高分子PTC熱敏電阻用于過流保護

1.PTC效應

說一種材料具有PTC (Positive Temperature Coefficient) 效應, 即正溫度系數(shù)效應，僅指此材料的電阻會隨溫度的升高而增加。如大多數(shù)金屬材料都具有PTC效應。在這些材料中，PTC效應表現(xiàn)為電阻隨溫度增加而線性增加，這就是通常所說的線性PTC效應。

2.非線性PTC效應

經(jīng)過相變的材料會呈現(xiàn)出電阻沿狹窄溫度范圍內(nèi)急劇增加幾個至十幾個數(shù)量級的現(xiàn)象，即非線性PTC效應，如圖1所示。相當多種類型的導電聚合體會呈現(xiàn)出這種效應，如高分子PTC熱敏電阻。這些導電聚合體對于制造過電流保護裝置來說非常有用。

3. 高分子PTC熱敏電阻用于過流保護

高分子PTC熱敏電阻又經(jīng)常被人們稱為自恢復保險絲（下面簡稱為熱敏電阻），由于具有獨特的正溫度系數(shù)電阻特性（即PTC特性，如圖1所示），因而極為適合用作過流保護器件。熱敏電阻的使用方法象普通保險絲一樣，是串聯(lián)在電路中使用，如圖2所示。

當電路正常工作時，熱敏電阻溫度與室溫相近、電阻很小，串聯(lián)在電路中不會阻礙電流通過；而當電路因故障出現(xiàn)大電流時，熱敏電阻由于發(fā)熱功率增加導致溫度上升，當溫度超過開關溫度（Ts，見圖3）時，電阻瞬間會劇增,回路中的電流迅速減小到安全值.為熱敏電阻對交流電路保護過程中電流的變化示意圖。熱敏電阻動作后，電路中電流有了大幅度的降低，圖中t為熱敏電阻的動作時間。由于高分子PTC熱敏電阻的可設計性好，可通過改變自身的開關溫度（Ts）來調(diào)節(jié)其對溫度的敏感程度，因而可同時起到過溫保護和過流保護兩種作用，高分子PTC熱敏電阻由于動作溫度很低，因而適用于鋰離子電池和鎳氫電池的過流及過溫保護。

4.環(huán)境溫度對高分子PTC熱敏電阻的影響

高分子PTC熱敏電阻是一種直熱式、階躍型熱敏電阻，其電阻變化過程與自身的發(fā)熱和散熱情況有關，因而其維持電流（Ihold）、動作電流（Itrip）及動作時間受環(huán)境溫度影響。圖4為熱敏電阻典型的維持電流、動作電流與環(huán)境溫度的關系示意圖。當環(huán)境溫度和電流處于A區(qū)時，熱敏電阻發(fā)熱功率大于散熱功率而會動作；當環(huán)境溫度和電流處于B區(qū)時發(fā)熱功率小于散熱功率，熱敏電阻將長期處于不動作狀態(tài)；當環(huán)境溫度和電流處于C區(qū)時，熱敏電阻的散熱功率與發(fā)熱功率接近，因而可能動作也可能不動作。圖5為熱敏電阻的動作時間與電流及環(huán)境溫度的關系示意圖。熱敏電阻在環(huán)境溫度相同時，動作時間隨著電流的增加而急劇縮短；熱敏電阻在環(huán)境溫度相對較高時具有更短的動作時間和較小的維持電流及動作電流。

5.高分子PTC熱敏電阻動作后的恢復特性 高分子PTC熱敏電阻由于電阻可恢復，因而可以重復多次使用。圖6為熱敏電阻動作后，恢復過程中電阻隨時間變化的示意圖。電阻一般在十幾秒到幾十秒中即可恢復到初始值1.6倍左右的水平，此時熱敏電阻的維持電流已經(jīng)恢復到額定值，可以再次使用了。一般說來，面積和厚度較小的熱敏電阻恢復相對較快；而面積和厚度較大的熱敏電阻恢復相對較慢。

6.高分子PTC熱敏電阻的特點

   高分子PTC熱敏電阻是一種具有正溫度系數(shù)特性的導電高分子材料，它與傳統(tǒng)保險絲之間最顯著的差異就是前者可以多次重復使用。這兩種產(chǎn)品都能提供過電流保護作用，但同一只高分子PTC熱敏電阻能多次提供這種保護，而保險絲在提供過電流保護之后，就必須用另外一只進行替換。

   高分子PTC熱敏電阻與雙金屬電路斷路器的主要區(qū)別在于前者在事故未被排除以前一直出于關斷狀態(tài)而不會復位，但雙金屬電路斷路器在事故仍然存在時自身就能復位，這就可能導致在復位時產(chǎn)生電磁波及火花。同時，在電路處于故障條件下重新接通電路可能損壞設備，因而不安全。高分子PTC熱敏電阻能夠一直保持高電阻狀態(tài)直到排除故障。

   高分子PTC熱敏電阻與陶瓷PTC熱敏電阻的不同在于元件的初始阻值、動作時間（對事故事件的反應時間）以及尺寸大小的差別。具有相同維持電流的高分子PTC熱敏電阻與陶瓷PTC熱敏電阻相比，高分子PTC熱敏電阻尺寸更小、阻值更低，同時反應更快。