C元件溫度特性分析與在電器超溫過載保護(hù)上的應(yīng)用闡述

1、附件：“全國電器附件行業(yè)技術(shù)交流大會論文PPTC元件溫度特性分析與在電器超溫過載保護(hù)上的應(yīng)用闡述The thermal characteristic of PPTC components and the application to protect the electrical apparatus against over temperature-好利來中國電子科技股份 研發(fā)部 李渠陵 李鵬 吳惠平 摘要 PPTC熱敏電阻元件往往被用作可以復(fù)位的電流保護(hù)元件，在各種電器的輸出過載或短路保護(hù)上有較好的表現(xiàn)。而本文，復(fù)原了PPTC的熱敏屬性，就其電阻、動作溫度特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和理論研究。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說明

2、：PPTC在不同的電流下，會在不同的溫度點(diǎn)出現(xiàn)明顯的跳躍式的電流突降。也就是說通過匹配適當(dāng)?shù)膮?shù)的PPTC元件，可以為電器提供適合的保護(hù)溫度。由此，本文為PPTC的應(yīng)用提供了一個(gè)新的領(lǐng)域，并為電器設(shè)計(jì)者較詳細(xì)地闡述了其在超溫保護(hù)上的應(yīng)用方法。 PPTC sensitive components are being used as over current protective devices,and are effective to protect apparatus against put-out over load and short-circuit.In this article,we

3、re-discuss the thermal sensitive characteristic, and discuss the relations between the resistance and tripping action with ambient temperature. The tests show that different current flow over the PPTC components will decrease sharply to trip at different temperature. By the way ,a suitable PPTC comp

4、onent will protect the apparatus against over temperature at a suitable temperature.The article show a new application of PPTC components,and the new way to protect apparatus against over temperature.PPTC 及其一般應(yīng)用PPTC 材料是由高分子聚合物中混入碳黑粒子或其他導(dǎo)電微粒后制成具有半導(dǎo)電特性熱敏材料，其電阻值會隨溫度的提高而在一定溫度后出現(xiàn)階躍式增大。如圖.1.所示，自復(fù)保險(xiǎn)絲主要由高分于

5、復(fù)合物及導(dǎo)體微粒組成,在正常工作時(shí)，聚合物緊密地將導(dǎo)體包在結(jié)晶狀的結(jié)構(gòu)內(nèi)，導(dǎo)電微粒的量足夠多時(shí)，會堆積而形成一個(gè)個(gè)鏈段，鏈段相連構(gòu)成一個(gè)低阻抗的導(dǎo)電通道。如下圖。當(dāng)溫度升高到結(jié)晶熔化時(shí)如下圖，熱便會改變聚合物的結(jié)晶狀態(tài)及出現(xiàn)膨脹，使被包在聚合物上的導(dǎo)體鏈別離，導(dǎo)致阻抗迅速提高；而當(dāng)溫度降低后，高分子重新結(jié)晶，導(dǎo)體鏈鍵又重新建立恢復(fù)成低阻抗。由PPTC材料制成的元件被稱為：自復(fù)保險(xiǎn)絲。自復(fù)保險(xiǎn)絲主要是串接于輸出回路里對過電流進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)太大電流流過時(shí)，自復(fù)保險(xiǎn)絲以I2R功率發(fā)熱膨脹，使碳粒子別離，電阻增大。發(fā)熱越快，膨脹越迅速，使其阻值遞增加劇。當(dāng)元件內(nèi)部溫度升到125，電阻增大更劇烈。電阻的增

6、大使得線路中的電流急劇下降，只有一個(gè)小量電流仍流過元件。它足以維持元件的溫度，并使元件保持高電阻狀態(tài) 到達(dá)阻斷電流保護(hù)電器的目的。當(dāng)電源開關(guān)關(guān)閉及故障消除后，自復(fù)保險(xiǎn)絲就會冷卻。它冷卻后，會恢復(fù)至初始狀態(tài)，并重新使導(dǎo)電粒子相互連接，其電阻又降至可流過額定的不動作電流水平。這種循環(huán)可重復(fù)很屢次。如圖.2.所示，在點(diǎn)1時(shí)溫度較低，產(chǎn)生的熱和散熱到達(dá)熱平衡；點(diǎn)2為當(dāng)流過的電流或環(huán)境溫度較高時(shí)，自復(fù)保險(xiǎn)絲的熱平衡狀態(tài)；點(diǎn)3為電流或環(huán)境溫度繼續(xù)增加時(shí)的熱平衡臨界點(diǎn)，此期間很小的溫度變化就會造成阻值的大幅度提高，在點(diǎn)4時(shí)自復(fù)保險(xiǎn)絲正處于動作保護(hù)狀態(tài)，阻抗的速增限制了大電流的通過，而使保護(hù)設(shè)備免受損壞。圖.

