过流保护电路

过流保护电路

过流保护电路

过流保护用PTC热敏电阻是一种对异常温度及异常电流自动保护、自动恢复的保护元件，俗称"自复保险丝""万次保险丝"。它取代传统的保险丝，可广泛用于马达、变压器、开关电源、电子线路等的过流过热保护，过流保护用PTC热敏电阻通过其阻值突变限制整个线路中的消耗来减少残余电流值。传统的保险丝在线路熔断后无法自行恢复，而过流保护用PTC热敏电阻在故障撤除后即可恢复到预保护状态，当再次出现故障时又可以实现其过流过热保护功能。

    2.20.1 原理电路
    当电路处于正常状态时，通过过流保护用PTC热敏电阻的电流小于额定电流，过流保护用PTC热敏电阻处于常态，阻值很小，不会影响被保护电路的正常工作。当电路出现故障，电流大大超过额定电流时，过流保护用PTC热敏电阻陡然发热，呈高阻态，使电路处于相对"断开"状态，从而保护电路不受破坏。当故障排除后，过流保护用PTC热敏电阻亦自动回复至低阻态，电路恢复正常工作。
   
          
                                       图2.20.1  过流保护电路

    2.20.2 主要元器件选择
    1.最大工作电压
    PTC热敏电阻器串联在电路中，正常工作时仅有一小部分电压保持在PTC热敏电阻器上，当PTC热敏电阻器启动呈高阻态时，必须承受几乎全部的电源电压，因此选择PTC热敏电阻器时，要有足够高的最大工作电压，同时还要考虑到电源电压可能产生的波动。
    2.不动作电流和动作电流
    为得到可靠的开关功能，动作电流至少要超过不动作电流的两倍。
    由于环境温度对不动作电流和动作电流的影响极大(见图2.20.2)，因此要把最坏的情况考虑进去， 对不动作电流来说，选应用在允许的最高环境温度时的值，对动作电流来说，选应用在较低环境温度下的值。

                             图2.20.2  环境温度对不动作电流和动作电流的影响

    3.在最大工作电压时允许的最大电流
需要PTC热敏电阻器执行保护功能时，要检查电路中是否有产生超过允许的最大电流的条件，一般是指用户存在产生短路可能性的情况。规格书已经给出了最大电流值，超过这个值使用时，可导致PTC热敏电阻器破坏或早期失效。
    4.开关温度（居里温度）
我们可提供居里温度80 ℃、100 ℃、120 ℃、140 ℃的的过载保护元件，一方面， 不动作电流取决于居里温度和PTC热敏电阻器芯片的直径，从降低成本方面考虑，应选用高居里温度和小尺寸元件；另一方面须考虑，这样选择的PTC热敏电阻器会有较高的表面温度，是否会在线路中导致不希望的副作用。一般情况下， 居里温度要超过最高使用环境温度20 ~ 40 ℃。
    5.使用环境的影响
在接触化学试剂或在使用灌注料或填料时，须特别小心钛酸钡陶瓷被还原导致PTC热敏电阻器效应下降，以及由于灌注造成的导热条件变化，都可能导致PTC热敏电阻器局部过热而损坏。

    2.20.3 应用举例
    已知一电源变压器初级电压220V，次级电压16V，次级电流1.5A， 次级异常时的初级电流约350mA，10分钟之内应进入保护状态，变压器工作环境温度-10 ~ 40 ℃，正常工作时温升15 ~ 20 ℃， PTC热敏电阻器靠近变压器安装，请选定一PTC热敏电阻器用于初级保护。
    1.确定最大工作电压
    已知变压器工作电压220V，考虑电源波动的因素，最大工作电压应达到220V×（1+20%）=264V
    PTC热敏电阻器的最大工作电压选265V。
    2.确定不动作电流
    经计算和实际测量，变压器正常工作时初级电流125mA，考虑到PTC热敏电阻的安装位置的环境温最高可达60 ℃，可确定不动作电流在60 ℃时应为130~ 140mA。
    3.确定动作电流
    考虑到PTC热敏电阻器的安装位置的环境温度最低可达到-10 ℃或25℃， 可确定动作电流在 -10 ℃或25℃时应为340~ 350mA，动作时间约5分钟。
    4.确定额定零功率电阻R25
    PTC热敏电阻器串联在初级中，产生的电压降应尽量小，PTC热敏电阻器自身的发热功率也应尽量小，一般PTC热敏电阻器的压降应小于总电源的1%，R25经计算：
                                         220V × 1% ÷0.125A=17.6 Ω
    5.确定最大电流
    经实际测量，变压器次级短路时， 初级电流可达到500mA， 如果考虑到初级线圈发生部分短路时有更大的电流通过，PTC热敏电阻器的最大电流确定在1A以上。
    6. 确定居里温度和外形尺寸
    考虑到PTC热敏电阻器的安装位置的环境温最高可达60 ℃， 选择居里温度时在此基础上增加40 ℃， 居里温度为100 ℃，但考虑到低成本， 以及PTC热敏电阻器未安装在变压器线包内， 其较高的表面温度不会对变压器产生不良作用，故居里温度可选择120 ℃，这样PTC热敏电阻器的直径可减小一档，成本可以下降。
    7.确定PTC热敏电阻器型号
    根据以上要求，查阅我们公司的规格表，选定MZ11-10P15RH265
    即: 最大工作电压265V， 额定零功率电阻值15Ω± 25%，不动作电流140 mA，动作电流350 mA，最大电流1.2A，居里温度120 ℃，最大尺寸为ø11.0mm。