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| 为您的应用选择最佳的过流电路保护方法 |
| 2008年12月16日 15:29
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Choosing the Best Option of Overcurrent Circuit Protection for Your Application
■ Littelfuse（香港）公司全球产品经理 Kent Hou
安全而又可靠的设计具有保护电子设备免遭过电流损害的功能。如今，可以通过使用保险丝或PTC(正温度系数)器件来为更小型的设备实现过流保护。
长期以来，保险丝就是标准解决方案。短路时，它们能够完全阻断电流，这可能正是某些应用所需要的。由于设备或电路无法工作，所以用户就会研究产生过载的原因以便采取纠正措施。保险丝几乎可用于任何额定值和安装方法，因而差不多适于各种应用。
在无需用户干预即可从临时过载条件恢复的情况下，PTC就可以提供实现这类保护的一种方法，即PTC的自动复位功能。
PTC的工作原理
PTC由带有导电粒子(通常是碳黑)的聚合材料组成。在室温下，聚合物处于半晶态，并且导电粒子相互接触，从而形成了多条导电通路且实现了低电阻(约为额定值相同的典型保险丝的2倍)。
电流流过PTC时，它会消耗功率(P=I2R)，并且温度上升。只要电流低于其额定保持电流(Ihold)，PTC就会保持低阻态，并且电路会正常运行。
当电流超过额定跳闸电流(Itrip)时，PTC的温度会激增。聚合物转入非晶态并且膨胀，从而断开了导电粒子之间的连接。这让电阻迅速上升几个数量级，并使电流降至刚好足以让PTC保持高阻态的低(泄漏)电流值，它在额定电压(Vmax)下通常为几十到几百毫安。电源断开时，器件温度下降，并返回低阻态。
PTC和保险丝参数
和保险丝一样，PTC标定额定电压下它可以中断的最大短路电流(Imax)。典型PTC的Imax为40A，某些可以达到100A。额定电压下，适于各种应用的、不同尺寸的保险丝的额定中断电流为35~10000A。
PTC的额定电压有限，通用PTC的额定电压不会超过60V(有些面向电信应用的PTC，其中断电压高达250V和600V，但工作电压仍然为60V)；SMT和小管式保险丝的额定电压为32~250V或者更高。
PTC的额定工作电流约为9A，而各类保险丝的最大电流超过20A，某些可以达到60A。
PTC的有效温度上限通常为85℃，而薄膜SMT保险丝的最大工作温度为90℃，小管式保险丝的则为125℃。在温度高于20℃的情况下，PTC和保险丝都需要降额，虽然PTC对温度更敏感。
设计过流保护器件时，一定要考虑可能会影响其工作温度的因素，包括对引线/迹线排热的影响、气流和靠近热源的程度。PTC的响应速度跟延时保险丝的类似。
PTC的普遍应用
很多个人计算机和外设器件的设计工作都会受到Microsoft和Intel系统设计指南的强烈影响(它规定“不能使用每次出现过流条件都要更换的保险丝”)，此外，SCSI标准也规定：“必须用正温度系数器件(而不是保险丝)来限制最大电流量。”
PTC用于为电话中心局设备、客户端设备、报警系统、机顶盒、VoIP设备和用户专线接口电路提供二级过流保护，为电池组、电池充电器、汽车门锁、USB端口、扬声器和PoE提供一级保护。
PTC的SCSI即插即用应用，得益于它包括母板和许多外围设备，它们可频繁地与计算机端口连接或断开。鼠标、键盘、打印机、调制解调器和监视器端口意味着存在误接和连接故障单元或受损电缆的可能性，而故障修复之后进行复位的能力对用户极具吸引力。
PTC可以保护磁盘驱动免遭破坏性过载电流(由电源故障产生的过电流所引起)的损害。此外，PTC可以保护电源免受过载的损害，个别PTC还可用于输入电路中，在存在多个负载或电路的情况下保护各个负载。
电机过流会引起过热，从而损坏绕组绝缘，并且对于小电机而言甚至可能让超小直径绕丝发生故障。在正常的电机启动电流下，PTC通常不会跳闸，但会采取措施来防止持续过载造成损失。
电路故障引起的过流会损坏变压器，而将PTC设置在变压器的负载端上面，可以通过其限流功能来提供保护。
选择保险丝还是PTC？
下列步骤和考量因素能够帮助选择适合的元件，详细的帮助和建议还可以从器件供应商以及通过互联网上的工程社区获得。
1. 确定需要考虑的电路工作参数：
正常工作电流，A
正常工作电压，V
最大中断电流
环境温度/重新定额
典型过载电流
特定过载条件下所需的断开时间
预期的瞬时脉冲
可复位的或一次性的
安规认证
安装类型/形状因素
电路内的典型电阻
2.选择预期的电路保护元件，市场上常见保险丝和PTC器件的典型值如表1所示。
3.参照器件时间-电流(T-C)曲线来确定选定的元件是否能够在应用的约束范围内正常运转。T-C曲线可以从制造商网站上的数据手册中获得。
4.保证应用电压低于或等于器件的额定电压和工作温度范围在器件规定的范围之内。如果使用PTC，则利用下列方程来对Ihold进行降额。
Ihold=降额Ihold / 热降额因数
5.对器件的最大尺寸和应用内的可用空间进行对比。
6.独立测试和评估实际应用的适用性与性能。
来源：世界电子元器件
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