Устали постоянно менять перегоревшие предохранители? Беспокоитесь о перегрузках в цепи? Встречайте «броню возрождения» защиты цепи — самовосстанавливающийся предохранитель PPTC. Этот инновационный компонент не только защищает цепи, как традиционные предохранители, но и автоматически восстанавливается после устранения неисправностей, что делает его незаменимым инструментом для инженеров и удобным решением для всех.

Устройства PPTC (Polymeric Positive Temperature Coefficient), технически известные как полимерные термисторы с положительным температурным коэффициентом, по сути, являются термочувствительными резисторами, изготовленными из полимерных материалов. Их внутренняя структура состоит из полимерной матрицы, равномерно заполненной проводящими частицами технического углерода (рисунок 1).

В нормальных условиях устройства PPTC поддерживают низкое сопротивление, позволяя току беспрепятственно протекать через цепь. Однако при возникновении аномального перегрузки по току PPTC начинает нагреваться из-за нагрева I²R. Этот нагрев приводит к расширению полимерной матрицы, разделяя проводящие частицы технического углерода и резко увеличивая сопротивление устройства. Когда температура поднимается примерно до 125°C, сопротивление резко возрастает (рисунок 2), эффективно ограничивая поток тока.

Устройство поддерживает это состояние высокого сопротивления до тех пор, пока не будет устранена неисправность (обычно путем прерывания питания). Когда PPTC остывает, полимерная матрица сжимается, повторно соединяя частицы технического углерода и возвращая устройство в исходное состояние низкого сопротивления. Эта функция автоматического сброса устраняет необходимость замены, что дает устройствам PPTC их обозначение «самовосстанавливающийся предохранитель».

Выбор подходящего устройства PPTC требует тщательного рассмотрения нескольких важных характеристик:

Максимальный ток, который устройство PPTC может выдерживать неограниченно долго без срабатывания, измеряется при 23/25°C в неподвижном воздухе. Это представляет собой предел нормального рабочего тока.

Минимальный ток, необходимый для срабатывания устройства PPTC, обычно в 2-3 раза превышает ток удержания.

Наивысшее напряжение, которое PPTC может выдержать без повреждения при протекании номинального тока (Imax).

Наивысший ток, который устройство может выдержать без повреждения при воздействии номинального напряжения, что имеет решающее значение для определения защитных возможностей.

Потребляемая мощность устройства в нормальных рабочих условиях, влияющая на тепловые характеристики.

Наибольшая продолжительность, необходимая для снижения тока устройством до 50% от его начального значения при воздействии указанного условия перегрузки по току, что указывает на скорость реакции.

• Rmin: Минимальное статическое сопротивление перед пайкой
• Rmax: Максимальное статическое сопротивление перед пайкой
• R1max: Максимальное сопротивление через час после пайки при 23/25°C

Примечание: Сопротивление после пайки обычно увеличивается, влияя на измерения времени срабатывания, которые следует проводить после часового периода стабилизации.

Правильный выбор PPTC требует тщательного анализа требований приложения:

Ток удержания выбранного устройства должен превышать максимальный нормальный рабочий ток цепи с учетом температурных эффектов. Как показано в таблице 1, ток удержания уменьшается с повышением температуры окружающей среды, требуя проверки того, что устройство будет поддерживать достаточную токовую нагрузку при максимальных рабочих температурах.

Номинальное напряжение PPTC должно быть равно или превышать максимальное рабочее напряжение цепи. В режиме защиты почти полное напряжение цепи появляется на PPTC. Недостаточный номинал напряжения может препятствовать правильному сбросу после устранения неисправности и сократить срок службы устройства.

При использовании перед устройствами защиты от перенапряжения PPTC должны выдерживать переходные скачки напряжения, что требует более высоких номиналов напряжения или стратегического размещения после основных компонентов защиты от перенапряжения.

Устройства PPTC находят широкое применение в многочисленных сценариях защиты цепей:

Обычно используются в системах связи, безопасности, промышленности, автомобилестроении и бытовой электронике для защиты линий электропередач, интерфейсов связи и портов ввода/вывода от коротких замыканий и чрезмерного тока. По сравнению с обычными предохранителями, PPTC устраняют требования к техническому обслуживанию и замене (рисунок 3).

В многоступенчатых системах защиты от перенапряжений устройства PPTC служат идеальными последовательными элементами между первичными (MOV/GDT) и вторичными (TVS/ESD) защитными устройствами. Их сопротивление помогает обеспечить правильное деление напряжения для эффективного управления энергией перенапряжения (рисунок 4).

PPTC в сочетании с устройствами защиты от перенапряжения могут защитить цепи от случайных высоковольтных соединений. В сочетании с соответствующими высоковольтными компонентами PPTC быстро ограничивает ток, чтобы предотвратить повреждение защитного устройства во время длительных неисправностей (рисунок 5).

Для приложений постоянного тока, где падение напряжения на последовательных диодах неприемлемо, устройства PPTC в сочетании с однонаправленными TVS-диодами обеспечивают эффективную защиту от обратного подключения без значительных потерь напряжения (рисунок 6).

Благодаря уникальному сочетанию защиты и возможностей автоматического сброса самовосстанавливающиеся предохранители PPTC стали незаменимыми компонентами в современной конструкции электронных схем. Правильное понимание их принципов работы, характеристик и методов применения позволяет инженерам реализовывать надежные, не требующие обслуживания решения для защиты цепей.