用自恢復PPTC器件提高電子設備的可靠性

保護電子電路免于電流過大或溫度過高而損壞是眾多電路保護技術的一個主要功能。在過去，電路保護一般是采用保險絲或可熔斷的導線，但在當前的應用中，可恢復型的器件，例如聚合正溫度系數(PPTC)器件、陶瓷正溫度系數器件、雙金屬斷路器和恒溫開關已經成為首選的解決方案。這些器件在發生故障后不需要進行更換，并且能夠保證電源斷開或消除了過電流現象后，電路能夠恢復到正常的工作狀態。
PPTC器件是一種能夠限制電流的非線性熱敏電阻。在出現故障時，所有的正溫度系數器件均處于高阻值狀態，而且由于正常操作中仍可能導致在部分回路中存在危險性的電壓，對于電路設計人員來說，重要的是要理解PPTC器件與保險絲之間的區別。保險絲屬于中斷電流的器件，當保險絲熔斷后，電路就會中斷，保險絲必須進行更換。而一旦PPTC器件發揮作用，仍然有很低的電流流經器件。PPTC器件要求有一個較小的起到電阻性加熱作用的漏電流或外部熱源來維持器件的工作狀態。一旦故障消除或電源中斷，外部熱源消失后，器件將返回至低阻值狀態，所以不需要進行更換。

是否需要熔斷
盡管可恢復器件本身具有明顯的優點，但在某些情況下，保險絲可能仍是電路保護的一種較佳的選擇。在恢復正常運行狀態可能導致潛在的安全危險或者在發生故障狀態后需要進行設備維修的情況下，則適宜使用保險絲或斷路器。例如，對于垃圾處理設備來說，可以推薦使用一次性的保險絲。因為如果電機突然恢復運作，刀片可能會造成嚴重的傷害事故。另一方面，可恢復型的PPTC器件對于保護電信和網絡設備來說，是相當合理的解決方案。在這種情況下，能夠迅速恢復運行的能力是十分重要的。
如果對PPTC器件的可恢復性功能的性質把握不當，可能導致器件在電路中得不到適當的使用。而如果設計人員在將PPTC器件與其它可恢復型器件，如陶瓷正溫度系數器件、雙金屬恒溫開關和按鈕式斷路器進行比較時，有可能產生更多的混淆。表1說明了這些過電流保護器件的恢復方式。

PPTC器件在電路設計方面的考慮
PPTC器件可作為電路中的串聯元件。由于這些器件的外形較小，有助于節省寶貴的電路板空間。而且，與傳統的保險絲要求用戶干預相反，這種可恢復的功能允許將器件布置在不能接觸到的位置上。由于這些器件屬于固態器件，所以還能夠承受機械沖擊和振動，從而為多種應用提供可靠的保護。
在電路設計中采用PPTC器件時需要考慮一些關鍵參數，這其中包括器件的保持電流和動作電流、環境條件對器件的影響、器件的恢復時間和動作狀態下的漏電流等。
圖2表明了PPTC器件的保持電流和動作電流與溫度的函數關系。A區表示PPTC器件將要動作并保護電路時的電流和溫度的各種組合。B區表示器件能夠保證電路正常運行的電流和溫度的各種組合。在C區內，器件既有可能動作，也有可能保持在低阻值的狀態，這要取決于每個器件自身的阻值和所處的環境。
由于PPTC器件可以通過加熱的方式激活，所以在器件四周發生的任何溫度改變均可能影響到器件的性能。如果器件附近的溫度上升，則器件動作所需要的能量較少，所以保持電流(I保持)下降。陶瓷和聚合體的正溫度系數(PTC)器件的制造商提供了有關的電流-溫度折減曲線與保持電流-溫度的數據表，以幫助設計人員選擇正確的器件。
器件的熱傳導環境對于器件的性能有著顯著的影響。一般來說，通過增加器件的熱傳導，器件的功率耗散、動作時間和保持電流均會呈現相應的增加。而在器件的熱傳導減弱時，會發生與此相反的情況。此外，改變器件周圍的熱容也會改變器件的動作時間。
PPTC器件的動作時間定義為從故障電流開始出現至器件動作進入高阻值狀態所需要的時間。動作時間取決于如圖2所示的故障電流的大小，以及環境溫度。
在熱量散失到環境中的速度小于熱量產生的速度時，即發生動作。如果產生的熱量大于散失的熱量，則器件的溫度增加。溫度上升的速度以及致使器件動作所需的總能量取決于故障電流和傳熱環境。
電流的增加或環境溫度的上升將改變器件溫度，導致阻值迅速提高。這種阻值上的大幅改變造成電路中電流的相應下降，從而保護電路免遭損壞。

結語
PPTC器件的低阻值、動作時間短和外形小巧的特點有助于提高在較小的器件安裝面積下電子電路的穩定性。對器件可恢復功能的準確把握，有助于電路設計人員確定和應用PPTC器件，從而達到最好的運行性能，并降低保修、維護和修理方面的成本。■