原创 自恢复保险丝(PPTC)的使用【整理】

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 昨天的博文《防止DC电源反接的方法——SS14的用法》讲到三种防止DC电源反接的方法，其中第三种是串联一个自恢复保险丝，保险丝后面的电源正负反向并联一个二极管。

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什么是自恢复保险丝

   PPTC 是英文单词的缩写： Polymeric Positive Temperature Coefficient，也称PolySwitch PPTC。

    中文意思是：高分子聚合物正系数温度电阻，即：高分子正温热敏电阻。

严格意义讲： PPTC 不是自恢复保险丝。 Resettable Fuse 是自恢复保险丝。

在国内电子过流 / 过压保护行业，习惯用语把 PPTC 称为自恢复保险丝。二次电池用过流保护片，也是国内电子行业的习惯用语，因为电池用过流保护片外形像一片薄薄的长方形口香糖，故称为电池过流保护片用 PPTC 。 Poly Switch 高分子聚合物开关，也是 PPTC 另一种称呼。
    自恢复保险丝/过流保护片/聚合物开关都是指PPTC 。

PPTC工作原理

PPTC是由高分子有机聚合物在高压、高温，硫化反应的条件下，搀加导电粒子材料后，经过特殊的工艺加工而成。

常温下，正常工作电流通过PPTC内部时，高分子聚合物与导电粒子材料高密度的结合在一起形成结晶状的结构，此时PPTC处于低阻值的分子状态，PTC工作正常内阻在 <?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />10m Ω --5 Ω之间。

当PPTC两端出现短路/破坏性大电流时，串联中的 PPTC 消耗功率P=I²R 开始增大， PPTC 瞬间产生大量的热量，使 PPTC 内部高分子聚合物温度急速上升 , 导致急剧膨胀，同时开始结晶形成胶状体，导电粒分子健开始断裂，阻断由导电粒子材料形成的通路，此时 PPTC 内阻值达到KKΩ级数值。从而有效的限制短路电流/破坏性大电流通过 PPTC ，电路回路处于断开状态。此时 PPTC 处于高温高阻状态，经过有效试验 24 小时是时时处于高阻值状态。
    当故障电流排除后， PPTC 内部材料温度降低，高分子聚合物重新结晶，导电粒子材料开始导通。整个工作电路恢复正常。PPTC 自动恢复，无需人工更换。经过试验连续保护1万次不失效。又称万次保险丝。可以完全取代普通热熔断体。

PPTC晶体结构

PPTC典型工作曲线

PPTC的种类

直插式

直插式PPTC长得像“陶瓷电容”，随便拿一块PCB可能就看到很多，一不留神，可能还误认为怎么用这么多瓷片电容，其实PPTC在PCB里面起短路过流保护的作用。

                                                直插式PPTC物理结构

贴片

                   贴片式PPTC尺寸与1812的贴片电阻电容一样。

                                                          贴片式PPTC物理结构 

薄带

薄带式PPTC物理结构

国外公司Raychem，LITTLEFUSE，BOURNS都是生产PPTC比较出名的厂商，可以上这些厂商的网站，找PPTC的Datasheet。

Raychem (这个厂商的自恢复保险丝叫PolySwitch PPTC Resettable Devices)

http://www.circuitprotection.com/polyswitch.asp

LITTLEFUSE(这个厂商的自恢复保险丝叫Resettable PTCs)

http://www.littelfuse.com/searchresults.html?NN=0%3aTechnology%3a162   

Bourns (这个厂商的自恢复保险丝叫Multifuse? PPTC Resettable Fuses)

http://www.bourns.com/ProductLine.aspx?name=polymer_ptc_resettable_fuses_multifuse

     国内公司PPTC的产品网址可以通过下面网址找到相应PPTC的DataSheet。

深圳市南村电子科技有限公司  http://www.snptc.net/product.asp

深圳市慧瑞电子材料有限公司  http://www.hr-ptc.com/produ-1.htm

深圳市万瑞和电子有限公司

http://www.whptc.com/products.html?gclid=CP31uO2EnZwCFdgtpAod5gJxdw

南京华巨电子有限公司  http://www.sinochip.net/productwh.htm

    下面着重介绍Bourns公司MF-MSMF系列的PPTC。

PPTC的选择

1)先选定PPTC的安装形式(直插、贴片或薄带)

     根据下表可以根据不同应用选择不同的PPTC安装形式。

2)选择合适的PPTC型号

在使用中，要先根据线路最大工作电压V、正常工作电流I、故障电流If及最高使用环境温度TM选择合适的型号。在最高使用环境温度TM时，应满足：
I_hold (TM) ≈ I
I_trip (TM)≤ If ≤ Imax
VMAX≥V
    这里的线路电压、电流是指直流或交流有效值。

环境温度对PPTC电流的影响有何影响？

PPTC 是一种同时产生热量与释放热量的敏感器件。其内阻变化过程与环境温度变化成正比关系。 I_hold工作电流I_trip动作电流与环境温度关系，如图所示 :

下面是Bourns公司MF-MSMF系列的PPTC环境温度及电流值折减表

内阻与恢复时间的特性是什么？

PPTC 在短路 / 故障电流排除后， PPTC几秒钟内温度就会很快降低，内阻急速下降。约十几秒后， PPTC 即可达到通路状态，自动恢复使用，无需人要更换操作。如图所示:

PPTC 在电源电路中是怎么设计安装的？

PPTC串联在 DC/AC 电源电路中。可以选择DIP 直插式或 SMD 表面贴装式。 PPTC无正负极性之分。因 PPTC 在保护状态下，表面温度高，要安装在通风状态下，对高温敏感的元器件不要与 PPTC 直接接触。

      Bourns公司MF-MSMF系列的自恢复保险丝1812封装尺寸

防止DC电源反接电路

本文主要参考下面两篇文章

1)     PPTC 产品知识问答与讲解

http://www.snptc.net/study.asp

2)     阿南《ARM Linux入门与实践》2.3.5自恢复保险丝PPTC

http://group.ednchina.com/999/12369.aspx

PPTC的应用方案可参考下面三篇文章

1)     PPTC图文讲解

2)     PPTC过流保护的应用

3)     PPTC保护器件及其应用

    Bourns公司贴片PPTC相关DataSheet