元器件篇——自恢复保险丝(PPTC)

1 定义

保险丝(Fuse)也被称为电流 保险丝。根据IEC127标准,将保险丝定义为熔断体。主要的作用就是起过载保护。电路中正确布置保险丝,当保险丝在电流异常升高到一定时,或者热度升高到一定时,自身熔断,保护电路的安全运行。

保险丝分为一次性保险丝和自恢复保险丝。

一次性保险丝就是只能使用一次,损坏后需要更换新的保险丝(本文不作详细介绍);

PPTC------是利用一种特殊的聚合树脂及分布在内部的导电粒子构成。其工作原理如下:

  1. 正常时,聚合树脂会将导电粒子束缚成链状导电通路,此时的PPTC呈现低阻状态,线路上流经PPTC的电流所产生的热能小,不会轻易改变链路结构;
  2. 线路过载或短路时,电流迅速增大,流经PPTC的电流会导致其热量过大,使聚合树脂融化,链路消失,此时PPTC呈现高阻(断开)状态。
  3. 当断开后热量消失,聚合树脂会重新将带电粒子束缚成一条通电链路,又可以继续正常使用。

其内部结构图可见下图。

2 参数解释

以瑞隆源的SMD0805P005TF为例,其手册参数如下所示。

2.1 保持电流------Ihold

Hold Current(Ihold)------保持电流。 也叫最大不动作电流(通常指在25℃),电流小于此值时,理想条件下PPTC可以无限长时间正常运行,此时PPTC不会从低阻状态转变至高阻状态。SMD0805P005TF为0.02A。

2.2 触发电流 ------IT

Trip Current(IT)------触发电流。动作的最小电流(通常指在25℃),电流超过此值时,PPTC会从低阻抗转变成高阻态。SMD0805P005TF为0.06A。一般为Ihold的2~3倍。

2.3 最大电压------Vmax

指正常工作电流下PPTC能够承受的最大电压,电压超过此值时,保险丝的内部有可能被击穿,击穿后保险丝将丧失自恢复功能。SMD0805P005TF为60Vdc。

2.4 最大电流------Imax

在最大电压下,PPTC能够承受的最大电流值,当超过该值时,PPTC内部可能被(热)击穿甚至烧毁,且无法恢复。SMD0805P005TF为20A 。

2.5 规定电流下最大动作时间------Time to Trip

过电流发生开始到PPTC呈现高阻状态的时间,根据手册,SMD0805P005TF在0.2A时的动作时间为1s。

2.6 Rimin与R1max

Rimax:在焊接前所测到的PPTC两端的最小电阻;

R1max:在焊接后所测到的最大电阻值。

器件的实际值在该范围之内,即Rmin≤R≤Rmax

2.7 耗散功率------Pd

通常指在25℃环境温度下,PPTC动作后通过计算流过PPTC的泄露电流和跨国PPTC两端的电压乘积。

2.8 注意事项

如果PPTC工作在Ihold与IT之间,则PPTC会处于一种不稳定状态,PPTC可能起作用,也有可能不起作用,至少动作时间会延长。

3 选型

选型过程中,应当需要关注以下几点:

  1. Ihold应大于电路的正常工作电流(通常为Ihold=正常工作电流/75%)。Ihold选的低回误动作,选的高会造成不触发现象;
  2. Vmax应≥电路中的工作电压,否则容易导致PPTC失效;
  3. 选型时,应考虑环境温度的影响,环境温度升高时,PPTC需要降额使用,在选型时,可参考相应数据手册。 以上述型号为例。

根据上图可以看出,在20℃时,PPTC的额定电流是100%,温度越高,其额定电流的百分比就降低。

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