高分子PTC 熱敏電阻在工頻變壓器中的應(yīng)用概述(圖)
2005/11/15 15:46:15
上海科特高分子材料有限公司 供稿
變壓器被廣泛的用于多種電子產(chǎn)品中，其功能主要有：電壓變換；阻抗變換；隔離；穩(wěn)定電壓（磁飽和變壓器）等。變壓器損壞有兩種常見的原因：初級(jí)過壓和次級(jí)短路。這兩種故障都會(huì)使變壓器的“銅損”（ 電流流過線圈時(shí)的熱消耗）和“鐵損”（由“渦流”所產(chǎn)生的損耗）在短時(shí)間內(nèi)劇增，并導(dǎo)致線圈溫度升高；如不及時(shí)處理，將會(huì)使線圈絕緣性降低，甚至使變壓器燒毀。如果變壓器出現(xiàn)了以上故障而沒有及時(shí)的被切斷，則電路中關(guān)聯(lián)的部分元器件也會(huì)相應(yīng)出現(xiàn)過載或超負(fù)荷工作的情況。嚴(yán)重時(shí)會(huì)因?yàn)檫^熱而導(dǎo)致失效，使局部電路損毀。
人們通常在初級(jí)線路中串聯(lián)熱熔絲（溫度保險(xiǎn)絲）或在次級(jí)線路中串聯(lián)電熔絲（電流保險(xiǎn)絲）來保護(hù)變壓器。這一方案的最大缺點(diǎn)在于它使用了一次性的保護(hù)元件。如果熔絲熔斷，變壓器將隨之報(bào)廢，因而大大提高增加了設(shè)備的維護(hù)成本。具有可恢復(fù)性的電路斷路器是電路中另外一種過流保護(hù)方式，但它的成本太高，因此并不是所有的電路中都適合使用。具有自動(dòng)復(fù)位功能的高分子正溫度系數(shù)熱敏電阻（以下簡(jiǎn)稱PPTC）和陶瓷正溫度系數(shù)熱敏電阻（以下簡(jiǎn)稱CPTC）都能同時(shí)滿足：過流、過溫保護(hù)、可自動(dòng)復(fù)位、成本低等要求。但相比較而言:
1、PPTC 可將線圈的最高溫度限制在更低水平，并且線路斷開后PPTC 的表面溫度更低。
2、PPTC 電阻和體積相對(duì)更小，并且更不容易因振動(dòng)、撞擊、快速溫度變化等原因而損壞。
PPTC 用于工頻變壓器的過流、過溫保護(hù)的優(yōu)勢(shì)也就由此可見了。
上�？铺馗叻肿硬牧嫌邢薰綤T250/265- BL 系列PPTC 產(chǎn)品是專門針對(duì)各類工頻變壓器的使
用需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，可廣泛用于輸入為工頻電壓的常用變壓器的自保護(hù)。工作原理圖1 如下：
KT250/265- BL 系列是用經(jīng)過絕緣材料固體阻燃環(huán)氧樹脂（符合UL94V-0）封裝的產(chǎn)品，因此電阻在實(shí)際使用時(shí)可以直接與變壓器初級(jí)線圈接觸而不會(huì)導(dǎo)致漏電或者短路。
我們通過舉例來對(duì)PPTC 熱敏電阻的作用進(jìn)行說明。例如，被保護(hù)的變壓器規(guī)格是AC220V/2W，在次極短路的極限條件下，要求用PPTC 進(jìn)行保護(hù)。根據(jù)對(duì)眾多廠家該型號(hào)變壓器的研究，我們使用KT250－030BL 這種型號(hào)的PPTC 熱敏電阻。該型號(hào)PPTC 熱敏電阻工作的環(huán)境溫度為－40～+85℃，開關(guān)溫度100℃，最大表面溫度130℃。主要性能參數(shù)見表1 和圖2、圖3。
