各种电路保护元件(压敏、热敏电阻)介绍

断路器
• 断路器是一种很基本的低压电器，断路器
具有过载、短路和欠电压保护功能，有保 护线路和电源的能力。
过电压保护元件
过电压保护元件
压敏电阻
瞬态电压抑制器
ESD 抑制器
放电管
普 通 浪 涌 抑 制
高 能 量 浪 涌 抑 制
静 电 抑 制
二 极 管
高 分 子 基 体
陶 瓷 基 体 CESD
TFra Baidu bibliotekSER
工艺制成的热敏半导体陶瓷元件，它的电阻值随 温度升高而降低，利用这一特性可制成测温、温 度补偿和控温元件，又可以制成功率型元件，抑 制电路的浪涌电流。
热敏电阻分类
热敏电阻
正温度系数
负温度系数
按阻值-温度系数
突变型/缓变型
按阻值-温度变化大小
陶瓷热敏电阻
按材质不同
高分子热敏电阻
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热敏陶瓷
• 陶瓷材料可以通过掺杂或者使化学计量比偏离而 造成晶格缺陷等方法获得半导性。 • 热敏陶瓷是半导体陶瓷材料中的一类，其电阻率 约为10-4~107Ω.cm。 • 半导体陶瓷的共同特点是：它们的导电性随环境 而变化，利用这一特性，可制成各种不同类型的 陶瓷敏感器件，如热敏、气敏、湿敏、压敏、光 敏器件等。
高而进行保护的，例如：电吹风、电熨斗、电饭 锅、电炉、变压器、电动机等等 ,通过调整合金 的配方就能够调节熔化的温度.
感温触发热熔断体
• 热熔断体的有效触发机构是一种具有独特结构不
导电的小感温体，在正常操作温度下，固态的小 感温体顶住弹簧使引线与壳体保持接触，从而连 通电路, 当达到某一预定温度时，小感温体溶化， 使得行程弹簧推动触片，电路被断开.
• 正常情况下陶瓷材料将导体微粒紧密束缚于结晶状
结构内，构成一种低阻抗炼键，线路上流经电流所 产生的热量很小，从而电路保持低阻导通；电流增 加时温度也会上升，温度会改变结晶结构变成胶状， 导体便会分离，阻抗迅速提高，使回路的电流迅速 变小，达到保护目的
负温度系数热敏电阻
• 以过渡金属氧化物为主要原材料，采用电子陶瓷
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概述
PTC效应即为电阻随温度上升阶跃式增高的现 象，其原因在于：
其结构由晶粒、气孔及晶界组成，在晶粒的界面上形成势垒阻碍电子越界进 入到相邻区域中，因此产生高的电阻。
低温时势垒效应抵消，电子可以在晶粒间自由流动。 高温时势垒效应形成，阻碍电子在晶粒间的自由流动。
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概述
陶瓷PTC热敏电阻材料组织是一种多晶体陶瓷， 由晶粒、气孔及晶界组成。晶粒的尺寸大概在 2~10μ m之间,每个晶粒内部都具有电极取向,且具 有较小电阻的施主型半导体，晶界层是一层复杂 的结构层，其电阻是晶粒的几倍到几十倍。 晶粒的界面上在低温时由于高的介电常数和自 发的极化强度阻碍势垒的形成，并使电子可以在 晶粒间自由流动；温度高时势垒形成并阻碍电子 在晶粒间的自由流动，导致电阻大幅度地增高， 呈现出强烈的PTC效应。
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Negative Temperature Coefficient
陶瓷正温度系数热敏电阻
Ceramic Positive Temperature Coefficient CPTC热敏电阻
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概述
目前得到广泛应用的是钛酸钡(BaTiO3)系陶瓷 PTC热敏电阻器。 BaTiO3陶瓷是一种典型的铁电材料，常温下其 电阻率大于1012Ω .cm，为绝缘体。在这种材料中 引入稀有元素，可使其电阻率下降到10Ω .cm以下, 成为具有很大的正温度系数的半导体陶瓷材料， 在居里温度以上几十度的温度范围内，其电阻率 可增大4-10个数量级，产生PTC效应。
动作时间Ts 残余电流Ir
I(1/2) Ir Ts
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I—t（电流-时间）特性
即在PTC上加额定电压后，流经PTC的电流将随 时间延长而变化的关系。
在加上电压后的短时间（0-0.5秒）内，电流达到最大电流值（此时电阻为 Rmin），随后PTC动作，电流逐渐下降，最后降至Ｉ∞而稳定下来。
Ｉ—t曲线亦会随环境温度和散热条件的不同而变化。当环境温度下降，以及 散热加快时，动作时间会延长，曲线上移，如图中虚线所示。
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特性
