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保险丝知识--自恢复保险丝选型

PTC自恢复保险丝是由经过特殊处理的聚合树脂(Polymer)及分布在里面的导电粒子(Carbon Black)组成。在正常操作下聚合树脂紧密地将导电粒子束缚在结晶状的结构外,构成链状导电电通路,此时的自恢复保险丝为低阻状态(a),线路上流经自恢复保险丝的电流所产生的热能小,不会改变晶体结构。当线路发生短路或过载时,流经自恢复保险丝的大电流产生的热量使聚合树脂融化,体积迅速增长,形成高阻状态(b),工作电流迅速减小,从而对电路进行限制和保护。当故障排除后,PTC自恢复保险丝重新冷却结晶,体积收缩,导电粒子重新形成导电通路,自恢复保险丝恢复为低阻状态,从而完成对电路的保护,无须人工更换。

 

1

 

应用范围

通迅设备 程控交换机、 用户终端设备、 总配线保安单元等。
汽车电子 汽车线束、 汽车防盗器 、汽车微电机、 汽车电子产品等。
电子行业 电源镇流器、 微电机 、火灾报警、 仪器仪表等。
电器设备 卫星接收机 、安防设备、 扬声器、 工业自动控制等。

 

安装方式

PTC自恢复保险丝没有极性,阻抗小,安装方便,将其串联关于被保护电器的线路中即可,电源直流或交流均可。

 

1


 

动作原理

自恢复保险丝的动作原理是一种能量的动态平衡,流过自恢复保险丝元件的电流由于自恢复保险丝的关系产生热量,产生的热全部或部分散发到环境中,而没有散发出去的热便会提高自恢复保险丝元件的温度。

正常工作时的温度较低,产生的热和散发的热达到平衡。自恢复保险丝处于低阻状态,自恢复保险丝不动作,当流过自恢复保险丝元件的电流增加或环境温度升高,但如果达到产生的热和散发的热的平衡时,自恢复保险丝仍不动作。当电流或环境温度再提高时,自恢复保险丝会达到较高的温度。若此时电流或环境温度继续再增加,产生的热量会大于散发出去的热量,使得自恢复保险丝温度骤增,在此阶段,很小的温度变化会造成阻值的大幅提高,这时保险丝元件处于高阻保护状态,阻抗的增加限制了电流,电流在很短时间内急剧下降,从而保护电路设备免受损坏,只要施加的电压所产生的热量足够使自恢复保险丝元件散发出的热量,处于变化状态下,自恢复保险丝便可以一直处于动作状态(高阻)。当施加的电压消失时,自恢复保险丝便可以自动恢复了。

1

 

高分子PTC自恢复保险丝动作后的恢复特性

高分子PTC自恢复保险丝由于电阻可恢复,因而可以重复多次使用。下图为自恢复保险丝动作后,恢复过程中电阻随时间变化的示意图。电阻一般在十几秒到几十秒中即可恢复到初始值1.6倍左右的水平,此时自恢复保险丝的维持电流已经恢复到额定值,可以再次使用了。一般说来,面积和厚度较小的自恢复保险丝恢复相对较快;而面积和厚度较大的自恢复保险丝恢复相对较慢。

1

 

温度对自复保险丝元件的影响

  

高分子PTC自恢复保险丝是一种直热式、阶跃型热敏电阻,其电阻变化过程与自身的发热和散热情况有关,因而其维持电流IH、动作电流IT及动作时间受环境温度影响。下图为自恢复保险丝典型的维持电流、动作电流与环境温度的关系示意图。当环境温度和电流处于A区时,自恢复保险丝发热功率大于散热功率而会动作;当环境温度和电流处于B区时发热功率小于散热功率,自恢复保险丝将长期处于不动作状态;当环境温度和电流处于C区时,自恢复保险丝的散热功率与发热功率接近,因而可能动作也可能不动作。

1

 

符号说明

符号

说明

Ih

PTC自恢复保险丝元件在25℃ 环境温度下的最大的工作电流

It

PTC自恢复保险丝元件在25℃环境温度下启动保护的最小电流

Imax

PTC自恢复保险丝元件能承受最大电流

Pdmax

PTC自恢复保险丝元件工作状态下的消耗功效

Vmax

PTC自恢复保险丝元件的最大工作电压

Vmaxi

PTC自恢复保险丝元件在阻断状态下所承受的最大电压

Rmin

PTC自恢复保险丝元件工作前的初始最小阻值

Rmaxi

PTC自恢复保险丝元件末工作前的初始最大阻值

 

