PolySwitch元件動作保護特性分析

2021-01-10 電子產品世界

PolySwitch自恢復保險絲是美國瑞侃(Raychem)公司生產的一種新型元件,由聚合物摻加導體而製成。聚合物基導電複合材料中往往具有正溫度係數(PTC)效應,即材料的電阻隨溫度上升而增大,並且在聚合物的熔點附近急劇增大,具有熱敏開關特性。

PolySwitch元件在過電流情況下溫度急劇上升,電阻迅速增大,將迴路電流降到足夠小,電路如同開路,從而使電路受到保護。當過電流消失時,PolySwitch元件的溫度降低,電阻恢復常態,以允許電路正常工作。由於PolySwitch元件具有自動恢復的特性,通常情況下無需更換,與傳統的保險絲相比具有很多優點,因此在民用和工業領域得到廣泛應用。

PolySwitch元件是非線性元件,且對環境溫度敏感,不同的應用範圍要選用不同的元件。選用PolySwitch元件的通常方法是採用查表法,其手續繁雜,精度不高。本文分析了PolySwitch元件手冊中給出的動作保護特性曲線,根據其特點建立了PolySwitch元件動作保護特性的數學模型。經實驗驗證及曲線比較,證明根據該數學模型繪製的仿真曲線與PolySwitch元件手冊中給出的動作保護特性曲線形態一致,且與實測數據基本吻合。

PolySwitch元件的動作保護特性

PolySwitch元件有多種系列產品,其產品特性各不相同。以常用的RXE系列元件為例,其20℃時的電氣特性如表1所示。

表1 RXE系列元件20℃時的電氣特性

表1中各符號的含義如下:

IH:20℃環境溫度下的最大工作電流

IT:20℃環境溫度下PolySwitch元件啟動保護的最小電流

Vmax:PolySwitch元件的最大工作電壓

Imax:PolySwitch元件能承受的最大電流

Pdmax:PolySwitch元件動作狀態下的最大消耗功率

Rmax:PolySwitch元件未動作前的初始最大阻值

Rmin:PolySwitch元件未動作前的初始最小阻值

由表1可知,該系列元件所能承受的最大電流為40安培,故障時啟動保護的最小電流是最大工作電流的2倍。

RXE系列PolySwitch元件20℃時的動作保護特性曲線見圖1。其中橫坐標表示故障電流,單位為安培,縱坐標表示動作時間,單位為秒。兩個坐標軸均為對數坐標。圖中每一條曲線對應一個型號的元件,構成該系列元件的動作保護特性曲線簇。表2為圖1中曲線標號與元件型號的對照表。

圖1 RXE系列元件20℃時的動作保護特性曲線

在圖1所示的對數坐標系中,每一條曲線都可看作由彎曲部分和直線部分連接而成,兩部分的臨界點位置隨元件型號的不同而不同。由於各型號元件曲線的變化趨勢基本相同,建立數學模型的方法也相同。

表2 曲線標號與元件型號對照表


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