浅谈PPTC电路保护元件

【中心议题】

• 介绍了PPTC的工作原理
• 介绍了PPTC的应用

【解决方案】

• 通过聚合树脂的受热相变达到电隔离
• 应用非线性PTC效应增加阻抗实现保护

自复保险丝是近几年出现的新型正温度系数过流保护元件，英文名称为“Polyswitch”，即高分子聚合物开关之意，主要用于小功率电子设备的短路及过载保护。与传统保险丝相比，其可恢复功能无与伦比，并且这种恢复过程可重复数千次。PPTC电路保护元件典型的应用包括计算机外设、电信设备、二次充电电池、电源、汽车电子及变压器等。

PPTC工作原理

以美国瑞侃公司的自复保险丝为例进行说明。如图1(a）所示，自复保险丝主要以经过特殊处理的聚合树脂（Polymer）为基础，掺入导体而构成。在正常情况下，聚合树脂将导体微粒紧密束缚于结晶状的结构内，构成一种低阻抗（几毫欧至几十毫欧）链键，线路上流经自复保险丝的电流所产生的热量很小，不会改变聚合树脂的晶状结构，从而电路保持通路。然而，当电流急剧增加时，自复保险丝的温度也会在很短时间内迅速上升，如图1(b)所示过多的热量便会将聚合树脂由结晶状变成胶状，这时被束缚在聚合树脂上的导体便会分离，阻抗迅速提高，使通过的电流在0.1ms内变小，电路如同断开，达到保护目的；待过流故障排除后，导体链键又重新建立，并自动恢复成低阻抗导体。

PTC效应与非线性PTC效应

所谓PTC效应简单地说就是当温度上升时，材料电阻值增大，所有具有类似金属特性的导体就有正温度系数的电阻值。在这些材料中，PTC的效应是以电阻值随温度呈线性逐渐增加来描述其特性的，这便是线性的PTC效应。

非线性PTC顾名思义，就是材料经过一个阶段的变化可能会产生阻抗，该阻抗超过一窄小的温度范围就会剧烈增加，如图2所示。某些类型的传导性聚合物会产生此种效应。这些传导性聚合物是电流保护元件的核心，通常称之为聚合物式PTC过电流限制器或自恢复保险丝。

PPTC元件动作原理是一种能量守恒，当电流流过元件时，由于I2R的关系会产生热，而产生的热便会全部或部分散发至环境中，没有散发出去的热便会提高元件的温度，图2中的第1点和第2点就是处于电流或环境温度的增加不显著时所达到的平衡。当电流或环境温度进一步提高时，元件会达到一个较高的温度如第3点，若此时电流或环境温度继续增加，产生的热能便会大于散发出去的，使得元件温度速增，在此阶段，很小的温度变化就会造成阻值大幅提高，可由图2的第3点及第4点看出，这时元件正处于保护状态，阻抗的增加便限制了电流的通过，而保护设备免于损坏。

PPTC元件的发展及应用

2003年初，瑞侃推出LVR系列自恢复元件，其工作交流电压240V，能够耐受的最大交流电压为265V，运作维持电流可从50～400mA，能够对供电和变压器的初级电压端同时提供电流过荷和过热保护。LVR元件的特性能够为变压器保护提供独特的益处，其在高阻抗状态下的表面温度能够保持在绝大多数变压器线圈绝缘性规定的温度范围内。这种低温运作特性，配合其体积小、阻抗低及良好的抵抗热冲击性能，使LVR元件可以与变压器线圈直接接触方式安装在一起。此类产品在国内市场已应用于海尔、海信等国内知名企业的产品中。

另外，瑞侃开发的新一代PPTC元件，其体积比市场上其他现有的聚合物正温度系数保险丝更小4 0%，其中NanoSMD自复元件的1206表面贴装形式为设计工程师提供了最优的小空间电路保护，这款产品主要适用于笔记本电脑、显示器、主机板及USB集线器与外设。康鸿信息技术股份有限公司开发的液晶显示器点亮装置就是用这款产品来保护其重要元件。

PPTC元件通常被串联在电路中，交直流均可，其封装形式有插件、滚动条、芯片、盘片机表贴等，且符合UL60950安规。另外，在USB埠、电池匣、汽车启动器等领域电路保护的应用中证明其有效性。泰科电子/瑞侃电路保护部门的PPTC产品已经获得UL、CSA、TUV的安全认证。它们有足够的能力提供可靠的自复式保护，减少昂贵的维护成本，并提高了使用者的满意度。