选型指南

1 列出设备线路上的平均工作电流(I)和最大的工作电压(V)
2
、 列出工作环境温度正常值及范围,按折减率计算正常电流Ih (详见环境温度与电流值的折减率表)
Ih =
平均工作电流(I)÷环境温度与电流值的折减率
3
、根据L V,产品类别及安装方式选择一种自复保险丝系列。(参考各规格表)
4
选出的自恢复保险丝I值必须小于或等于Ih

环境温度及电流值折减比率表

RF Series

-20

0

25

30

40

50

60

70

85

RF 600

138%

119%

100%

92%

83%

73%

64%

55%

42%

RF 250

132%

117%

100%

91%

85%

77%

68%

61%

48%

RF 90

136%

119%

100%

92%

81%

72%

63%

54%

40%

RF 60

136%

119%

100%

90%

81%

72%

63%

54%

40%

RF 30

130%

115%

100%

91%

83%

77%

68%

61%

52%

RF 16

132%

120%

100%

96%

88%

80%

71%

61%

47%

RF 6

130%

115%

100%

91%

83%

77%

68%

61%

52%

 

高分子PTC自恢复保险丝技术标准

1 额定零功率电阻 自恢复保险丝应按零功率电阻分档包装,并在外包装标明阻值范围。耐压、耐流能力测试后,每组样品中自身前的电阻变化率极差δ|Ri-Ri/Ri-Rj-Rj前)/Rj |≤100%

2 PTC效应
  说一种材料具有PTC (Positive Temperature Coefficient) 效应, 即正温度系数效应,仅指此材料的电阻会随温度的升高而增加。如大多数金属材料都具有PTC效应。在这些材料中,PTC效应表现为电阻随温度增加而线性增加,这就是通常所说的线性PTC效应。
3 非线性PTC效应
  经过相变的材料会呈现出电阻沿狭窄温度范围内急剧增加几个至十几个数量级的现象,即非线性PTC效应。相当多种类型的导电聚合体会呈现出这种效应,如高分子PTC热敏电阻。这些导电聚合体对于制造过电流保护装置来说非常有用。
4 初始电阻 Rmin
  在被安裝到电路中之前,环境温度为25℃的条件下测试,自恢复保险丝的阻值。
5 Rmax
  在室温条件下,自恢复保险丝动作或回流焊接安装到电路板中一小時后测得的最大电阻值。
6 最小电阻(Rmin/最大电阻(Rmax
  在指定环境温度下,例如:25℃,安装到电路之前特定型号的自恢复保险丝的阻值会在规定的一个范围内,即在最小值(Rmin)和最大值(Rmax)之间。此值被列在规格书中的电阻栏里。
7 维持电流 Ihold
  维持电流是自恢复保险丝保持不动作情况下可以通过的最大电流。在限定环境条件下,装置可保持无限长的时间,而不会从低阻状态转变至高阻状态。
8 动作电流 Itrip
  在限定环境条件下,使自恢复保险丝在限定的时间内动作的最小稳态电流。
9 最大电流 Imax (耐流值)
  在限定状态下, 自恢复保险丝安全动作的最大动作电流,即该产品的耐流值。超过此值,自恢复保险丝可能损坏,不能恢复。此值被列在规格书中的耐流值一栏里。
10、泄漏电流Ires
  自恢复保险丝锁定在其高阻状态时,通过该产品的电流。
11、最大工作电流/正常操作电流
  在正常的操作条件下,流过电路的最大电流。在电路的最大环境工作温度下,用来保护电路的自恢复保险丝的维持电流一般来说比工作电流大。
12、动作
  自恢复保险丝在过电流发生或环境温度增加时由低阻值向高阻值转变的过程。
13、动作时间
  过电流发生开始至自恢复保险丝动作完成所需的时间。对任何特定的自恢复保险丝而言,流经电路的电流越大,或工作的环境温度越高,其动作时间越短。
14Vmax 最大电压(耐压值)
  在限定条件下,自恢复保险丝动作时,能安全承受的最高电压。即自恢复保险丝的耐压值。超过此值,自恢复保险丝有可能被击穿,不能恢复。此值通常被列在规格书中的耐压值一栏里。
15、最大工作电压
  在正常动作状态下,跨过自恢复保险丝两端的最大电压。在许多电路中,相当于电路中电源的电压。
16、导电聚合体
  在此指由导电粒子(炭黑,碳纤维,金属粉末,金属氧化物等)填充绝缘的高分子材料(聚烯烃,环氧树脂等)而制得的导电复合材料。
17、环境温度
  在自恢复保险丝或者一个联有自恢复保险丝的电路周围静止空气的温度。
18、工作温度范围
  P元件可以安全工作的环境温度范围。
19、最大工作环境温度
  预期元件可以安全工作的最高环境温度。
20、功率耗损
  自恢复保险丝动作后所消耗的功率,通过计算流过自恢复保险丝的泄漏电流和跨过自恢复保险丝的电压的乘积得到。
21、高温,高湿老化
  在室温下, 测量自恢复保险丝在较长时间(150小时)处于较高温度(85)及高湿度(85% 湿度)状态前后的阻值的变化。
22、被动老化测试
  室温下,测量自恢复保险丝长时间(1000小时)处于较高温度(70℃或85)状态前后的阻值变化。
23、冷热打击测试
  在室温下,自恢复保险丝的阻值在温度循环前后的变化的测试结果。(例如,在-55℃及+125之间循环10)
24PTC强度β
  自恢复保险丝具有足够的PTC强度且不能出现NTC现象。 β=lgR140°C/R室温≥5 R140°CR室温 为140℃与室温时的额定零功率电阻值。
25、动作特性
 自恢复保险丝在耐压、耐流试验前、后都应进行不动作特性测试,并且,其中R为进行不动作特性试验时热敏电阻两端的U/IRn为额定零功率电阻初测值或复测值。
26、恢复时间
  自恢复保险丝动作后的恢复时间应不大于60S
27、失效模式试验
  在进行失效模式试验时,自恢复保险丝可能随试验或处于失效状态,允许的失效模式是开路或高阻状态,但整个试验过程中不得出现低阻态或起明火。