陶瓷PTC热敏电阻具有三个基本特性： • 电阻-温度（R-T）特性； • 电压-电流（V-I）特性； • 电流-时间（I-t）特性。
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Ｒ－Ｔ（电阻-温度）特性
Tc：居里温度 Rc：开关电阻
Rp
R25：室温电阻 T25：标准室温25℃ Tmin：最小温度
Rc R25 Rmin
Rmin：最小电阻
电路保护元器件
系列讲座之一
2010年2月
电路保护元件
常用电路保护元件 过流保护元件 过压保护元件 过温保护元件
一 次 性 熔 断 器
自 恢 复 熔 断 器
熔 断 断 路 电 器 阻
压 敏 电 阻
瞬 态 电 压 抑 制 器
静 电 抑 制 器
放 电 管
温 度 熔 断 器
温 度 开 关
热 敏 电 阻
过电流保护元件
C段：当温度高于Ｔmax后，陶瓷体的电阻又随温度上升而下降。
Ｒmax与Ｒmin之比值为PTC效应，通常希望PTC效应越大越好。通常居里温度高 于 120℃时，称为高温PTC材料；反之称为低温PTC材料。
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V-I（伏-安）特性
Ik
额定电压VN 击穿电压VD 动作电流Ik
C
VN
VD
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V-I（伏-安）特性 即加在两端电压与达到热平衡的稳定条件下电 流之间的关系。 Ａ段:在电压较低时（低于额定电压），电流随电压 的升高而增大；
Ｂ段:通常应用的也就是此段，电压继续升高，电流达到其动作电流Ik，PTC动作,电 流随电压升高而下降。 C段:当电压上升至击穿电压ＶD后，电流复而随电压上升而增大，这时，PTC易被 击穿烧毁。
当环境温度下降，以及散热加快时，需要更大的动作电流，故V-I曲线会上移， 如图中虚线所示。
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I—t（电流-时间）特性
效能电路保护器件，它的主要特点是在反向应用 条件下，当承受高能量大脉冲时，其阻抗立即降 至极低的导通值，从而允许大电流通过，把电压 钳制在预定水平，其响应时间仅为10-12毫秒， 因此可有效地保护电子线路。
P-ESD静电抑制器
• 以Polymer技术为代表的 ESD保护器件. 高分子 功能材料的内部菱形分子以规则离散状排列,当静 电电压超过触发电压时,内部分子迅速产生尖端对 尖端放电,将静电在瞬间泄放到地.最大特点是反应 速度快(0.5~1ns)、非常低的极间电容(0.05~3pf), 很小的漏电流(1μA),非常适合各种接口的防护.
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热敏陶瓷
热敏陶瓷是指对温度变化敏感的陶瓷材料。
热 敏 陶 瓷
热敏电容
正温度系数热敏电阻
热敏电阻
负温度系数热敏电阻
热释电材料
热敏电阻是一种电阻值随温度变化的电阻元件。
电阻值随温度升高而增加的称为正温度系数（PTC）热敏电 阻 Positive Temperature Coefficient 电阻值随温度升高而减小的称为负温度系数（ NTC）热敏电 阻
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主要参数 • • • • • • • • • • • • 额定零功率电阻 R25 最小电阻 Rmin 居里温度 Tc 电阻温度系数α T 动作电流 Ik 动作时间 Ts 不动作电流 Ink 最大电流（耐电流）Imax 残余电流 Ir 最大工作电压（耐电压）Vmax 额定电压 VN 击穿电压 VD
过电流保护元件
一次性熔断器
自恢复熔断器
熔断电阻器
断路器
动 力 熔 断 器
车 用 熔 断 器
电 子 熔 断 器
高 分 子 基 体
陶 瓷 基 体 CPTC
PPTC
一次性熔断器
• 熔断器是最常用的过电流保护元件，若电路中正
确地安置了熔断器，那么，熔断器就会在电流异 常上升到一定高度和持续一定时候，自身熔断切 断电流，从而起到保护电路安全运行的作用
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主要参数定义
• 温度系数 α T 温度变化导致的电阻相对变化曲线斜率。温度系 数越大，PTC热敏电阻对温度变化的反应越灵敏。一 般取T1=Tc+15℃,T2=Tc+25℃ α T(%/℃)= (lnR2-lnR1)*100/(T2-T1) • 表面温度 Tsurf 指当PTC热敏电阻在规定的电压下并且与周围环 境间处于热平衡状态已达较长时间时，PTC热敏电阻 表面的温度。 • 不动作电流 Ink 流过PTC热敏电阻的电流，不足以使PTC热敏电阻自 热温升超过居里温度，这样的电流称为不动作电流。 不动作电流的最大值称为最大不动作电流.
