Einführung in PPTC-Schmelzsicherungen

1. Grundprinzip

PPTC-Schutzschalter (Polymerer Positiver Temperaturkoeffizient Schutzschalter) ist ein strombegrenzendes Überspannungsschutzgerät, das aus einem halbkristallinen Polymer besteht, das mit leitenden Partikeln (wie z.B. Carbon Black) gemischt ist. Seine Kerncharakteristik ist, dass der Widerstand bei steigender Temperatur rapide zunimmt und die Fähigkeit zur "automatischen Strombegrenzung und automatischen Rücksetzung" aufweist, wodurch er in der Telekommunikation, der Konsumelektronik, der Automobiltechnik und anderen Bereichen weit verbreitet ist.

Bei normalen Betriebsbedingungen hat der PPTC einen sehr niedrigen Widerstand, die durch den Strom im Kreis erzeugte Wärme ist minimal, das Polymer befindet sich in einem thermischen Gleichgewichtszustand, die leitenden Partikel sind gut verbunden und der Strom kann normal fließen.

Wenn ein Überstrom auftritt, erwärmt sich der PPTC aufgrund des I²R-Leistungsverlusts. Die angesammelte Wärme überschreitet ihre Abgabefähigkeit, was dazu führt, dass das Polymer-Material expandiert und die leitenden Partikel getrennt werden, wodurch ein Hochwiderstands-Zustand erreicht wird, der den Strom begrenzt, um die Schaltung zu schützen. In diesem Fall bleibt nur ein kleiner Teil des Stroms übrig, um die Hochwiderstandstemperatur aufrechtzuerhalten und einen Teufelskreis durch die Fehlerwiederherstellung zu verhindern.

Wenn die Spannung abgeschaltet und der Fehler vollständig beseitigt ist, kühlt das Gerät ab, das Polymer sich zusammenzieht, der leitende Pfad wird wiederhergestellt und der Widerstand kehrt zu seinem ursprünglichen Wert zurück, was es ermöglicht, das Gerät erneut zu verwenden. Dieser Zyklus kann viele Male wiederholt werden, was eine gute Wiederverwendbarkeit zeigt.

Hinweis: Die typische Austrittstemperatur des PPTC beträgt etwa 125°C, aber der genaue Wert variiert je nach Modell.

2. Produktmerkmale

Überstromschutz: Bei Überstrom oder Kurzschluss wechselt die PPTC schnell von einem Niederspannungszustand in einen Hochspannungszustand, um den Stromanstieg zu unterdrücken und Schäden an der Last oder dem Schaltkreis zu verhindern.

Automatischer Reset: Nachdem der Fehler behoben und die Spannung abgeschaltet wurde, kühlt die PPTC ab und erholt sich automatisch, ohne ersetzt werden zu müssen, was die Wartungskosten senkt.

Selbtsperrendes (nicht zyklisches) Betreiben: Nach dem Auslösen geht die PPTC in einen Hochwiderstandszustand über. Selbst wenn die Spannung weiterhin anliegt, hält der geringe Strom die interne Temperatur aufrecht, wodurch der Hochwiderstandszustand gesperrt bleibt und somit wiederholte An/Aus-Zyklen fehlerhafter Geräte vermieden werden.

Hohe Stoßstrombelastbarkeit: Einige industriegrade Modelle können Stoßströme bis zu 100A aushalten, wodurch sie für Lastanwendungen mit hohem Einschaltstrom geeignet sind.

Blitzschutz: PPTC verfügt über Blitzschutzfunktionen und kann in Systemen eingesetzt werden, die den Strom auf niedrige Niveaus begrenzen, ohne an Funktionsfähigkeit durch transientes Blitzüberspannungsereignisse einzubüßen. Häufig wird es in Kombination mit Geräten wie TVS und MOV für sekundären Schutz auf empfindlichen Schaltungen wie Strom- und Kommunikationsanschlüsse eingesetzt.

Schnelle Reaktion: Im Vergleich zu traditionellen Sicherungen oder keramischen PTCs reagiert PPTC schnell, wodurch es insbesondere für Anwendungen mit hohen Anforderungen an die Abschaltreaktionszeit geeignet ist.

3. Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Leistung

Das folgende Diagramm zeigt das Verhältnis zwischen Haltestrom und Ausschaltstrom des wiederherstellbaren Schutzschalters im Bezug auf die Temperatur. Da der wiederherstellbare Schutzschalter aus thermosensitiven Materialien besteht, beeinflussen Änderungen der Umgebungstemperatur unvermeidlich seine Leistung.

Wenn sich die Umgebungstemperatur um den wiederherstellbaren Schutzschalter erhöht, verringert sich die Energie, die benötigt wird, um ihn auszulösen, wodurch der Haltestrom abnimmt.

Wie in der Abbildung gezeigt, haben die Beziehungskurven von HOLD und TRIP mit der Umgebungstemperatur einen negativen Verlauf. Bei 25℃ fließt 100 % des Stromes in der Leitung durch den resettierbaren Fusible.

Wenn die Umgebungstemperatur höher oder niedriger als dieser Wert ist, nimmt der nicht-ausschaltende Strom und der Ausschaltstrom des Bauelements entsprechend zu oder ab.

4.Vergleich mit anderen Überstromschutzgeräten

Im Vergleich zu keramischen PTCs weist PPTC eine kleinere Größe, schnellere Reaktion und geringeren Widerstand auf, was es für elektronische Produkte mit Platzbeschränkungen und empfindlichem Reaktionszeitbedarf besser geeignet macht.

5. Zusammenfassung

Durch seine automatische Strombegrenzung, Wiederverwendbarkeit, schnelle Reaktionszeit und ausgezeichneten thermischen Sperrcharakteristiken hat sich der PPTC-Schutzsicherung als weit verbreitete intelligente Überstromschutzlösung in modernen elektronischen Schaltungen etabliert.

Er kompensiert effektiv die Nachteile traditioneller Einwegsicherungen und mechanischer Schutzvorrichtungen hinsichtlich Reaktionsgeschwindigkeit, Lebensdauer und Wartungskomfort und ist insbesondere für Anwendungen mit hohen Anforderungen an Zuverlässigkeit und Sicherheit wie Telekommunikation, Netzteile, Automobil-Elektronik und Smart Home geeignet.

Durch eine sorgfältige Auswahl und thermische Kompensationsgestaltung kann die PPTC einen stabilen und langanhaltenden Schutzmechanismus für Schaltkreise bereitstellen, was sie zu einem der wichtigsten Bausteine bei der Realisierung eines intelligenten Schutzes macht.