自恢复保险丝(PTC)的选择和应用

自恢复保险丝(PTC)的选择和应用，PTC 用在电路里面防过流的，电流增大，温度升高，而温度升高阻值升高，所以是正温度系数。

23、自恢复保险丝(PTC)的选择和应用

• 概述
  • PTC 的学名，叫正温度系数热敏电阻，也叫自恢复保险丝，这个是对温度敏感的器件。
  • 电路符号 多一横就变成了压敏 PTC实物，一般是黄颜色，方块状和圆状，很薄， 没有压敏电阻本体厚
  • 贴片PTC，一般信号口退耦见的多，插装的电源口防过流用的多
  • PTC 用在电路里面防过流的，电流增大，温度升高，而温度升高阻值升高，所以是正温度系数。 NTC，负温度系数热敏电阻，随温度升高电阻变小，防雷里面不用，我们不讲，这个主要是用在电源口，抑制开关脉冲的。
    • NTC的链接方式也是如图方式，后级有电容时， 上电时会有很大的电流冲击，经过NTC限流， NTC温度升高之后，阻值下降，功耗降低，负载正常工作 NTC一直工作在温度相对较高的情况下
  • PTC 按材料特性，分为两种，高分子聚合物 PPTC 和陶瓷 CPTC 两类，但大家平时接触的大多是PPTC，因为高分子PTC比陶瓷PTC性能更好，所以，优胜劣汰，现在，我们见到的基本都是PPTC
    • PPTC优点
      • （1）正常工作时电阻非常小，有的能做到毫欧级，所以在正常电路里功率忽略不计；
      • （2）体积小，电阻在响应后突变非常快；
      • （3）保护后恢复快，耐冲击。
• 原理
  • PPTC可以防过流，过温，比保险管多了个过温防护。
  • T-R曲线
    • 这是PTC动作前动作中的曲线。
    • 当故障来了PPTC的温度达到它的触发温度后， PPTC的电阻瞬态增大 就对电路起到保护作用，电流很小， 而且本身又分压，所以后级电路得到保护
  • PPTC 动作后的 T-R 曲线，故障排除之后，PPTC 随着时间推移，温度降低，那么电阻又恢复到很小的一个值
• 规格参数
  • 1）保持电流IH，25℃静止空气中不会使电阻值突变的最大电流；也就是说，不让PPTC动作的电流。
  • 2）触发电流 IT，25℃静止空气中能使电阻值突然变大的最小电流；也就是说，PPTC 完全响应时的电流
  • 3）动作时间 Ttrip，通过 5IH 或3IH，或规定电流（其它系列）的最大动作时间，电流越大或/和温度越高则动作时间越快！
  • 4）最大电压Vmax，在额定电流下能承受的最大电压；
  • 5）最大电流Imax，在额定电压下能承受的最大故障电流；
  • 6）动作功率，在25℃静止空气环境下，动作状态下的消耗功率；
  • 7）静态电阻，在25℃静止空气环境下，在工作前电阻值应在静态电阻最小值Rmin和最大值Rmax所确定的范围之内，即Rmin≤R≤Rmax。
  • 动作时间
    • 从图里面看，动作电流越大，动作时间越短，但最小的动作时间一般都要ms级。 我们测试的浪涌，一般都是 us级，所以，自恢复保险丝(PPTC)动作时间很慢,一般串接在电路只能用来防止电路过流和过温。
• 参数选型
  • Ihold，维持电流；Itrip，触发电流；
  • Vmax，最大工作电压；Pdtyp，动作功率
  • 1、工作电流必须小于保持电流，也就是说电路正常工作时不动作；
  • 2、触发电流必须先小于故障电流，故障电流又小于自身最大工作电流，即IT≤If≤Imax，就是这个关系！
  • 3、工作电压要小于PPTC最大耐压
  • 4、来看看PPTC在防雷里面的应用，主要是作为多级保护电路中间的退耦，因为，他的静态电阻很小，可以起到退耦电阻的作用
  • 防雷时PTC用在信号口，主要用作两级防护的退耦 通常不单独用来防雷，为什么？响应太慢了，比雷击浪涌时间更长。
• 案例
  • 现象
    • 某医疗设备，电源线在做浪涌实验时，线-线1KV/2Ω和线-地 2KV/12Ω，则手部训练器停止动作，实验不通过。
    • 系统使用的是AC220V-DC12V电源板，打开机子看单板电源输入电路，发现浪涌防护电路仅有一颗PTC（热敏电阻） 是电源接口电路，接口电路是滤波电路，再加PTC。
  • 分析
    • 前面我们也讲过，PTC单独不能防浪涌，防浪涌时是需要和其它电路配合作为退耦，所以，上面这个电路，可以认为没有防雷电路，因此，测试注入的浪涌，直接就从电源板传播到主板。
    • 看上面的机理分析，浪涌进来，滤波电路滤除部分浪涌，大部分还是会流入后级单板，此时，浪涌电流进入整个电源板和主板，风险肯定增大了，这就是问题所在。 问题实质是电源接口电路没有做防护
  • 整改措施
    • 我们给接口设计防护电路，大家想想，220V电源，接口防护的话，根据我们前面讲的，线线需要一颗压敏电阻，线地需要两颗压敏电阻和一个气体放电管，若一级防护需要这四个器件。 如果，我们做两级保护，此时还需要2个空心电感，另外还需要一颗压敏或者3颗TVS所以，220V电源接口防雷，可能需要7-9颗器件。 此时大家想想，这个需要多大的面积，而且电源板已经成型，产品等着注册，这么大的改动，量产也能很难。
    • 面说过，产品在浪涌测试时，出现故障，重启后一切正常... 浪涌时电源板上的器件耐压肯定没有问题，不会存在浪涌损坏电源板上的器件！ 确定了这个后，我们转换思路，在电源输出端加TVS防护！ 此时，线-线1颗，线-地两颗，且输出电源 12V，电压小，需要的TVS功率也小，所以，所选的TVS封装很小。
  • 结果
    • TVS加在电源输出端，简单易行，选用3颗TVS，型号为SMCJ15CA，功率是1500W，通流量75A，换算成8/20us波形，通流量可以达到350A以上 线-线1kV浪涌，差模电流最大500A，线-地2kV浪涌，共模电流最大100A，TVS加上之后，一把测试通过！
• 问答
  • 问：如果没有排除故障，PPTC会不会因为温度升高而损坏？ 答：一直处于高阻，可以认为断路了。
  • 问：PPTC时间单位是？ 答：一般都秒这个级别了
  • 问：这个高温下的NTC效应是指在高温时，电阻会下降吗？ 答：是的，开关的瞬态是高阻，电路正常工作后随着温度升高，阻值降低。
  • 问：持续的环境高温会不会使热敏电阻阻值变得很高？ 答：不会的，这个热效应没那么明显，测试值都是25 摄氏度，这个温度基本是绝大多数情况的应用了
  • 问：通流量75A和350A怎么换算的？ 答：乘以4-5倍。
  • 问：为什么换算成8/20后流量能达到350？ 答：能量和持续时间关系很大，也就是波形包围的面积，很明显，10/1000us的能量更大，注意前面讲过，TVS通流量是这个波形测试的。
  • 问：这静态电阻很小，相当于不存在，也可以起到退耦作用吗？ 答：一般几个欧姆，退耦电阻通常就选几个欧姆