PPTC元件的工作塬理
PPTC电路保护元件採用半晶体状聚合物与导电性颗粒复合製成。在正常温度下,这些导电性颗粒在聚合物内构成了低电阻的网路结构。但是,如果温度上升到元件的切换温度(Tsw)时,无论这种状况是大电流造成的,还是由于环境温度的上升造成的,聚合物内的晶体物质将会融化并成为无定形物质。在晶体相融化阶段出现的体积增大会导致导电性颗粒在液力作用下分隔,并使元件的电阻值出现巨大的非线性成长。
典型情况下,电阻值将增加3个或者更多的数量级。电阻值增加后能够将故障条件下流经的电流数量降低到较低的稳态水準,从而保护电路内的设备。在故障排除以及电路电源断开以前,PPTC元件将保持在闩锁(高阻值)状态;而在导电性复合材料冷却下来并重新结晶后,PPTC元件将重新恢復低阻值状态。
在正常工作情况下,PPTC元件产生的或者散失的热量处于一个相对低温的平衡状态,如图2中的1点所示。当环境温度不变而流过元件的电流增加时,元件所产生的热量也会随之增加。如果增加的电流是微不足道的其所产生的热量能够散失到环境中,元件会稳定在一个较高的温度,如图3中的2点所示。
图2:PPTC元件保护电路为回应过流或者过温情况,从低电阻状态转到高电阻状态。
图3:PPTC元件的典型工作曲线。
相反的,如果不是电流增加而是环境温度上升,元件会稳定在一个较高的温度,可能再次到达如塬理图中的第2点。第2点也可能为电流和温度增加共同作用下的结果。随着电流、温度或者两者结合的进一步增加,将会引起元件升温并达到电阻迅速增加的温度,如图中第3点所示,这就是所谓的曲线低端拐点。任何进一步的电流或者环境温度增加将导致元件产生热量的速度比其向环境中散失热量的速度更快,使其温度迅速的升高。
在这个阶段中,随着非常小的温度变化将产生一个非常大的电阻值升高,如图中第3点与第4点之间所示。这是处于PPTC元件跳闸时的一个正常的工作区域。电阻增大导致电路中流经的电流相应的减少。
因为第3点和第4点之间的温度变化之间是很微小,这种关係将一直保持直到元件达到曲线上第4点的上拐点。只要外部施加的电源电压保持在这个电平,则元件会一直闭锁在跳闸状态。一旦外施电压断开、电源迴圈启动后,PPTC元件将重定到低阻态状态,电路恢復到正常工作状态。
图4说明了PPTC跳闸前后保护HB LED照明系统的电路。此图表明瞭在跳闸后电流是如何被降低,从而保护电路免受过流、过温情况所造成的损坏。
图4:PPTC元件跳闸前后的电路状态。