測(cè)試數(shù)據(jù)顯示：當(dāng)變壓器正常工作即輸出功率為額定2W 時(shí)，變壓器的次級(jí)電壓在7V 左右，次級(jí)由表1 和圖1 可知，與變壓器初級(jí)線圈串聯(lián)的PPTC 熱敏電阻KT250－030BL 在常溫下(25 度)工作時(shí)維持電流可以達(dá)到0.03A，因此變壓器正常工作時(shí)(PPTC 表面溫度70℃左右) KT250－030BL 可以長(zhǎng)期保持在低阻狀態(tài)。而當(dāng)變壓器輸出端電路發(fā)生故障導(dǎo)致次級(jí)短路時(shí)，次級(jí)電流約為1.05A，對(duì)應(yīng)初級(jí)電流約為0.05A， KT250－030BL 熱敏電阻和線圈的溫度開始升高，當(dāng)PPTC 表面溫度達(dá)到100℃左右時(shí)阻值迅速發(fā)生階躍性的變化，電阻值會(huì)變得足夠大，將電路中的電流限制在很低的范圍內(nèi)。此時(shí)電路中的電壓幾乎都加在熱敏電阻的兩端（該系列產(chǎn)品已通過1000 小時(shí)的通電老化測(cè)試（UL 認(rèn)證測(cè)試項(xiàng)目）），變壓器的實(shí)際輸入電壓值很小，實(shí)現(xiàn)了對(duì)變壓器的保護(hù)。實(shí)際測(cè)試表明，在該變壓器次級(jí)短路時(shí)， KT250－030BL 熱敏電阻在50 秒左右動(dòng)作（動(dòng)作時(shí)間可以根據(jù)實(shí)際使用需要進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整，設(shè)計(jì)時(shí)還會(huì)考慮避免電流的正常波動(dòng)導(dǎo)致誤動(dòng)作），動(dòng)作后PPTC 熱敏電阻的最高表面溫度不超過130℃（R/T 曲線見圖3）。因此，不會(huì)導(dǎo)致變壓器的損壞。在切斷電路，排除電路故障后，變壓器仍可正常使用(該系列產(chǎn)品已通過重復(fù)動(dòng)作6000 次的耐久測(cè)試（UL 認(rèn)證測(cè)試項(xiàng)目）
根據(jù)客戶實(shí)際的使用條件、工作環(huán)境和保護(hù)要求，在做產(chǎn)品選型時(shí)首先確定主要參數(shù)，然后按照?qǐng)D4 流程來進(jìn)行。需要特殊說明的是由于部分變壓器繞制好后（PTC 熱敏電阻已經(jīng)安裝），還要經(jīng)過最后一道工序：浸漬絕緣漆。它能增強(qiáng)變壓器的機(jī)械強(qiáng)度、提高絕緣性能、延長(zhǎng)使用壽命。KT250/265-BL 系列熱敏電阻的絕緣層可以抵御絕緣漆對(duì)其侵蝕，因此浸漬絕緣漆的過程對(duì)PPTC熱敏電阻的影響較小。
人們通常在初級(jí)線路中串聯(lián)熱熔絲（溫度保險(xiǎn)絲）或在次級(jí)線路中串聯(lián)電熔絲（電流保險(xiǎn)絲）來保護(hù)變壓器。這一方案的最大缺點(diǎn)在于它使用了一次性的保護(hù)元件。如果熔絲熔斷，變壓器將隨之報(bào)廢，因而大大提高增加了設(shè)備的維護(hù)成本。具有可恢復(fù)性的電路斷路器是電路中另外一種過流保護(hù)方式，但它的成本太高，因此并不是所有的電路中都適合使用。具有自動(dòng)復(fù)位功能的高分子正溫度系數(shù)熱敏電阻（以下簡(jiǎn)稱PPTC）和陶瓷正溫度系數(shù)熱敏電阻（以下簡(jiǎn)稱CPTC）都能同時(shí)滿足：過流、過溫保護(hù)、可自動(dòng)復(fù)位、成本低等要求。但相比較而言:
1、PPTC 可將線圈的最高溫度限制在更低水平，并且線路斷開后PPTC 的表面溫度更低。
2、PPTC 電阻和體積相對(duì)更小，并且更不容易因振動(dòng)、撞擊、快速溫度變化等原因而損壞。
PPTC 用于工頻變壓器的過流、過溫保護(hù)的優(yōu)勢(shì)也就由此可見了。
上�？铺馗叻肿硬牧嫌邢薰綤T250/265- BL 系列PPTC 產(chǎn)品是專門針對(duì)各類工頻變壓器的使
用需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，可廣泛用于輸入為工頻電壓的常用變壓器的自保護(hù)。工作原理圖1 如下：