7、2.綜上所述，PPTC元件在對過電流響應(yīng)時(shí)，實(shí)際是因熱能的作用引起自身溫度升高所致。那么，PPTC元件的熱學(xué)特性又對電器的過熱保護(hù)又什么樣的效果呢？PPTC溫度特性的實(shí)驗(yàn)探索從上面看，PPTC本身就是熱敏材料，所以由它制作出的元件的特性就一定與溫度相關(guān)聯(lián)。因此，我們用PPTC元件做了溫度特性試驗(yàn)。試驗(yàn)步驟如下：試驗(yàn)1：R-T特性測試將PPTC樣品置于恒溫箱里，用導(dǎo)線引出，用電阻儀測量電阻值采用四電極。烘箱升溫速度控制在2/min,記錄各溫度點(diǎn)上的電阻值。圖.4.即是幾個(gè)樣品測試統(tǒng)計(jì)的結(jié)果。PPTC在常溫下是處于低電阻狀態(tài)，在一定溫度后，電阻開始出現(xiàn)非線性的突變，圖.4.示的該P(yáng)PTC在85-1

8、10就開始出現(xiàn)增大的變化，而在120-130就出現(xiàn)了越來越大的正溫度系數(shù)的變化。在135左右，又出現(xiàn)一個(gè)拐點(diǎn)后變化趨緩。試驗(yàn)2：恒定電流與溫度關(guān)系測試將PPTC樣品置于恒溫箱里，用導(dǎo)線引出，并按如下電路連接。 圖.3.實(shí)驗(yàn)中我們采用的直流恒壓電源。電源的輸出電流由模擬負(fù)載-線性電阻RL設(shè)定。而負(fù)載電阻按下式計(jì)算： RL=U/IH-RP25其中：U:是恒壓源輸出電壓； IH:是預(yù)設(shè)的工作電流或保持電流； RP25:是PPTC在25是的初始電阻值。階段式升高溫度，每次升溫2，每次恒溫10min，記錄個(gè)溫度點(diǎn)流過PPTC及負(fù)載的穩(wěn)定電流。 圖.5.是一由幾個(gè)型號PPTC自復(fù)保險(xiǎn)絲在模擬10mA工作電

9、流下得到的恒定電流隨溫度變化曲線。表.1.列出了不同規(guī)格PPTC在10mA和24mA，30V模擬工作電流下測試情況。 電源：30V，10mA,型號PTMK002PTMK008PTMK009PTMK010PTMK015PTMK020額定保持電流樣品電阻動作溫度77-7892-9396-9798-9999-100101-102電源：30V，24mA,樣品電阻動作溫度30-3572-7481-8283-8588-9092-94試驗(yàn) 3：響應(yīng)時(shí)間動作時(shí)間與溫度關(guān)系測試將PPTC樣品置于恒溫箱里，用導(dǎo)線引出，并按圖.3.電路連接。實(shí)驗(yàn)中我們采用的直流恒壓電源。電源的輸出電流由模擬負(fù)載-線性電阻RL設(shè)定。

10、調(diào)節(jié)恒溫箱溫度，每5一個(gè)點(diǎn)每個(gè)點(diǎn)恒溫10min給回路通電，記錄PPTC的響應(yīng)時(shí)間和溫度的關(guān)系。圖.6.即一支樣品在相同的電流，不同的溫度情況下，PPTC的響應(yīng)時(shí)間和溫度的關(guān)系曲線圖。實(shí)驗(yàn)中有三個(gè)現(xiàn)象值得注意:在一定的電流下，隨著溫度升高，PPTC均會在一定溫度時(shí)觸發(fā)而使電流降低很多；而不同的規(guī)格PPTC又會有不同的響應(yīng)溫度。PPTC的額定保持電流越大，其對溫度的響應(yīng)溫度點(diǎn)就越高。同一規(guī)格的PPTC在不同的電流下對溫度的響應(yīng)不同，在越大的電流下，對溫度的響應(yīng)溫度點(diǎn)就越低。同樣的觸發(fā)電流，環(huán)境溫度越高，PPTC的動作時(shí)間就越短。實(shí)驗(yàn)分析 從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，PPTC的阻抗、所能保持的電流均與溫度密

11、切相關(guān)，同一動作電流下，PPTC元件響應(yīng)也會因溫度升高而變得更快。簡而言之，PPTC元件就其自身的熱敏特性，可以使其在某一特定溫度下觸發(fā)而使線路電流急速降低到達(dá)保護(hù)電器不會因過熱而燒毀的目的。這也說明PPTC元件除了能對過電流響應(yīng)以外，同時(shí)還可以對過熱產(chǎn)生響應(yīng)。 實(shí)驗(yàn)還說明:PPTC元件的觸發(fā)溫度不是元件單一確定的，是與元件所通過的電流相關(guān)聯(lián)。要想獲得相應(yīng)的保護(hù)溫度，必須選用不同的型號規(guī)格。由圖.5.和表一可見，元件的額定保持電流越大，在相同電流下的觸發(fā)響應(yīng)溫度就越高。同時(shí)，也要注意，圖.4.可以看到，在125-135時(shí)，PPTC元件電阻已經(jīng)變得很大，即，即使流經(jīng)的電流很小，此時(shí)的PPTC元件也是處于關(guān)斷的高電阻狀態(tài)。結(jié)語從本文我們