高分子PTC熱敏電阻用于過(guò)流保護(hù)

1.PTC效應(yīng)

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

2.非線性PTC效應(yīng)

經(jīng)過(guò)相變的材料會(huì)呈現(xiàn)出電阻沿狹窄溫度范圍內(nèi)急劇增加幾個(gè)至十幾個(gè)數(shù)量級(jí)的現(xiàn)象，即非線性PTC效應(yīng)，如圖1所示。相當(dāng)多種類型的導(dǎo)電聚合體會(huì)呈現(xiàn)出這種效應(yīng)，如高分子PTC熱敏電阻。這些導(dǎo)電聚合體對(duì)于制造過(guò)電流保護(hù)裝置來(lái)說(shuō)非常有用。

3. 高分子PTC熱敏電阻用于過(guò)流保護(hù)

高分子PTC熱敏電阻又經(jīng)常被人們稱為自恢復(fù)保險(xiǎn)絲（下面簡(jiǎn)稱為熱敏電阻），由于具有獨(dú)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(guò)流保護(hù)器件。熱敏電阻的使用方法象普通保險(xiǎn)絲一樣，是串聯(lián)在電路中使用，如圖2所示。

當(dāng)電路正常工作時(shí)，熱敏電阻溫度與室溫相近、電阻很小，串聯(lián)在電路中不會(huì)阻礙電流通過(guò)；而當(dāng)電路因故障出現(xiàn)大電流時(shí)，熱敏電阻由于發(fā)熱功率增加導(dǎo)致溫度上升，當(dāng)溫度超過(guò)開(kāi)關(guān)溫度（Ts，見(jiàn)圖3）時(shí)，電阻瞬間會(huì)劇增,回路中的電流迅速減小到安全值.為熱敏電阻對(duì)交流電路保護(hù)過(guò)程中電流的變化示意圖。熱敏電阻動(dòng)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(dòng)作時(shí)間。由于高分子PTC熱敏電阻的可設(shè)計(jì)性好，可通過(guò)改變自身的開(kāi)關(guān)溫度（Ts）來(lái)調(diào)節(jié)其對(duì)溫度的敏感程度，因而可同時(shí)起到過(guò)溫保護(hù)和過(guò)流保護(hù)兩種作用，高分子PTC熱敏電阻由于動(dòng)作溫度很低，因而適用于鋰離子電池和鎳氫電池的過(guò)流及過(guò)溫保護(hù)。

4.環(huán)境溫度對(duì)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(guò)程與自身的發(fā)熱和散熱情況有關(guān)，因而其維持電流（Ihold）、動(dòng)作電流（Itrip）及動(dòng)作時(shí)間受環(huán)境溫度影響。圖4為熱敏電阻典型的維持電流、動(dòng)作電流與環(huán)境溫度的關(guān)系示意圖。當(dāng)環(huán)境溫度和電流處于A區(qū)時(shí)，熱敏電阻發(fā)熱功率大于散熱功率而會(huì)動(dòng)作；當(dāng)環(huán)境溫度和電流處于B區(qū)時(shí)發(fā)熱功率小于散熱功率，熱敏電阻將長(zhǎng)期處于不動(dòng)作狀態(tài)；當(dāng)環(huán)境溫度和電流處于C區(qū)時(shí)，熱敏電阻的散熱功率與發(fā)熱功率接近，因而可能動(dòng)作也可能不動(dòng)作。圖5為熱敏電阻的動(dòng)作時(shí)間與電流及環(huán)境溫度的關(guān)系示意圖。熱敏電阻在環(huán)境溫度相同時(shí)，動(dòng)作時(shí)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(duì)較高時(shí)具有更短的動(dòng)作時(shí)間和較小的維持電流及動(dòng)作電流。

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

6.高分子PTC熱敏電阻的特點(diǎn)

   高分子PTC熱敏電阻是一種具有正溫度系數(shù)特性的導(dǎo)電高分子材料，它與傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲之間最顯著的差異就是前者可以多次重復(fù)使用。這兩種產(chǎn)品都能提供過(guò)電流保護(hù)作用，但同一只高分子PTC熱敏電阻能多次提供這種保護(hù)，而保險(xiǎn)絲在提供過(guò)電流保護(hù)之后，就必須用另外一只進(jìn)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(guān)斷狀態(tài)而不會(huì)復(fù)位，但雙金屬電路斷路器在事故仍然存在時(shí)自身就能復(fù)位，這就可能導(dǎo)致在復(fù)位時(shí)產(chǎn)生電磁波及火花。同時(shí)，在電路處于故障條件下重新接通電路可能損壞設(shè)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(dòng)作時(shí)間（對(duì)事故事件的反應(yīng)時(shí)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(shí)反應(yīng)更快。