KT250/265- BL 系列是用經(jīng)過絕緣材料固體阻燃環(huán)氧樹脂（符合UL94V-0）封裝的產(chǎn)品，因此電阻在實(shí)際使用時(shí)可以直接與變壓器初級(jí)線圈接觸而不會(huì)導(dǎo)致漏電或者短路。
我們通過舉例來對(duì)PPTC 熱敏電阻的作用進(jìn)行說明。例如，被保護(hù)的變壓器規(guī)格是AC220V/2W，在次極短路的極限條件下，要求用PPTC 進(jìn)行保護(hù)。根據(jù)對(duì)眾多廠家該型號(hào)變壓器的研究，我們使用KT250－030BL 這種型號(hào)的PPTC 熱敏電阻。該型號(hào)PPTC 熱敏電阻工作的環(huán)境溫度為－40～+85℃，開關(guān)溫度100℃，最大表面溫度130℃。主要性能參數(shù)見表1 和圖2、圖3。
測(cè)試數(shù)據(jù)顯示：當(dāng)變壓器正常工作即輸出功率為額定2W 時(shí)，變壓器的次級(jí)電壓在7V 左右，次級(jí)由表1 和圖1 可知，與變壓器初級(jí)線圈串聯(lián)的PPTC 熱敏電阻KT250－030BL 在常溫下(25 度)工作時(shí)維持電流可以達(dá)到0.03A，因此變壓器正常工作時(shí)(PPTC 表面溫度70℃左右) KT250－030BL 可以長(zhǎng)期保持在低阻狀態(tài)。而當(dāng)變壓器輸出端電路發(fā)生故障導(dǎo)致次級(jí)短路時(shí)，次級(jí)電流約為1.05A，對(duì)應(yīng)初級(jí)電流約為0.05A， KT250－030BL 熱敏電阻和線圈的溫度開始升高，當(dāng)PPTC 表面溫度達(dá)到100℃左右時(shí)阻值迅速發(fā)生階躍性的變化，電阻值會(huì)變得足夠大，將電路中的電流限制在很低的范圍內(nèi)。此時(shí)電路中的電壓幾乎都加在熱敏電阻的兩端（該系列產(chǎn)品已通過1000 小時(shí)的通電老化測(cè)試（UL 認(rèn)證測(cè)試項(xiàng)目）），變壓器的實(shí)際輸入電壓值很小，實(shí)現(xiàn)了對(duì)變壓器的保護(hù)。實(shí)際測(cè)試表明，在該變壓器次級(jí)短路時(shí)， KT250－030BL 熱敏電阻在50 秒左右動(dòng)作（動(dòng)作時(shí)間可以根據(jù)實(shí)際使用需要進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整，設(shè)計(jì)時(shí)還會(huì)考慮避免電流的正常波動(dòng)導(dǎo)致誤動(dòng)作），動(dòng)作后PPTC 熱敏電阻的最高表面溫度不超過130℃（R/T 曲線見圖3）。因此，不會(huì)導(dǎo)致變壓器的損壞。在切斷電路，排除電路故障后，變壓器仍可正常使用(該系列產(chǎn)品已通過重復(fù)動(dòng)作6000 次的耐久測(cè)試（UL 認(rèn)證測(cè)試項(xiàng)目）
根據(jù)客戶實(shí)際的使用條件、工作環(huán)境和保護(hù)要求，在做產(chǎn)品選型時(shí)首先確定主要參數(shù)，然后按照?qǐng)D4 流程來進(jìn)行。需要特殊說明的是由于部分變壓器繞制好后（PTC 熱敏電阻已經(jīng)安裝），還要經(jīng)過最后一道工序：浸漬絕緣漆。它能增強(qiáng)變壓器的機(jī)械強(qiáng)度、提高絕緣性能、延長(zhǎng)使用壽命。KT250/265-BL 系列熱敏電阻的絕緣層可以抵御絕緣漆對(duì)其侵蝕，因此浸漬絕緣漆的過程對(duì)PPTC熱敏電阻的影響較小。
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