2.8.2 自恢复器件的特性与应用
PTC(高分子正温度系数)器件可帮助防护过电流浪涌及过温的故障。热敏电阻型器件可在电路故障情况下限制大电流流过。但是它不同于只能使用一次就必须更换的传统熔断器,PTC器件在故障排除和断开电源之后能够自动恢复,进而减少元器件成本以及维护的麻烦。
在正常工作状态中,PTC器件电阻值远小于电路中的其他电阻。但是对过电流情况做出反应时,其电阻增加,从而将电路中的电流减少为电路可以安全承载的值。由于它是增加电阻的方法限流,而且自身发热,即使不过电流是也有一定发热(有电阻),其应用场合是有限的。
PTC自恢复器件的选型:
1)决定电路参数有最大工作环境温度、标准工作电流和最大工作电压。
2)环境最高温度和标准工作电流。环境最高温度和标准工作电流应等于或大于电路标准工作电流的值。
3)最大工作电压(Vmax)和最大中断电流(Imax)。确保Vmax和Imax大于或等于电路的最大工作电压。
4)动作时间:动作时间是当故障电流通过器件时,将器件变为高电阻状态所用的时间。为了达到预期的保护目的,确定PTC器件的动作时间是很重要的。如果选择的器件动作过快,则有可能会出现异常动作或有误动作。如果器件动作过慢,则在器件动作并限制电流之前,受保护的器件可能已“毁于一旦”。
自恢复器件可以用于LED的保护。LED的光学性能因温度不同而呈现明显的差别。LED的发光量随结温升高而减少,如果不对驱动电流和结温加以适当控制,LED效率会迅速下降,造成光衰、缩短寿命。与结温有关的另一个LED特性是正向电压。如果仅使用一个简单的限流电阻器控制驱动电流,LED正向电压降VF将随温度升高而下降,这将导致驱动电流增加,并导致热恶性循环,特别是大功率LED,将是“灾难性”的后果。
小电流的LED,比如作指示灯用时,加个电阻就可以了。但在较大功率情况时,多采用恒流源控制电路实现对LED的驱动。在用量不大的情况下,采用自恢复熔断器作为LED保护也是个不错的选择,但它的缺点也是显而易见的,那就是由于自恢复熔断器的电阻增加后,电能将消耗在自恢复熔断器上,LED功率越大,这种情况越严重,不符合节能要求。
在RS232、RS485通信电路里,因连接线路较长,容易造成误接、短路等,可以用自恢复器件串联在电路里起过电流保护作用。
自恢复器件有一定电阻,这是一个缺点,但可以用这个缺点来检测电流的变化,如图2.89所示。自恢复熔断器可作为LAMP(理解为负载)的保护,同时可以用于检测电流的变化,比如通过A-D转换器与单片机连接,当自恢复熔断器“动作”时,电阻值增加,其电压降增加,两端电压也会增加,以此检测其电压的变化,从而判断是否有故障发生等。
图2.89 PTC保护与电流检测