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    PolySwitch元件的保護特性解析

    發布時間:2010-10-14 11:08    發布者:techshare
    關鍵詞: PolySwitch , 保護特性 , 元件
    PolySwitch元件有多種系列產品,其產品特性各不相同。以常用的RXE系列元件為例,其20℃時的電氣特性如表1所示。

    表1 RXE系列元件20℃時的電氣特性



    表1中各符號的含義如下:
    • IH:20℃環境溫度下的最大工作電流
    • IT:20℃環境溫度下PolySwitch元件啟動保護的最小電流
    • Vmax:PolySwitch元件的最大工作電壓
    • Imax:PolySwitch元件能承受的最大電流
    • Pdmax:PolySwitch元件動作狀態下的最大消耗功率
    • Rmax:PolySwitch元件未動作前的初始最大阻值
    • Rmin:PolySwitch元件未動作前的初始最小阻值

    由表1可知,該系列元件所能承受的最大電流為40安培,故障時啟動保護的最小電流是最大工作電流的2倍。

    RXE系列PolySwitch元件20℃時的動作保護特性曲線見圖1。其中橫坐標表示故障電流,單位為安培,縱坐標表示動作時間,單位為秒。兩個坐標軸均為對數坐標。圖中每一條曲線對應一個型號的元件,構成該系列元件的動作保護特性曲線簇。表2為圖1中曲線標號與元件型號的對照表。



    圖1 RXE系列元件20℃時的動作保護特性曲線

    在圖1所示的對數坐標系中,每一條曲線都可看作由彎曲部分和直線部分連接而成,兩部分的臨界點位置隨元件型號的不同而不同。由于各型號元件曲線的變化趨勢基本相同,建立數學模型的方法也相同。

    表2 曲線標號與元件型號對照表



    數學模型的建立

    在圖1所示的坐標系中,PolySwitch元件動作保護特性曲線由彎曲部分和直線部分連接而成,可分別建立其數學模型。以M=RXE160的曲線為例,建立數學模型的具體步驟如下。

    確定臨界點位置

    對圖1中的曲線進行測量,可得到PolySwitch元件動作保護特性曲線彎曲部分和直線部分的臨界點位置。對M=RXE160的曲線,測得的臨界點位置約為I=4.3A。

    直線部分

    由表1可知,RXE系列PolySwitch元件所能承受的最大電流為40A。該點與臨界點之間為曲線的直線部分。


    由圖1直線部分曲線取若干特殊點,經計算機進行數學處理,得到a,b的具體數值:

    a=813,b=22.54,

    代入(1)式,可得直線部分的數學公式:




    曲線部分

    由于PolySwitch元件具有PTC效應,其動作保護特性曲線部分的數學模型可參考PTC器件的阻溫特性來建立。該類特性的數學模型可采用冪函數或對數函數的形式。設其數學公式具有如下形式;




    式中t0,I0,b均為常數。由圖1曲線部分曲線取若干特殊點,經計算機進行數學處理,得到t0,I0,b的具體數值:

    t0=-38.93,I0=4.42,b=-1.83,

    代入(3)式,可得曲線部分的數學公式:




    (2)式和(4)式共同組成RXE160元件的動作保護特性數學模型。兩條曲線在臨界點位置平滑連接。

    實驗結果

    為驗證RXE160元件動作保護特性數學模型的正確性,將RXE160元件接入直流電源保護電路中進行實際測試,得到實驗數據如表3所示。
    表3 實驗數據



    將實驗數據與數學模型曲線繪制在同一坐標系中,如圖2所示。圖中的曲線為根據(2)式和(4)式繪制的仿真曲線,圖中的點為實測數據點。為了方便比較,曲線的橫軸、縱軸均采用了對數坐標,所用軟件為Matlab6.0。比較圖1和圖2可知,該仿真曲線與PolySwitch元件手冊中給出的動作保護特性曲線形態一致,且與實測數據點之間基本吻合。其他型號曲線的數學模型可按照上述方法分別建立。



    圖2 RXE160動作保護特性仿真曲線(20℃)

    受元件特性曲線精度的限制,采用查表法選擇PolySwitch元件使用不便,而且精度不高。本文根據PolySwitch元件動作保護特性的特點,建立了PolySwitch元件動作保護特性的數學模型,較好地解決了這一問題。實驗表明,該仿真曲線與PolySwitch元件手冊中給出的動作保護特性曲線形態一致,實測數據與根據數學模型繪制的曲線基本吻合。
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