美隆電子有限公司
期日: 2006年12月26日
選用適當的電路保護產品降低建購管理維修成本
現代的商業建築需採用多種自動化系統來有效提供環境保全、降低能耗和提供消防保障。這些系統均位於建築物內難以接
觸或不便進入的位置。當系統發生故障，住戶會打電話要求維修，這將花費建築物管理成本。選擇具備自復式之電路保護
技術產品將有助於把系統所發生故障的影響程度降到最低，減少其受影響的系統數量，並縮短系統維修所需花費的時間
傳統的保護電路大多採用保險絲技術。但在發生接線故障或部件故障時，很有可能造成過電流現象，導致保險絲的熔斷，
使電器線路中斷。這套體系的缺點在於系統中一個零件的故障將連帶影響其他零件的正常運作，而維修技術人員必須進入
所有受影響的零件並更換保險絲，系統方能繼續運行。此外，還存在另外一種危險，即保險絲發生熔斷的系統零件有可能
未被發現，用戶還得要求進一步維修，確保安全。更為重要的是，建築物的部分地方可能未有保全系統。
Raychem電子部的PolySwitch自復式電路保護元件是一項可以取代傳統保險絲的產品，它能讓控制器保持關鍵介面處同等
的過電流保護能力，而且無需在外部故障狀態導致系統內出現大電流狀態時更換或維護保險絲。另外，它也能防止瞬態或
接地故障產生的電流對控制器電子電路造成損壞。在暫態狀態消失且電路電源斷開時，PolySwitch元件可自行復位，控制器
將恢復至完全可運行狀態，無需維護技術人員進入查看。
將自復式保護策略擴展至整個系統
控制器並不是建築自動化控制系統中唯一可以自復式過電流保護優點的裝置。任何需要交流電源的遠端感測器、指示燈或
執行器、類比介面或通訊匯流排界面都可利用PolySwitch自復式電路保護元件的特性。圖1所示為各種建築自動化系統構件
及其通訊連接和配電系統之間的關係。這些系統構件可能受到雷擊、誤接連線、電源誤接或交流主輸入回路中線鬆脫等造
成的損壞。
在單個遠端元件出現故障的情況下，PolySwitch自復式元件還可用於保持系統繼續運行。一般情況下，如果出現了遠端感
測器的故障，將導致短路或電源無法供電或通訊匯流排不能工作，在遠端感測器中採用PolySwitch元件後，將能保護故障的
元件，免其引發火災，且在匯流排和故障元件之間形成一個很高的阻抗。這將有助於保護系統其他部分以免受損。圖2所
示為能夠在配電母線應用中實現這項功能的系統結構。
PolySwitch元件屬於正溫度係數(PTC)熱敏電阻，作為電路中的串聯元件來使用。該元件設計用於多種工作電流值下，而且
每個元件均規定了‘保持’電流是在20攝氏度下，元件仍能夠通行電流而不會發生動作的最大電流值。
正溫度係數熱敏電阻的小巧外形有助於節省寶貴的電路板空間，其自復式功能允許它裝置在用戶無法接觸到的位置，這與
傳統的保險絲必須安裝在用戶能夠接觸到位置相比，具有明顯的差異。由於正溫度係數熱敏電阻是固態元件，所以能耐受
機械衝擊和振動，可為範圍廣泛的各種應用提供可靠的電路保護。
正溫度係數熱敏電阻由特殊塑膠和導電性顆粒組成的導電性聚合物。在正常的工作溫度下，導電性顆粒在聚合物中形成低
阻值的導電鏈路圖。但是，當溫度上升到元件的作動溫度時，聚合物內的晶體融化，形成非晶體物質。而在這個晶體融化
的過程中，其容積變大，造成導電性顆粒的分離，並導致元件阻抗呈非線性增加。產生變化的熱量可以是來自外部，也可
以是由於電流過大而產生的內部電阻性發熱現象。元件的阻值上升，降低了在故障狀態下能夠流過的電流值，並有助於保
護電路中的設備。
正溫度係數效應
有關某種材料的阻值具有PTC效應，是指材料的阻值會隨著溫度的上升而增加。所有與金屬類似的導電性材料均擁有正溫
度係數的阻值。在這些材料中，正溫度係數效應的特點是阻值與溫度成線性正比逐漸增加。這就是常見或線性的正溫度係
數效應。
非線性正溫度係數效應
發生相態變化的材料可能呈現出一種阻值在很窄的溫度範圍內急劇上升的特性，某些導電性聚合物可以呈現出此類效應。
這些導電性聚合物可用於製造過電流保護元件，通常稱為正溫度係數熱敏電阻過電流保護器，或電路保護元件。
正溫度係數熱敏電阻的運行狀態建立在能量平衡基礎上，這種平衡由以下的等式[1]描述： 返回更多... 