 

型号说明

s

 

自恢复保险丝知识问答

1. 自恢复保险丝主要应用于哪些方面?
  自恢复保险丝可用于计算机及其外部设备、移动电话、电池组、远程通讯和网络装备、变压器、工业控制设备、汽车及其它电子产品中,起到过电流或过温保护作用。

2. 自恢复保险丝与保险丝、双金属电路断路器及陶瓷PTC热敏电阻的主要区别是什么?
  自恢复保险丝是一种具有正温度系数特性的导电高分子材料,它与保险丝之间最显著的差异就是前者可以多次重复使用。这两种产品都能提供过电流保护作用,但同一只自恢复保险丝能多次提供这种保护,而保险丝在提供过电流保护之后,就必须用另外一只进行替换。
  自恢复保险丝与双金属电路断路器的主要区别在于前者在事故未被排除以前一直出于关断状态而不会复位,但双金属电路断路器在事故仍然存在时自身就能复位,这就可能导致在复位时产生电磁波及火花。同时,在电路处于故障条件下重新接通电路可能损坏设备,因而不安全。自恢复保险丝能够一直保持高电阻状态直到排除故障。
  自恢复保险丝与陶瓷PTC热敏电阻的不同在于元件的初始阻值、动作时间(对事故事件的反应时间)以及尺寸大小的差别。具有相同维持电流的高分子PTC热敏电阻与陶瓷PTC热敏电阻相比,自恢复保险丝尺寸更小、阻值更低,同时反应更快。

3. 自恢复保险丝的工作原理是什么?
  自恢复保险丝是由填充炭黑颗粒的聚合物材料制成。这种材料具有一定导电能力,因而能够通过额定的电流。如果通过自恢复保险丝的电流过高,它的发热功率大于散热功率,此时自恢复保险丝的温度将开始不断升高,同时自恢复保险丝中的聚合物基体开始膨胀,这使炭黑颗粒分离,并导致电阻上升,从而非常有效地降低了电路中的电流。这时电路中仍有很小的电流通过,这个电流使自恢复保险丝维持足够温度从而保持在高电阻状态。当故障排除之后,自恢复保险丝很快冷却并将回复到原来的低电阻状态,这样又象一只新的自恢复保险丝一样可以重新工作了。

4. 怎样才能知道我手中的产品或样品是哪一种型号的自恢复保险丝?
  益天公司生产的大部分自恢复保险丝标有产品的规格或型号,在产品规格书中也列出了标准的产品标志。但有些标志只能被有识别能力的厂商或代理识别。

