可實現多次過流電路保護。 當導電聚合體受到過載電流加熱時,其電阻將會增大,從而限制了電路電流。

          PTC保護功能

          保險絲工作原理的著述多年來早已汗牛充棟,一般來講,人們對此已經爛熟于心。 而對PTC的過流電路保護實際過程,人們尚不明晰,其優越性還待進一步探討。 目前為止,大家認為PTC是基于聚合物的自恢復裝置,可以限制電流。

          這里探討的PTC是以導電聚合物為基礎材料的產品。 所用聚合物材料包含很多充當傳導媒介的炭黑粒子。 通過調節混合物中炭黑含量調節電阻大小。 熱會造成聚合體膨脹,使炭黑移動,導致導電能力下降或電阻上升。

          PTC的作用原理是將具有潛在危害的過載電流限制在安全范圍內。 具體而言就是:通過器件的過大電流會導致內部熱量增加(I2R) ,由此造成PTC的升溫,導致其電阻增加。 在出現過熱情況前,PTC電阻通常只占電路總阻抗很小一部分。 如下圖所示,聚合體PTC的電阻增大具有非線性特征,這樣的相對較大的電阻會將電路中的電流降低或限制在安全的范圍內。 從低電阻到高電阻的轉變點稱之為“跳變點”。

          通過較高電阻的受限電流產生的熱量將使PTC的溫度維持在一個高水平,從而造成電阻居高不下。 該熱平衡條件會始終保持,直到電路掉電,PTC逐漸降溫,阻值變小。 PTC具有自恢復功能的基本作用原理是溫度升高會導致電阻增加,反之亦然。 PTC是通過從電路中去除電源,從而使器件溫度降低而實現自恢復或返回低阻狀態的。 在這之后,該組件就可隨時對未來過載做出響應。 如果過流問題的根源被排除,電阻就會保持低阻態;但再次出現過流時,器件將再次轉換至高阻態。

          在PTC和保險絲間進行選擇

          使用傳統保險絲或是使用最新研發的自恢復PTC都可以實現過流電路保護。 兩者都是通過對電路中過量電流產生的發熱現象做出反應從而實現保護功能。 保險絲是靠熔斷來斷開電流的,而PTC則是依賴從低阻態變為高阻態來限制電流的大小。 充分理解兩種器件的性能差異會使您在選擇最佳電路保護方案時做出更輕松的選擇。

          兩者最大區別在于PTC可以自恢復。 過載后一般的自恢復步驟是切斷電源而使器件降溫。 兩種產品還有其他一些操作特性上的差別。 PTC所用術語通常與保險絲所用術語類似,但并不完全一致。 比如泄漏電流和分斷額定值兩個參數便屬于此類情況。

          泄漏電流:過載時,PTC由低阻態變為高阻態通常稱之為“跳脫”。 將電流限制在某個泄漏水平,從而達到保護的目的。 泄漏電流可從額定電壓下的一百毫安左右升高到在較低電壓下的幾百毫安不等。 但是,對于保險絲而言,過載時,保險絲熔斷使電流徹底切斷,斷開的電路產生的泄漏電流為“0” 。

          分斷電流:PTC在額定電壓下規定的最大短路電流。 該故障電流為器件可承受的最大電流,而PTC一般不會實際切斷電流(請參閱上文“泄漏電流”。) 標準PTC短路額定電流為40A。 而保險絲為響應過載,卻要實實在在將電流切斷。在額定電壓下額定分斷電流范圍較大,從數百安培到10,000 安培不等。

          電路參數可根據標準器件額定值的不同來裁斷組件的選擇。 

          額定電壓:常規PTC的額定電壓不超過60V,但保險絲的額定電壓可達到600V。 額定電流:PTC額定工作電流可達11A,但保險絲最大額定工作電流則可能超過20A。 

          額定溫度:PTC的常規溫度上限一般為85°,而保險絲的最大工作溫度為125°C。 這兩種器件在高于20°C的環境下工作時額定溫度都得下調,文獻中給出了相關的代表性曲線。

          在數據頁,我們提供了PTC的重新定額曲線。如果環境溫度不是20°C,應參閱該曲線正確給各種PTC系列重新定額。

          電路設計人員在選擇過流保護的PTC或保險絲時,還可以參閱其他工作參數。

          機構認證:PTC已通過Underwriters Laboratories, Inc.的組件項目認證,符合UL熱敏電阻標準1434。 該器件還通過了CSA元件驗收項目認證。 由于通過了TUV、VDE等認證,PTC可以說還達到了IEC 標準 730-1(自動電子控制)。保險絲的認證包括Underwriters Laboratories公司元件項目認證、CSA的元件驗收項目。 除此之外,許多保險絲還可根據新的保險絲增補標準UL 248-14提供完整的“Listing”認證。

          電阻:從產品規格中可以發現,在額定值相似的情況下,PTC的電阻是保險絲的兩倍(有時更高)。 時間-電流特性:通過比較PTC和保險絲的時間-電流曲線可以發現,PTC響應時間與Slo-Blo®保險絲的時延相當。

          過流保護應用

          PTC材料有徑向引線封裝和表面貼裝兩種可選類型。 自恢復PTC的功能適于多種設計應用。 

          “即插即用”型應用包括主板和可與電腦端口頻繁連接或斷開的諸多周邊設備。 鼠標、鍵盤、音頻、網絡、顯示器及USB端口連接的設備有可能出現故障,連接線纜可能會損壞,也可能出現錯誤連接。 因此,能夠在校正錯誤連接之后進行重置的功能尤其具有吸引力。 這些應用中有一部分采用了徑向引線型器件,其他則更適宜使用表面貼裝型器件。

          當電源設備因故障而產生過高電壓并進而引發過電流現象時,PTC可保護硬盤驅動器免受其損害。 硬盤驅動器應用通常使用表面貼裝型PTC。

          電源設備易受電路故障的損害。 如不采取保護措施,電源設備提供的電流可能會造成低電阻故障。 當存在多個負載或多條電路時,可使用獨立的PTC保護每個負載。 該器件通常置于輸出電路中,可采用徑向引線型或表面貼裝型封裝。

          電機過電流產生的高溫會對繞組絕緣造成損害,對于小型電機,甚至會造成直徑極小的繞阻線發生故障。 而PTC在正常啟動電流下通常不會跳閘。 電機一般使用徑向引線型PTC提供保護。

          變壓器可能會受到由電路故障產生的過電流損害,PTC的限流功能可對其提供保護。 可將PTC置于變壓器的負載端,從而將電路故障產生的影響降至最低。 很多應用均采用徑向引線型或表面貼裝型器件。

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