Tp：最大工作温度 Rp：最大工作电阻
T25
Tmin Tc Tp Tmax
电阻-温度特性
Tmax：最大温度 Rmax：最大电阻
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Ｒ－Ｔ（电阻-温度）特性 即是PTC的电阻与温度的关系。 Ａ段：在温度低于Tmin时，电阻随温度的上升而下降， 呈现负的温度系数特性。
Ｂ段：若温度在Tmin与Tmax之间电阻随温度上升而急剧增大，呈现正的温度系数特 性，具有应用价值的也就是这一段。
温度开关/热继电器
• 用双金属片作为感温组件的温控器,电器正常工作
时,双金属片处于自由状态,触点处于闭合/断开状 态,当温度达到动作温度时,双金属片受热产生内 应力而迅速动作,打开/闭合触点,切断/接通电路, 从而起到控温作用。当电器冷却到复位温度时， 触点自动闭合/打开，恢复正常工作状态。
正温度系数热敏电阻
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主要参数定义 • 动作电流 Ik 流过PTC热敏电阻的电流,足以使PTC热敏电阻自热温 升超过居里温度,这样的电流称为动作电流。动作电流 的最小值称为最小动作电流。Ik=2Ink以上 • 动作时间 Ts 环境25℃条件下,给PTC热敏电阻加一个起始电流(保 证是动作电流),通过PTC热敏电阻的电流降低到起始电 流的50%时经历的时间就是动作时间. • 最大电流 Imax 是指PTC热敏电阻最高的电流承受能力。超过最大电 流时PTC热敏电阻将会失效。 38
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主要参数定义 • 额定零功率电阻 R25 是指在25℃环境下零功率测量PTC热敏电阻值（ 零功率是指测量时加在PTC热敏电阻上的功耗引起的 PTC热敏电阻的阻值变化可以忽略不计）。 • 最小电阻 Rmin 指PTC热敏电阻可以具有的最小的零功率电阻值 ，Rmin值小于R25。 • 居里温度 Tc 对于PTC热敏电阻的应用来说，电阻值开始陡峭地 增高时的温度是重要的，我们将其定义为居里温度。 居里温度通常指2倍Rmin所对应的温度值。
气 体 放 电 管
固 体 放 电 管
PESD
压敏电阻-突波吸收器
• 大量使用氧化锌为主体材料；当加在它上面的 电压低于它阀值Un时，流过的电流极小，当电 压超过Un时电流激增相当阀门打开，利用这一
功能，可以抑制电路中经常出现的异常过电压， 保护电路免受损害。
TVS 瞬态抑制二极管
• 瞬态抑制二极管是目前国际上普遍使用的一种高
自恢复熔断器
• 自恢复熔断器是一种正温度系数热敏电阻，当电
路发生故障过电流时内阻升高，当达到居里温度 时呈阶跃式突变，内部导电链呈雪崩态，电流被 夹断，从而对电路进行限制和保护；当断电和故 障排除后，一切能恢复为正常状态，无需人工更 换。
熔断电阻器
• 熔断电阻器又称保险电阻，兼具电阻器和熔断器
功能。当电路出现异常过载超过其额定功率时， 它会像保险丝一样熔断，使连接的电路断开起到 保险元件作用，对电路中的重要元件进行保护， 通常仅能应用于短路保护。
免遭雷电和突波的冲击而造成的损坏。具有精确 导通、快速响应、浪涌吸收组能力强、可靠性高 等特点.
过温度保护元件
过温度保护元件 温度熔断器 温度开关 热敏电阻器
低 熔 点 合 金
感 温 触 发
双 金 属 片
正 温 度 系 数 PTC
负 温 度 系 数 NTC
低熔点合金温度熔断器
• 温度保险丝是防止发热电器或易发热电器温度过
C-ESD静电保护器
• 以 Ceramic技术为代表的 ESD保护器件. 采用新
颖功能材料以及多层独石结构和低温共烧工艺制 成, 除了具有P-ESD产品的所有功能和特性以外, 兼有触发电压更低和工作寿命更长等优点, 使之 成为TVS, MLV, PESD等静电保护元器件大家庭中 性价比最好的品种.
气体放电管
• 一般采用陶瓷封装,内部充满电气性能稳定的惰性 气体,正常条件下是关断的，极间电阻达兆欧以上。
当浪涌电压超过电路系统耐压强度时，气体放电 管被击穿而发生弧光放电现象，由于弧光电压仅 为儿十伏，从而可在短时间内限制了浪涌电压的 迸一步上升。
固体放电管
• 利用晶闸管原理制成的过压保护器件，依靠PN结 的击穿电流触发器件导通放电, 可以流过很大的 浪涌或脉冲电流.其击穿电压的范围构成了过压保 护的范围. 用于保护敏感易损的集成电路，使之