5. 自恢复保险丝的电阻值在非断路状态时会改变吗?
  自恢复保险丝的电阻值随着工作环境的变化会略有改变,一般随着温度及电流的增加电阻值升高,反之降低。

6. 自恢复保险丝的存贮期多长?
  如果存贮得当,自恢复保险丝的存贮期没有什么期限限制。若暴露在过潮或过高温度下,一些规格产品性能可能会改变,比如锡铅的可焊性等,但是在正常的电器元件保存条件下可以长期保存。

7. 什么情况下自恢复保险丝可以复位?复位的速度有多快?
  一般情况下只要除去加载在自恢复保险丝两端的电压,自恢复保险丝即可复位;但如果外界环境温度很高时(如150℃)自恢复保险丝不能复位。自恢复保险丝回复到低电阻状态需要的时间取决于多种因素:产品的类型、装配形式、结构、外界温度、断路状态的持续时间等。一般复位时间小于几分钟,某些情况下只需几秒钟自恢复保险丝即可复位。

8. 自恢复保险丝是自动复位吗?
  一旦排除故障和切断电源,自恢复保险丝即可复位,这时需要断开电路(维持电流)使自恢复保险丝冷却。自恢复保险丝中聚合物集体材料因冷却收缩从而炭黑颗粒重新连接起来,使电阻降低。这与双金属片装置的自动复位不同。典型的双金属装置即使故障没有排除也能复位,这导致在故障状态和保护状态之间不停切换,这可能损坏设备。但自恢复保险丝会保持在高电阻状态直到故障排除。

9. 能清洗自恢复保险丝吗?
  许多普通的电气元件清洗剂都可用来清洗该自恢复保险丝,但是一些清洗剂可能会损害自恢复保险丝的性能,清洗前最好进行试验或到我公司咨询。

10. 自恢复保险丝可以并联使用吗?
  可以。这样的主要优点是可以降低电阻并提高维持电流。

11. 自恢复保险丝可以串联使用吗?
  对多数使用来说这样没有什么好处,这样做是不实用的。因为总是有一个自恢复保险丝先断开,所以其它自恢复保险丝根本起不到额外的保护作用。

12. 压力对自恢复保险丝有何影响?
  施加在自恢复保险丝可能影响产品的电性能。如果在自恢复保险丝切断电路时压力太大并限制了产品的膨胀,这将使自恢复保险丝失去特定的功能而损坏。应该注意不能将自恢复保险丝安装在限制其膨胀的地方。

13. 自恢复保险丝封装起来有何影响?
  一般说来我们并不主张对本公司的自恢复保险丝产品进行额外的封装。如果一定要进行封装的话则应该注意对封装材料的选择。如果封装材料太硬,则会阻碍自恢复保险丝的膨胀,从而影响自恢复保险丝的正常使用。即使使用的密封材料,自恢复保险丝的散热性能也会受到影响。选型时应充分考虑封装对产品性能的影响,需要对产品进行封装时请向我公司咨询。

14. 自恢复保险丝的失效形式是什么?
  自恢复保险丝典型失效形式是产品室温电阻变得太大,这时产品的维持电流将变小。为了获得UL认证,自恢复保险丝必须达到两个标准:(1)能断路6000次而仍具有PTC能力;(2)保持断路状态1000小时而仍具有PTC能力。如果自恢复保险丝在故障状态时超过了它的额定电压或电流,或者断路次数超出了UL检测要求,则自恢复保险丝可能变形和燃烧。

15. 在最大电压或断路电流下自恢复保险丝可以工作多少次?
  每一个自恢复保险丝都有额定工作电压,在故障发生时可以承受额定的断路电流。为获得UL认证,开关必须能断路6000次并保持PTC性质。对用在通信设备(交换机、培训架保安单元等)中的自恢复保险丝来说,行标中规定了产品的使用寿命。这要求开关少则数十次,多则上百次能回复到初始特性值,设计者应牢记自恢复保险丝是用来防止故障的而不是将其断路状态象其正常状态一样使用。

16. 涂覆于自恢复保险丝上的组分是什么?
  对B系列产品的封装材料为阻燃环氧树脂,对DDL系列自恢复保险丝则为聚酯薄膜。这些材料符合UL94V-0IEC95-2-2标准的要求

