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  • WHPTC器件选型与应用指南
  • 文章出处 - 万瑞和电子 | 作者 - 管理员 | 人气 - | 发表时间 - 2012-08-23 15:12:00
  • 概述

    WHPTC (高分子正温度系数)器件可帮助防护过电流浪涌及过温的故障。热敏电阻型器件可在故障条件下限制危险的大电流流过。但是它不同于只能使用一次就必须更换的传统保险丝，万瑞和公司通过十二年精心打造的WHPTC器件在故障排除和断开电源之后能够复位，进而减少了元件成本、服务和维修费用。
    WHPTC电路保护器件是由高分子PTC原料掺加纳米导体微粒所制成的。如图1所示，在正常温度下原料紧密地将导体束缚在结晶状的结构，构成一个低阻抗的链接。然而，当大电流通过或周围环境温度升高导致器件温度高于动作温度时，在高分子中的导体融化而变成无规律排列，体积膨胀并导致阻抗迅速提高. 
                 PPTC原理图
                         PTC工作原理图
     
    高分子WHPTC用作过电流保护

    在电路中正温度系数(WHPTC)过电流保护器件是在电路中串联使用, 当电流急速增加的时候，WHPTC从低电阻变高电阻来保护电路。这即称为器件‘动作’，如图2所示是一个典型的应用。
                 典型PTC应用
                       自恢复保险丝应用(PTC应用）图
     
    在正常工作状态中此器件电阻值远小于电路中的其余的电阻。但是对过流情况做出反应，器件电阻提高(动作)，从而将电路中的电流减少为任意电路器件均可以安全承载的值。这一保护动作是因其内部I2RT所产生的热量或WHPTC周围器件发热高温，使器件温度快速升高造成的。  

    动作原理

    WHPTC器件动作原理是一种能量的平衡,如图3所示当电流流过WHPTC器件时，由于I2RT的关系会产生热量，而产生的热量便会全部或部份散发至环境中，没有散发出去的便会提高WHPTC器件的温度。
    在图3的Point 1时温度较低，产生的热量和散发的热量达到平衡，但是当流过的电流较多或是环境温度较高时，会产生较高的热量，而提高WHPTC器件的温度，然而当电流或环境温度的增加并不显著，WHPTC器件所产生的热量可以散发至环境中而在Point 2达到平衡。
    当电流或环境温度再提高时，WHPTC器件会达到一个较高的温度如图Point 3所示。若此时电流或环境温度继续增加，产生的热量能便会大于散发出去的，使得WHPTC器件温度速增，在此阶段，很小的温度变化就会造成阻值的大幅提高，这现象可由图上的Point 3及Point 4看出。这时WHPTC器件正处于动作的保护状态，阻抗的增加便限制了电流的通过，而保护设备免于损坏。如以上所述WHPTC热敏电阻在环境温度升高时，其阻值亦会随之增加，从而达到Point 4的高阻抗状态，并不需外加电流。当温度下降后WHPTC就以热敏电阻的特性回复到低阻抗状态。此种现象可做为温度感应控制。
                PTC动作曲线图
     
    保持和动作电流作为温度函数的示例

    图4说明了作为温度函数的WHPTC器件的保持和动作电流行为。可以为每个可用器件定义一条这样的曲线。A区说明了WHPTC器件将动作 (转到高电阻状态) 以保护电路时的电流和温度的组合。B区说明了WHPTC器件将允许电路正常工作的电流和温度的组合。在C区，此器件可能动作或保持在低电阻状态 (这取决于单个器件的电阻)。 
               
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    高分子WHPTC动作原理

    图5显示了在0℃和75℃下的静止空气中聚合PTC器件的一对典型运行曲线对。这些曲线是不同的，因为需要动作器件的热量来自电气I2RT加热和器件环境。75℃时环境的热量输入要比0℃的热量输入大得多，因此动作所需要的附加I2RT相对较少，造成在给定的动作时间内的较低的动作电流(或在给定的动作电流下动作更快)。
                PTC在不同温度的特性图

     
    图6显示了动作和随后允许冷却的WHPTC器件的典型行为。在此图中，我们可以清楚地看到，即使在若干小时以后，器件电阻依然大于初始电阻。电阻的减降过程会延续一段较长的时间，最终电阻才接近初始电阻。由实验得知，一般断电后30秒内可再次开电使用，（如果在电机内部则要等电机冷却才可以。）。
                典型PTC动作后电阻恢复图

    WHPTC选型方法与步骤

    第1步:决定电路参数
    您需要确定电路的以下参数：
    最大工作环境温度
    标准工作电流
    最大工作电压
    最大中断电流
    第2步:选择能容纳电路最大环境温度和标准工作电流的WHPTC器件
    使用折减比率[环境温度(℃)的保持电流(A)]表并选择与电路最大环境温度最匹配的温度。浏览该栏以查阅等于或大于电路标准工作电流的值。现在查看该行的最左边，查阅最适于该电路的器件系列。
    第3步:将所选器件的最大电气额定值与电路最大工作电压和中断电流做比较
    使用电气特性表来验证您在第2步中所选的零件是否将采用电路的最大工作电压和中断电流。查阅装置的最大工作电压(Vmax)和最大中断电流(Imax)。确保Vmax和Imax大于或等于电路的最大工作电压和最大中断电流。
    第4步:决定动作时间
    动作时间是当故障电流通过器件时将此器件切换到高电阻状态所用的时间量。为了提供预期的保护功能，明确WHPTC器件的动作时间是很重要的。如果您选择的器件动作过快，则有可能会出现异常动作或有误动作。如果器件动作过慢，则在器件动作并限制电流之前，受保护的器件可能已损坏。
    使用25℃时的典型动作时间曲线来决定WHPTC器件在预期的故障电流下动作时间特性能否接受，如果不能，则再回到第2步选择另一替代器件。
    第5步:验证环境工作温度
    确保应用场合的最小和最大环境温度在WHPTC器件的工作温度范围内。大多数WHPTC器件的工作温度范围介于-40℃到85℃，某些特殊情况下会达到125℃。
    第6步:验证WHPTC器件的外形尺寸
    使用外形尺寸表来将您选择的WHPTC器件的外形尺寸与应用场合的空间条件比较。
    参数定义说明:
    IH   25℃环境温度下之最大工作电流
    IT   25℃环境温度下WHPTC器件动作保护的最小电流
    Vmax   WHPTC器件安全断开之最大工作电压，也称之为Maximum Device Voltage,Maximum Voltage, Vmax,
    Max   Interrupt Voltage
    Imax   25℃环境温度下WHPTC器件能安全动作之最大故障电流
    Rmax   25℃环境温度下WHPTC器件未动作前之初始最大阻值
    Rmin   25℃环境温度下WHPTC器件未动作前之初始最小阻值

    常见自恢复保险丝应用方法：见红色表示的“WHPTC”

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