I = 流經元件的電流
R = 元件的阻值 ΔT = 元件溫度變化值
Δt = 時間變化量 T = 元件的溫度
m = 元件的質量 Ta = 環境溫度
Cp = 元件的熱容量 U = 綜合熱傳導係數
在這些等式中，流經元件的電流等於I2R的額定熱量。這些熱量的全部或部分散失於環境中，散失的速度可用條件U(T-Ta)
表示。所有未散失到環境中的熱量將導致元件溫度的上升，這種上升可用下列條件表示： mCp(ΔT/ Δt)
為了儘量簡化公式[1]，假設元件內部的溫度是均勻的。
如果元件產生的熱量與其散失至環境中的熱量保持平均，則(ΔT/ Δt)等於零，公式[1]可以改寫為公式[2]：
在通常的工作狀態下，元件產生的熱量和元件散失到環境中的熱量能夠在較低的溫度下保持平衡，例如圖3中的第1點。如
果流經元件的電流增加，而周圍環境溫度保持恒定時，元件所產生的熱量將增長，元件的溫度也會隨之增加。但是，如果
電流增加的量並不是太大，所產生的熱量均可以散失到環境中去，元件還將根據公式[2]穩定在一個較高的溫度
如果電流沒有增加，而環境溫度在增加，元件也將按照[2]所述，在一個較高的溫度下維持平衡，可能還是圖3中的第2點。
第2點的狀態也可透過電流增加和環境溫度增加的聯合作用達到。在電流或環境溫度的進一步增加將造成元件達到一個溫度
，此時出現阻值快速增加
如果電流或環境溫度持續上升，將導致元件產生熱量的速率大於熱量散失到環境中的速率，因而造成了元件溫度的快速上
升。在這一階段，阻值將有一個大幅度的增長，而溫度改變則相對較小。在圖3中，阻值在溫度改變較小的情況下出現很大
變化的區域位於第3點和第4點之間。這種電阻值的大幅增加造成了流經電路的電流值相應下降。電流的降低有助於保護電
路免受損壞。
由於在第3點與第4點之間的溫度變化很小，公式[2]中的條件(T-Ta)可以用常數(To-Ta)來代替，其中To是元件的工作溫度。
然後公式[1]可以改寫為公式[3]：
由於U和(To-Ta)現在均為常數，公式[3]可以簡化成I2R=常數。這就是說，目前元件工作在恒定的功率狀態下。由V2/R來表
示這一恒定的功率，能夠在動作狀態下強調元件的阻值與所施加的電壓的平方成正比的關係。這種關係將保持到元件阻值
達到曲線上部時(圖3中的第4點)為止。
對於已經動作的元件，只要所施加的電壓值使產生的V2/R熱量足以供應U(To-Ta)的損失，則元件將保持在動作狀態下。這
就是說，元件將保持並鎖定在其保護狀態下。在電壓降至U(To-Ta)損失無法滿足供應時，元件的溫度將下降，並最終復位。
資料：泰科電子公司
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