17. 自恢复保险丝在使用时的最高环境温度是多少?
  这取决于所使用的产品系列。我们的产品在大多数使用状态下的环境温度可达到85℃,对某些产品系列(如DL系列产品),只到70℃。对于表面贴装型的产品,可以短时间内承受焊锡焊接温度。在环境温度超过开关温度时,自恢复保险丝无法正常工作。

18. 电流超过维持电流IH但未达到动作电流IT会怎样?
  维持电流IH是指在指定外界条件下能通过自恢复保险丝而不会导致其动作(变成高电阻断路状态)的最大稳定电流。动作电流IT是在指定条件下通过自恢复保险丝会导致其动作的最小稳定电流。
  此时自恢复保险丝在不同情况可表现出不同的行为,这主要包括:环境温度、装配形式、自恢复保险丝的阻值等。因而自恢复保险丝可能保持低电阻状态,或者很快动作,也可能经过较长时间才动作。
  在IHIT之间的电流值可用一个区域表示,在这个区域与自恢复保险丝的开关状态有关,但电流数值范围不能确切预测。如果电流足够高,自恢复保险丝或者可能维持低电阻状态且保持这个低电流或者可能转变入高电阻状态,这取决于自恢复保险丝的初始电阻、外界环境以及装配条件。

19. IHIT之间的关系是什么?为什么有差别?
  我们大部分产品ITIH之间是21的关系。一些产品可能低达1.71而另一些产品可能高达31自恢复保险丝的材料、加工方式及焊接形式的不同决定了ITIH的比值。我们大部分产品的实际比值为2:1

20. RminRmaxRl有什么不同?
  在指定条件下(例如:20℃),使用前特定型号自恢复保险丝的电阻值在规定的一个范围内,即在最小值(Rmin)和最大值(Rmax)之间。自恢复保险丝在室温下动作结束1小时后的电阻最大值或焊接到电路板一小时后的电阻值为Rl

21. 自恢复保险丝动作结束后1小时,复位的电阻是多少?
  应低于自恢复保险丝Rl

22. 自恢复保险丝在断路状态的电阻是多少?
  自恢复保险丝在断路状态下的电阻取决于以下因素:使用的产品规格、通过产品的电压及电流。电阻值可用以下公式求出:Rt=V2/Pd

23. 自恢复保险丝在动作状态下的工作寿命是多少?
  UL认证要求自恢复保险丝产品在失去PTC特性前能保持1000小时的断路状态。在低于产品最高额定电压和电流的情况下可保持更长时间的断路状态。长时间处于断路状态可能会导致自恢复保险丝在复位后不能回复其初始电阻值和其它一些初始特性。每个自恢复保险丝的回复程度主要取决于故障条件和产品规格。

24. 自恢复保险丝的电压降是多少?
  这取决于所使用的产品规格。如果知道该种规格自恢复保险丝的电阻值和稳定工作状态下通过的电流,电压降一般是可以计算的。典型的电压降数值可由Rmax值求出,如果没有Rmax值,该电压降值为RminRl的平均值。若用Iop表示正常工作电流,Rp表示自恢复保险丝的电阻,则电路的电压降Vdrop可由公式:Vdrop=Iop×Rp求出。

25. 自恢复保险丝是否可以与过电压保护装置一起工作?
  在远程通讯应用中,自恢复保险丝多数与过电压保护装置并用。这些过电压保护装置,包括固体放电管、气体放电管、MOV、二极管等,可以对雷电、高频感应、电力线搭接等产生的高压进行保护,而自恢复保险丝则对产生的过流进行保护。

26、高聚物自恢复保险丝是自动复位吗?
  只要排除故障和切断电源,高聚物自恢复保险丝即可复位。但这时需要断开电路使自恢复保险丝冷却,以保证器件内聚合物与导电材料自动恢复到正常状态。

27、对自恢复保险丝施加压力有何影响?
  对自恢复保险丝施加压力可能影响产品的电性能。对工作状态下的过流保护元件施加压力太大并限制了产品的膨胀,将使其推动特定的功能而被损坏。应该避免将自恢复保险丝安装在限制其膨胀的地方。

28、封装高聚物过流保护元件会有何影响?
  通常情况,一般不要对高聚物过流保护元件进行额外的封装。如果一定要封装,则应该新学说坚封装材料的选择。封装材料太硬,会阻碍过流保护元件的膨胀,软的密封材料,也会影响过流保护元件的散热效果。所以选型时应充分考虑封装对产品性能的影响,需要时请向我公司咨询。


 
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