用自恢复PPTC器件提高电子设备的可靠性

保护电子电路免于电流过大或温度过高而损坏是众多电路保护技术的一个主要功能。在过去，电路保护一般是采用保险丝或可熔断的导线，但在当前的应用中，可恢复型的器件，例如聚合正温度系数(PPTC)器件、陶瓷正温度系数器件、双金属断路器和恒温开关已经成为首选的解决方案。这些器件在发生故障后不需要进行更换，并且能够保证电源断开或消除了过电流现象后，电路能够恢复到正常的工作状态。
PPTC器件是一种能够限制电流的非线性热敏电阻。在出现故障时，所有的正温度系数器件均处于高阻值状态，而且由于正常操作中仍可能导致在部分回路中存在危险性的电压，对于电路设计人员来说，重要的是要理解PPTC器件与保险丝之间的区别。保险丝属于中断电流的器件，当保险丝熔断后，电路就会中断，保险丝必须进行更换。而一旦PPTC器件发挥作用，仍然有很低的电流流经器件。PPTC器件要求有一个较小的起到电阻性加热作用的漏电流或外部热源来维持器件的工作状态。一旦故障消除或电源中断，外部热源消失后，器件将返回至低阻值状态，所以不需要进行更换。

是否需要熔断
尽管可恢复器件本身具有明显的优点，但在某些情况下，保险丝可能仍是电路保护的一种较佳的选择。在恢复正常运行状态可能导致潜在的安全危险或者在发生故障状态后需要进行设备维修的情况下，则适宜使用保险丝或断路器。例如，对于垃圾处理设备来说，可以推荐使用一次性的保险丝。因为如果电机突然恢复运作，刀片可能会造成严重的伤害事故。另一方面，可恢复型的PPTC器件对于保护电信和网络设备来说，是相当合理的解决方案。在这种情况下，能够迅速恢复运行的能力是十分重要的。
如果对PPTC器件的可恢复性功能的性质把握不当，可能导致器件在电路中得不到适当的使用。而如果设计人员在将PPTC器件与其它可恢复型器件，如陶瓷正温度系数器件、双金属恒温开关和按钮式断路器进行比较时，有可能产生更多的混淆。表1说明了这些过电流保护器件的恢复方式。

PPTC器件在电路设计方面的考虑
PPTC器件可作为电路中的串联元件。由于这些器件的外形较小，有助于节省宝贵的电路板空间。而且，与传统的保险丝要求用户干预相反，这种可恢复的功能允许将器件布置在不能接触到的位置上。由于这些器件属于固态器件，所以还能够承受机械冲击和振动，从而为多种应用提供可靠的保护。
在电路设计中采用PPTC器件时需要考虑一些关键参数，这其中包括器件的保持电流和动作电流、环境条件对器件的影响、器件的恢复时间和动作状态下的漏电流等。
图2表明了PPTC器件的保持电流和动作电流与温度的函数关系。A区表示PPTC器件将要动作并保护电路时的电流和温度的各种组合。B区表示器件能够保证电路正常运行的电流和温度的各种组合。在C区内，器件既有可能动作，也有可能保持在低阻值的状态，这要取决于每个器件自身的阻值和所处的环境。
由于PPTC器件可以通过加热的方式激活，所以在器件四周发生的任何温度改变均可能影响到器件的性能。如果器件附近的温度上升，则器件动作所需要的能量较少，所以保持电流(I保持)下降。陶瓷和聚合体的正温度系数(PTC)器件的制造商提供了有关的电流-温度折减曲线与保持电流-温度的数据表，以帮助设计人员选择正确的器件。
器件的热传导环境对于器件的性能有着显著的影响。一般来说，通过增加器件的热传导，器件的功率耗散、动作时间和保持电流均会呈现相应的增加。而在器件的热传导减弱时，会发生与此相反的情况。此外，改变器件周围的热容也会改变器件的动作时间。
PPTC器件的动作时间定义为从故障电流开始出现至器件动作进入高阻值状态所需要的时间。动作时间取决于如图2所示的故障电流的大小，以及环境温度。
在热量散失到环境中的速度小于热量产生的速度时，即发生动作。如果产生的热量大于散失的热量，则器件的温度增加。温度上升的速度以及致使器件动作所需的总能量取决于故障电流和传热环境。
电流的增加或环境温度的上升将改变器件温度，导致阻值迅速提高。这种阻值上的大幅改变造成电路中电流的相应下降，从而保护电路免遭损坏。

结语
PPTC器件的低阻值、动作时间短和外形小巧的特点有助于提高在较小的器件安装面积下电子电路的稳定性。对器件可恢复功能的准确把握，有助于电路设计人员确定和应用PPTC器件，从而达到最好的运行性能，并降低保修、维护和修理方面的成本。■