PolySwitch元件動(dòng)作保護(hù)特性分析

PolySwitch自恢復(fù)保險(xiǎn)絲是美國(guó)瑞侃(Raychem)公司生產(chǎn)的一種新型元件，由聚合物摻加導(dǎo)體而制成。聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料中往往具有正溫度系數(shù)(PTC)效應(yīng)，即材料的電阻隨溫度上升而增大，并且在聚合物的熔點(diǎn)附近急劇增大，具有熱敏開(kāi)關(guān)特性。

PolySwitch元件在過(guò)電流情況下溫度急劇上升，電阻迅速增大，將回路電流降到足夠小，電路如同開(kāi)路，從而使電路受到保護(hù)。當(dāng)過(guò)電流消失時(shí)，PolySwitch元件的溫度降低，電阻恢復(fù)常態(tài)，以允許電路正常工作。由于PolySwitch元件具有自動(dòng)恢復(fù)的特性，通常情況下無(wú)需更換，與傳統(tǒng)的保險(xiǎn)絲相比具有很多優(yōu)點(diǎn)，因此在民用和工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

PolySwitch元件是非線(xiàn)性元件，且對(duì)環(huán)境溫度敏感，不同的應(yīng)用范圍要選用不同的元件。選用PolySwitch元件的通常方法是采用查表法，其手續(xù)繁雜，精度不高。本文分析了PolySwitch元件手冊(cè)中給出的動(dòng)作保護(hù)特性曲線(xiàn)，根據(jù)其特點(diǎn)建立了PolySwitch元件動(dòng)作保護(hù)特性的數(shù)學(xué)模型。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及曲線(xiàn)比較，證明根據(jù)該數(shù)學(xué)模型繪制的仿真曲線(xiàn)與PolySwitch元件手冊(cè)中給出的動(dòng)作保護(hù)特性曲線(xiàn)形態(tài)一致，且與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基本吻合。

PolySwitch元件的動(dòng)作保護(hù)特性

PolySwitch元件有多種系列產(chǎn)品，其產(chǎn)品特性各不相同。以常用的RXE系列元件為例，其20℃時(shí)的電氣特性如表1所示。

表1　RXE系列元件20℃時(shí)的電氣特性

表1中各符號(hào)的含義如下:

IH：20℃環(huán)境溫度下的最大工作電流

IT：20℃環(huán)境溫度下PolySwitch元件啟動(dòng)保護(hù)的最小電流

Vmax：PolySwitch元件的最大工作電壓

Imax：PolySwitch元件能承受的最大電流

Pdmax：PolySwitch元件動(dòng)作狀態(tài)下的最大消耗功率

Rmax：PolySwitch元件未動(dòng)作前的初始最大阻值

Rmin：PolySwitch元件未動(dòng)作前的初始最小阻值

由表1可知，該系列元件所能承受的最大電流為40安培，故障時(shí)啟動(dòng)保護(hù)的最小電流是最大工作電流的2倍。

RXE系列PolySwitch元件20℃時(shí)的動(dòng)作保護(hù)特性曲線(xiàn)見(jiàn)圖1。其中橫坐標(biāo)表示故障電流，單位為安培，縱坐標(biāo)表示動(dòng)作時(shí)間，單位為秒。兩個(gè)坐標(biāo)軸均為對(duì)數(shù)坐標(biāo)。圖中每一條曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)一個(gè)型號(hào)的元件，構(gòu)成該系列元件的動(dòng)作保護(hù)特性曲線(xiàn)簇。表2為圖1中曲線(xiàn)標(biāo)號(hào)與元件型號(hào)的對(duì)照表。

圖1　RXE系列元件20℃時(shí)的動(dòng)作保護(hù)特性曲線(xiàn)

在圖1所示的對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中，每一條曲線(xiàn)都可看作由彎曲部分和直線(xiàn)部分連接而成，兩部分的臨界點(diǎn)位置隨元件型號(hào)的不同而不同。由于各型號(hào)元件曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)基本相同，建立數(shù)學(xué)模型的方法也相同。

表2　曲線(xiàn)標(biāo)號(hào)與元件型號(hào)對(duì)照表