Қайта орналасатын қорғаныш құрылғысы немесе полимерлік оң температуралық коэффициенті бар құрылғы (PPTC)

Кіріспе

Электрондық компонент

Қайта орнатылатын сақтандырғыш немесе полимерлік оң температура коэффициенті құрылғысы (PPTC) – электрондық тізбектердегі артық токтан қорғауға қолданылатын пассивті электрондық компонент. Бұл құрылғыны көпсақтандырғыш, полисақтандырғыш немесе полипереключатель деп те атайды. Олар кейбір жағдайларда ПТК термисторларына ұқсас, бірақ жартылай өткізгіштердегі заряд тасымалдаушылардың әсері орнына механикалық өзгерістер арқылы жұмыс істейді. Бұл құрылғыны алғаш рет 1939 жылы Джеральд Пирсон Bell Labs-те ашқан және сипаттаған, ал АҚШ патенті #2,258,958-де жазылған.

Операция

Полимерлік ПТК құрылғысы – өткізгіштікке қол жеткізу үшін көміртекті қара бөлшектермен толтырылған, өткізгіш емес кристалды органикалық полимер матрицасынан тұрады. Салқын күйде полимер кристалдық күйде болады, көміртек кристалдар арасындағы кеңістіктерге орналасып, көптеген өткізгіш тізбектерді құрайды. Өткізгіш болғандықтан («бастапқы кедергі»), ол ток өткізеді. Егер құрылғы арқылы тым көп ток өтсе, құрылғы қызып бастайды. Құрылғы қызған сайын полимер кеңейеді, кристалдық күйден аморфты күйге өтеді. Бұл кеңею көміртек бөлшектерін бөліп, өткізгіш жолдарды үзеді, құрылғының жылдамырақ қызуына және одан да көп кеңеюіне себеп болады, соның салдарынан кедергісі артады. Кедергінің артуы тізбектегі токтың айтарлықтай төмендеуіне әкеледі. Құрылғы арқылы шағын («сіңіп кету») ток өтеді, ол температураны жоғары кедергі күйінде сақтауға жеткілікті. Сіңіп кету тогы номиналды кернеуде жүзден кем мА, ал төмен кернеуде бірнеше жүз мА-ға дейін болуы мүмкін. Құрылғының құлыптау функциясы бар деуге болады. Қуатты ажыратқанда, сіңіп кетуден туындаған қызу тоқтатылады және PPTC құрылғысы салқындайды. Салқындаған кезде құрылғы бастапқы кристалдық құрылымын қалпына келтіріп, құрылғыға сәйкес ток мөлшерін ұстай алатын төмен кедергі күйіне оралады. Бұл салқындату әдетте бірнеше секундқа созылады, бірақ іске қосылған құрылғы қуаты нашарласа немесе жиі қолданылса, бастапқы кедергіге жақындап, бірнеше сағат бойы сәл жоғары кедергіні сақтай алады. Құрылғыдағы ақаулық жойылғанның өзінде, егер жұмыс тогы PPTC-нің ұстап тұру тогынан жоғары болса, қалпына келтіру жиі жүрмейді. Құрылғы бастапқы кедергі мәніне қайта оралмауы мүмкін; көбінесе ол айтарлықтай жоғары кедергіде (бастапқы мәннің 4 есесіне дейін) тұрақтанады. Құрылғының бастапқы мәніне ұқсас кедергі мәніне оралуына бірнеше сағат, күн, апта немесе тіпті жылдар қажет болуы мүмкін. PPTC құрылғысының номиналды ток және номиналды кернеу сипаттамалары болады.

A polymeric PTC device is made up of a non conductive crystalline organic polymer matrix that is loaded with carbon black particles to make it conductive. While cold, the polymer is in a crystalline state, with the carbon forced into the regions between crystals, forming many conductive chains. Since it is conductive (the "initial resistance"), it will pass a current. If too much current is passed through the device, the device will begin to heat. As the device heats, the polymer will expand, changing from a crystalline into an amorphous state. The expansion separates the carbon particles and breaks the conductive pathways, causing the device to heat faster and expand more, further raising the resistance. This increase in resistance substantially reduces the current in the circuit. A small (leakage) current still flows through the device and is sufficient to maintain the temperature at a level which will keep it in the high resistance state. Leakage current can range from less than a hundred mA at rated voltage up to a few hundred mA at lower voltages. The device can be said to have latching functionality. When power is removed, the heating due to the leakage current will stop and the PPTC device will cool. As the device cools, it regains its original crystalline structure and returns to a low resistance state where it can hold the current as specified for the device. This cooling usually takes a few seconds, though a tripped device will retain a slightly higher resistance for hours, unless the power in it is weaker, or has been often used, slowly approaching the initial resistance value. The resetting will often not take place even if the fault alone has been removed with the power still flowing as the operating current may be above the holding current of the PPTC. The device may not return to its original resistance value; it will most likely stabilize at a significantly higher resistance (up to 4 times initial value). It could take hours, days, weeks or even years for the device to return to a resistance value similar to its original value, if at all. A PPTC device has a current rating and a voltage rating.

Қолданбалар

Бұл құрылғылар көбінесе компьютерлік қуат көздерінде, негізінен PC 97 стандартына байланысты (ол пайдаланушының ешқашан ашпауы тиіс жабық компьютерді ұсынады) және ауыстыруы қиын аэроғарыш/ядролық салаларда қолданылады. Мұндай құрылғылардың тағы бір қолданылуы – аудио динамиктерді, әсіресе жоғары жиілікті динамиктерді (твиттерлерді) артық жүктемеден қорғау: PPTC құрылғысымен қатар резистор немесе шамды параллель қосу арқылы, токты кесіп тастаудың орнына, жоғары жиілікті динамик арқылы өтетін токты қауіпсіз деңгейге дейін шектейтін схеманы жасауға болады, бұл күшейткіш жоғары жиілікті динамик көтере алатын қуаттан артық қуат берген кезде динамиктің зақымданусыз жұмыс істеуін қамтамасыз етеді. Сақтандырғыш та осындай қорғауды ұсынуы мүмкін, бірақ ол жарылса, жаңасымен ауыстырылмайынша жоғары жиілікті динамик жұмыс істемейді.