新颖的电路保护器件—聚合体开关

【中心议题】

• 介绍了聚合体开关的结构、原理与特性
• 提出了聚合体开关的应用

【解决方案】

• 通过温度升高导致聚合体开关成为高阻状态
• 电路存在故障时,聚合体开关不会自动恢复

1.概述

过流、过热保护元件—聚合体开关是一种聚合体PTC(positive Temperature Coefficient)器件。温度升高时,它的电阻值急剧增加。常态时,聚合体开关的阻值非常低,当流过它的电流达到一定数值时,它的温度急剧升高,当温度达到120℃左右时,阻值增大到104欧姆左右,这样可将电路内的电流限制在极微小的数值上,因而可保护设备的安全。切断电源后,聚合体开关的温度下降,其电阻值恢复到常态时的数值。故障排除后,再次接通电源,电路可恢复正常工作状态。因此,聚合体开关被称为可反复使用的保险丝。

聚合体开关不仅不需要象保险丝那样经常更换,而且对冲击电流也不产生响应,因此作为短路时的过流保护器件,完全可以取代保险丝。当电路出现异常时,该器件处于高阻或开路状态,因此是一种可靠性较高的保护器件。

2.结构、原理与特性

2.1结构

在具有PTC特性的导电聚合体两侧,贴上镍箔薄型电极,然后在电极上焊接二根引线,即构成聚合体开关,如图1所示。

2.2工作原理

当流过聚合体开关的电流不大于它的保持电流时,焦耳发热与稍高于环境温度的元件本身的发热是平衡的,此时,聚合体开关维持低阻值状态。当流过聚合体开关的电流大于跳闸电流时,开关自身的发热量急剧增加,远远超过了散热量,元件温度迅速升高到120℃左右,开关呈现高阻值状态,这样就可将流过聚合体开关的电流限制在极小的数值,如图2所示。

聚合体开关处于高阻状态时,流过它的极小电流仍能使聚合体开关维持高温状态,因此电路存在故障时,聚合体开关不会自动恢复,因此,不会出现反复接通/断开的现象。即使电路的故障消除了,在切断电源之前,聚合体开关仍能维持“跳闸”状态。

2.3特性

聚合体开关作为一种过流保护元件具有下述特性:

(1)复位特性:当切断电源时,由于聚合体开关具有自动复位功能,因此无须更换聚合体开关,原器件可以重复使用。

(2)锁定特性:

一旦“跳闸”,虽已切断电源,但由于聚合体开关的温度尚未下降,因此不会引起复位。这对存在故障的电路是十分安全的。

(3)低速切断

特性:聚合体开关的工作原理是基于元件自身的发热机理,因此浪涌电流和冲击电流都不会引起聚合体开关“跳闸”,这种特性特别适合于有可能带电插拨的鼠标/键盘口、SCSI、USB、IEEE1394接口及LAN口等的保护。

(4)常态时呈低电阻:常态时,聚合体开关呈现几毫欧~几欧姆的低阻值状态,因此它同时适用于5V电源小功率系统及常态时电流为数安培的电路。

(5)大的额定电流:大部分聚合体开关可以切断高达40A的电流,因此无须对器件特别设置电流上限。

(6)安全标准:几乎所有的器件都达到了UL、CSA、TUV等国际安全标准。

3.应用

聚合体开关适用于下述领域,如:锂离子电池、二次电池阻、充电器、电话机、电话交换机、调制解调器、终端适配器、设备开关装置、直流马达、螺线管线圈、扬声器、个人计算机及其外部设备。

聚合体开关使用方法与保险丝类似,它应同被保护的电路串联,但是,聚合体开关的选用方法与保险丝有根本不同,它是根据保持电流的大小来选择的。所谓保持电流(IH)就是在20℃下不“跳闸”的最大电流;而跳闸电流(IT)则是指在20℃时必须跳闸的最小电流,通常IT为IH的二倍。聚合体开关从进入工作区到“跳闸”所需要的时间与电流有关,电流值越大,这段时间越短。

4.产品系列

无论在交流或直流电路中,都可以使用聚合体开关。不过额定电压最高值为60V的RXE系列聚合体开关,不能在交流100V或电压更高的场合中使用。常用的聚合体开关有下述各种系列:

(1)RXE系列:额定电压为60V,引线型,保持电流从0.1~3.75A,共17个品种。

(2)RUE系列:额定电压为30V,引线型,保持电流从0.9~9.0A,共13个品种。

(3)SMD系列:额定电压从15~60V,表面安装型,保持电流从0.3~2.5A,共9个品种。

(4)迷你SMD系列:额定电压从6V~15V,超小型表面安装型,保持电流从0.3~2.5A,共4个品种。

(5)TR系列:最大断路电压为250~600V,电话电路专用型,保持电流从90~160mA。

(6) SRP系列:二次电池阻件保护专用型。