過流保護(hù)電路

過流保護(hù)電路

過流保護(hù)用PTC熱敏電阻是一種對異常溫度及異常電流自動(dòng)保護(hù)、自動(dòng)恢復(fù)的保護(hù)元件，俗稱"自復(fù)保險(xiǎn)絲""萬次保險(xiǎn)絲"。它取代傳統(tǒng)的保險(xiǎn)絲，可廣泛用于馬達(dá)、變壓器、開關(guān)電源、電子線路等的過流過熱保護(hù)，過流保護(hù)用PTC熱敏電阻通過其阻值突變限制整個(gè)線路中的消耗來減少殘余電流值。傳統(tǒng)的保險(xiǎn)絲在線路熔斷后無法自行恢復(fù)，而過流保護(hù)用PTC熱敏電阻在故障撤除后即可恢復(fù)到預(yù)保護(hù)狀態(tài)，當(dāng)再次出現(xiàn)故障時(shí)又可以實(shí)現(xiàn)其過流過熱保護(hù)功能。

    2.20.1 原理電路
    當(dāng)電路處于正常狀態(tài)時(shí)，通過過流保護(hù)用PTC熱敏電阻的電流小于額定電流，過流保護(hù)用PTC熱敏電阻處于常態(tài)，阻值很小，不會影響被保護(hù)電路的正常工作。當(dāng)電路出現(xiàn)故障，電流大大超過額定電流時(shí)，過流保護(hù)用PTC熱敏電阻陡然發(fā)熱，呈高阻態(tài)，使電路處于相對"斷開"狀態(tài)，從而保護(hù)電路不受破壞。當(dāng)故障排除后，過流保護(hù)用PTC熱敏電阻亦自動(dòng)回復(fù)至低阻態(tài)，電路恢復(fù)正常工作。
   
          
                                       圖2.20.1  過流保護(hù)電路

    2.20.2 主要元器件選擇
    1.最大工作電壓
    PTC熱敏電阻器串聯(lián)在電路中，正常工作時(shí)僅有一小部分電壓保持在PTC熱敏電阻器上，當(dāng)PTC熱敏電阻器啟動(dòng)呈高阻態(tài)時(shí)，必須承受幾乎全部的電源電壓，因此選擇PTC熱敏電阻器時(shí)，要有足夠高的最大工作電壓，同時(shí)還要考慮到電源電壓可能產(chǎn)生的波動(dòng)。
    2.不動(dòng)作電流和動(dòng)作電流
    為得到可靠的開關(guān)功能，動(dòng)作電流至少要超過不動(dòng)作電流的兩倍。
    由于環(huán)境溫度對不動(dòng)作電流和動(dòng)作電流的影響極大(見圖2.20.2)，因此要把最壞的情況考慮進(jìn)去， 對不動(dòng)作電流來說，選應(yīng)用在允許的最高環(huán)境溫度時(shí)的值，對動(dòng)作電流來說，選應(yīng)用在較低環(huán)境溫度下的值。

                             圖2.20.2  環(huán)境溫度對不動(dòng)作電流和動(dòng)作電流的影響

    3.在最大工作電壓時(shí)允許的最大電流
需要PTC熱敏電阻器執(zhí)行保護(hù)功能時(shí)，要檢查電路中是否有產(chǎn)生超過允許的最大電流的條件，一般是指用戶存在產(chǎn)生短路可能性的情況。規(guī)格書已經(jīng)給出了最大電流值，超過這個(gè)值使用時(shí)，可導(dǎo)致PTC熱敏電阻器破壞或早期失效。
    4.開關(guān)溫度（居里溫度）
我們可提供居里溫度80 ℃、100 ℃、120 ℃、140 ℃的的過載保護(hù)元件，一方面， 不動(dòng)作電流取決于居里溫度和PTC熱敏電阻器芯片的直徑，從降低成本方面考慮，應(yīng)選用高居里溫度和小尺寸元件；另一方面須考慮，這樣選擇的PTC熱敏電阻器會有較高的表面溫度，是否會在線路中導(dǎo)致不希望的副作用。一般情況下， 居里溫度要超過最高使用環(huán)境溫度20 ~ 40 ℃。
    5.使用環(huán)境的影響
在接觸化學(xué)試劑或在使用灌注料或填料時(shí)，須特別小心鈦酸鋇陶瓷被還原導(dǎo)致PTC熱敏電阻器效應(yīng)下降，以及由于灌注造成的導(dǎo)熱條件變化，都可能導(dǎo)致PTC熱敏電阻器局部過熱而損壞。

    2.20.3 應(yīng)用舉例
    已知一電源變壓器初級電壓220V，次級電壓16V，次級電流1.5A， 次級異常時(shí)的初級電流約350mA，10分鐘之內(nèi)應(yīng)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，變壓器工作環(huán)境溫度-10 ~ 40 ℃，正常工作時(shí)溫升15 ~ 20 ℃， PTC熱敏電阻器靠近變壓器安裝，請選定一PTC熱敏電阻器用于初級保護(hù)。
    1.確定最大工作電壓
    已知變壓器工作電壓220V，考慮電源波動(dòng)的因素，最大工作電壓應(yīng)達(dá)到220V×（1+20%）=264V
    PTC熱敏電阻器的最大工作電壓選265V。
    2.確定不動(dòng)作電流
    經(jīng)計(jì)算和實(shí)際測量，變壓器正常工作時(shí)初級電流125mA，考慮到PTC熱敏電阻的安裝位置的環(huán)境溫最高可達(dá)60 ℃，可確定不動(dòng)作電流在60 ℃時(shí)應(yīng)為130~ 140mA。
    3.確定動(dòng)作電流
    考慮到PTC熱敏電阻器的安裝位置的環(huán)境溫度最低可達(dá)到-10 ℃或25℃， 可確定動(dòng)作電流在 -10 ℃或25℃時(shí)應(yīng)為340~ 350mA，動(dòng)作時(shí)間約5分鐘。
    4.確定額定零功率電阻R25
    PTC熱敏電阻器串聯(lián)在初級中，產(chǎn)生的電壓降應(yīng)盡量小，PTC熱敏電阻器自身的發(fā)熱功率也應(yīng)盡量小，一般PTC熱敏電阻器的壓降應(yīng)小于總電源的1%，R25經(jīng)計(jì)算：
                                         220V × 1% ÷0.125A=17.6 Ω
    5.確定最大電流
    經(jīng)實(shí)際測量，變壓器次級短路時(shí)， 初級電流可達(dá)到500mA， 如果考慮到初級線圈發(fā)生部分短路時(shí)有更大的電流通過，PTC熱敏電阻器的最大電流確定在1A以上。
    6. 確定居里溫度和外形尺寸
    考慮到PTC熱敏電阻器的安裝位置的環(huán)境溫最高可達(dá)60 ℃， 選擇居里溫度時(shí)在此基礎(chǔ)上增加40 ℃， 居里溫度為100 ℃，但考慮到低成本， 以及PTC熱敏電阻器未安裝在變壓器線包內(nèi)， 其較高的表面溫度不會對變壓器產(chǎn)生不良作用，故居里溫度可選擇120 ℃，這樣PTC熱敏電阻器的直徑可減小一檔，成本可以下降。
    7.確定PTC熱敏電阻器型號
    根據(jù)以上要求，查閱我們公司的規(guī)格表，選定MZ11-10P15RH265
    即: 最大工作電壓265V， 額定零功率電阻值15Ω± 25%，不動(dòng)作電流140 mA，動(dòng)作電流350 mA，最大電流1.2A，居里溫度120 ℃，最大尺寸為ø11.0mm。