PolySwitch元件動作保護特性分析

PolySwitch自恢復保險絲是美國瑞侃(Raychem)公司生產的一種新型元件，由聚合物摻加導體而制成。聚合物基導電復合材料中往往具有正溫度系數(PTC)效應，即材料的電阻隨溫度上升而增大，并且在聚合物的熔點附近急劇增大，具有熱敏開關特性。

PolySwitch元件在過電流情況下溫度急劇上升，電阻迅速增大，將回路電流降到足夠小，電路如同開路，從而使電路受到保護。當過電流消失時，PolySwitch元件的溫度降低，電阻恢復常態，以允許電路正常工作。由于PolySwitch元件具有自動恢復的特性，通常情況下無需更換，與傳統的保險絲相比具有很多優點，因此在民用和工業領域得到廣泛應用。

PolySwitch元件是非線性元件，且對環境溫度敏感，不同的應用范圍要選用不同的元件。選用PolySwitch元件的通常方法是采用查表法，其手續繁雜，精度不高。本文分析了PolySwitch元件手冊中給出的動作保護特性曲線，根據其特點建立了PolySwitch元件動作保護特性的數學模型。經實驗驗證及曲線比較，證明根據該數學模型繪制的仿真曲線與PolySwitch元件手冊中給出的動作保護特性曲線形態一致，且與實測數據基本吻合。

PolySwitch元件的動作保護特性

PolySwitch元件有多種系列產品，其產品特性各不相同。以常用的RXE系列元件為例，其20℃時的電氣特性如表1所示。

表1　RXE系列元件20℃時的電氣特性

表1中各符號的含義如下:

IH：20℃環境溫度下的最大工作電流

IT：20℃環境溫度下PolySwitch元件啟動保護的最小電流

Vmax：PolySwitch元件的最大工作電壓

Imax：PolySwitch元件能承受的最大電流

Pdmax：PolySwitch元件動作狀態下的最大消耗功率

Rmax：PolySwitch元件未動作前的初始最大阻值

Rmin：PolySwitch元件未動作前的初始最小阻值

由表1可知，該系列元件所能承受的最大電流為40安培，故障時啟動保護的最小電流是最大工作電流的2倍。

RXE系列PolySwitch元件20℃時的動作保護特性曲線見圖1。其中橫坐標表示故障電流，單位為安培，縱坐標表示動作時間，單位為秒。兩個坐標軸均為對數坐標。圖中每一條曲線對應一個型號的元件，構成該系列元件的動作保護特性曲線簇。表2為圖1中曲線標號與元件型號的對照表。

圖1　RXE系列元件20℃時的動作保護特性曲線

在圖1所示的對數坐標系中，每一條曲線都可看作由彎曲部分和直線部分連接而成，兩部分的臨界點位置隨元件型號的不同而不同。由于各型號元件曲線的變化趨勢基本相同，建立數學模型的方法也相同。

表2　曲線標號與元件型號對照表