Самовосстанавливающийся предохранитель или полимерное устройство с положительным температурным коэффициентом ( PPTC ) — это пассивный электронный компонент, используемый для защиты от перегрузки по току в электронных цепях . Устройство также известно как мультипредохранитель или полипредохранитель или полипереключатель . Они аналогичны по своей функции термисторам PTC в определенных ситуациях, но работают на механических изменениях, а не на эффектах носителей заряда в полупроводниках . Эти устройства были впервые обнаружены и описаны Джеральдом Пирсоном в Bell Labs в 1939 году и описаны в патенте США № 2,258,958. [1]
Полимерное устройство PTC состоит из непроводящей кристаллической органической полимерной матрицы, которая загружена частицами сажи [2], чтобы сделать ее проводящей. В холодном состоянии полимер находится в кристаллическом состоянии, а углерод принудительно вдавливается в области между кристаллами, образуя множество проводящих цепей. Поскольку он является проводящим («начальное сопротивление»), [3] он будет пропускать ток. Если через устройство пропустить слишком большой ток, устройство начнет нагреваться. По мере нагревания устройства полимер будет расширяться, переходя из кристаллического в аморфное состояние. [4] Расширение разделяет частицы углерода и разрывает проводящие пути, заставляя устройство нагреваться быстрее и расширяться еще больше, еще больше увеличивая сопротивление. [5] Это увеличение сопротивления существенно снижает ток в цепи. Небольшой ток (утечки) все еще протекает через устройство и достаточен для поддержания температуры на уровне, который будет удерживать его в состоянии высокого сопротивления. Ток утечки может варьироваться от менее сотни мА при номинальном напряжении до нескольких сотен мА при более низких напряжениях. Можно сказать, что устройство имеет функцию защелкивания. [6] Ток удержания — это максимальный ток, при котором устройство гарантированно не сработает. Ток срабатывания — это ток, при котором устройство гарантированно сработает. [7]
При отключении питания нагрев из-за тока утечки прекратится, и устройство PPTC остынет. По мере охлаждения устройства оно восстанавливает свою первоначальную кристаллическую структуру и возвращается в состояние низкого сопротивления, в котором оно может удерживать ток, указанный для устройства. [6] Обычно это охлаждение занимает несколько секунд, хотя сработавшее устройство будет сохранять немного более высокое сопротивление в течение нескольких часов, если только мощность в нем не слабее или не использовалась часто, медленно приближаясь к исходному значению сопротивления. Сброс часто не происходит, даже если была устранена только неисправность при продолжающемся подаче питания, поскольку рабочий ток может быть выше тока удержания PPTC. Устройство может не вернуться к своему исходному значению сопротивления; скорее всего, оно стабилизируется на значительно более высоком сопротивлении (до 4 раз больше исходного значения). Для того, чтобы устройство вернулось к значению сопротивления, аналогичному его исходному значению, могут потребоваться часы, дни, недели или даже годы. [8]
Устройство PPTC имеет номинальный ток и номинальное напряжение. [9]
Эти устройства часто используются в компьютерных источниках питания, в основном из-за стандарта PC 97 (который рекомендует герметичный ПК, который пользователь никогда не должен открывать), а также в аэрокосмической/атомной промышленности, где замена затруднена. [ требуется ссылка ] Другое применение таких устройств — защита аудиодинамиков , особенно твитеров , от повреждения при перегрузке: поместив резистор или лампочку параллельно с устройством PPTC, можно разработать схему, которая ограничивает общий ток через твитер до безопасного значения вместо того, чтобы отключать его, позволяя динамику продолжать работать без повреждений, когда усилитель выдает больше мощности, чем твитер может выдержать. Хотя предохранитель также может обеспечить аналогичную защиту, если предохранитель перегорит, твитер не сможет работать, пока предохранитель не будет заменен. [10]