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自恢复保险丝限流器

时间:2018-12-28     作者:管理员 文章出自:深圳市嘉虹凯科技有限公司

      电流限制器可防止电击和火灾等危险。多年来,国家和国际安全机构标准增加了具体的保护要求。但是,此类标准仅告知您所需的保护级别; 你还必须决定如何提供保护。对于大多数设计,几种替代方案似乎都合适。诀窍是选择最能满足您应用需求的限流器。现如今,您可以在不使用保险丝的情况下保护设备免受过流损坏,保险丝在吹气时需要更换。由导电聚合物制成的自恢复保险丝通常可提供经济有效的保护。

     限流保护装置必须在发生损坏之前将过电流降至安全水平。然而,保护装置必须连续承载负载的设计电流,不会因为元件容差或正常浪涌和瞬变而跳闸。保护装置也必须适合非常小的空间。最后,保护装置必须满足产品的装配和材料成本目标。这些有时相互排斥的目标可能会使一些人认为是微不足道的设计任务变得非常复杂。

 限流器的选择与任何其他关键部件的选择同样重要。如果要广泛销售使用限制器的产品,则必须满足安全机构的限流要求。但是,容易出现错误跳闸的限流器会导致客户不满意,这会对设备制造商的声誉和影响销售产生不利影响。或许更值得关注的是,如果限流器因错误行程而需要更换,则设备制造商可能会产生高于预期的保修成本。

三种保护类型

      电流限制器分为三个基本类别:断路器,保险丝和自恢复保险丝器件。断路器包括磁性和热量单元,在受保护产品连接到交流电源的位置广泛使用。双金属恒温开关形式的热断路器还可以保护电池组并监控散热片和其他温度敏感元件的温度。然而,热设备的尺寸,成本和操作模式排除了许多板载应用和空间有限的产品。

     保险丝是最古老和最常见的限流器。在其最简单的形式中,保险丝是具有电阻和热特性的特殊合金条带,当预定电流流过时,该条带使条带熔化。虽然慢速熔断器需要几秒钟才能跳闸,但是当遇到明显的过电流时,熔断器本身就会快速起作用。此外,保险丝可提供各种电流和工作电压。因为保险丝通过破坏自身来起作用,所以它可以正向和永久地打开它所保护的电路。但是,熔断的保险丝需要更换。通常,这个要求是好的,因为有人必须采取行动将受保护的产品退回服务。不幸的是,由于各种瞬态条件和对受保护设备或操作员不构成威胁的现象,保险丝可能会熔断。即使瞬态事件不会导致保险丝熔断,随着时间的推移反复冲击瞬态会使可熔合金退化并导致其过早失效。多年前,更换保险丝是一项简单,直接的操作,任何人都可以执行。然而,盒式保险丝和螺旋盖,后型保险丝座的日子早已不复存在。一个原因是用户经常用带有更高额定电流的保险丝替换熔断的保险丝,从而破坏了适当额定保险丝所提供的保护。即使安全性不成问题,该行业从通孔到表面贴装技术的不断转变使得用户更换保险丝几乎是不可能的。由于这些原因,现在吹制的保险丝通常需要昂贵且耗时的技术人员服务。虽然更换的需要并没有废弃保险丝,但它确实增加了一个因素,在设计电流限制到今天的电子产品时必须考虑这个因素。

自恢复保险丝设备

      对自复位熔丝状器件的需求导致自恢复保险丝限流器的发展。这些器件通过响应流过它们的电流的增加而增加它们的电阻来起作用。正确指定,自恢复保险丝限流器在电阻下实现热平衡,将电流限制在安全水平。清除故障并断开电源后,自恢复保险丝设备会冷却,其电阻会降至正常的低值,实际上会重置限流器。早期的开发工作主要集中在陶瓷材料上,陶瓷材料是唯一提供熔丝状作用的自恢复保险丝材料。陶瓷PTC器件具有即使在今天也适用于许多电子应用的特性。这些特性包括能够在高压电路中工作并且能够以高精度返回到正常工作电阻。然而,陶瓷PTC器件的尺寸本质上大于等效微型熔丝的尺寸,在具有高元件密度和有限空间的产品中可能是一个问题。陶瓷PTC材料也具有高热质量,这意味着它们对中等过电流的反应时间可能比敏感元件的损坏时间长。而且,陶瓷PTC材料具有固有的高正常电阻。

       自恢复保险丝技术的最新发展克服了陶瓷器件的尺寸和反应时间问题。与其中基板特性决定工作特性的陶瓷器件不同,导电聚合物器件由塑料和导电材料的混合物制成。在常温下,聚合物呈现晶体结构,导电材料通过该晶体结构形成承载负载电流的低电阻链。在升高的温度下,聚合物的结构变为非晶态,破坏导电链并迅速增加器件的电阻数十年。当温度恢复到正常值时,聚合物返回其晶态,导电链重新形成,使器件的电阻恢复到正常值。在正常应用中,内部I 2 R损耗产生的热量和环境外部温度设定导电聚合物装置的温度。在正常电流水平下,I 2 R损失太低而不能产生足够的热量以将聚合物变为非晶态。然而,当出现过电流情况时,I 2R损失产生足够的热量,阻力迅速增加。该动作导致电路电流的相应减小和由此产生的I 2 R损耗。然而,该器件很快达到热平衡,导致电路电流过低而不会造成损坏,但又足以维持器件的跳闸温度。以这种方式,设备“锁定”在其跳闸状态。

选择最佳解决方案

      导电聚合物自恢复保险丝电流限制器还不适用于需要熔断器装置的每种应用。目前,器件的最大电流是有限的,“开放”器件可以承受的最大电压也是如此。此外,尽管适当配制的导电聚合物自恢复保险丝器件可在几毫秒内跳闸,但它无法与面向高过电流的保险丝的瞬间清除作用相匹配。相反,聚合物装置更像是一个慢熔保险丝。因此,对于许多应用,您无法获得具有所需操作特性的导电聚合物PTC限流器。即使如此,许多应用的操作参数也非常适合导电聚合物自恢复保险丝电流限制器。通常,这些电路工作电压低于60V,正常电流小于15A。导电聚合物自恢复保险丝电流限制器有微型表面贴装版本。与陶瓷材料不同,聚合物器件的正常电阻很低,对负载电路的正常工作没有影响。导电聚合物自恢复保险丝电流限制器的成本略高于等效的保险丝。然而,聚合物器件与表面贴装元件的拾放设备和焊接技术兼容。因此,自恢复保险丝限流器不会降低装配成本。此外,当您包含保修成本时,导电聚合物自恢复保险丝限流器与保险丝相比具有成本竞争优势。即便如此,提供有限保修的低成本,一次性产品的制造商可能更喜欢保险丝的初始成本较低,以及长期降低保修成本。相反,关注长期客户满意度和支持延长保修期的成本的制造商可能会接受更高的材料成本,以实现产品寿命期间的更低成本。

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