Sind Sie es leid, ständig durchgebrannte Sicherungen auszutauschen? Besorgt über Überlastungen der Schaltung? Lernen Sie den "Wiederbelebungs-Panzer" des Schutzes von Schaltungen kennen – die rückstellbare PPTC-Sicherung. Dieses innovative Bauteil schützt Schaltungen nicht nur wie herkömmliche Sicherungen, sondern setzt sich auch automatisch zurück, nachdem Fehlerzustände behoben wurden, was es zu einem unverzichtbaren Werkzeug für Ingenieure und einer praktischen Lösung für alle macht.

PPTC-Geräte (Polymeric Positive Temperature Coefficient), technisch bekannt als polymere PTC-Thermistoren, sind im Wesentlichen wärmeempfindliche Widerstände aus Polymermaterialien. Ihre innere Struktur besteht aus einer Polymermatrix, in die gleichmäßig leitfähige Rußpartikel (Abbildung 1) eingebettet sind.

Unter normalen Bedingungen behalten PPTC-Geräte einen niedrigen Widerstand bei, wodurch der Strom ungehindert durch die Schaltung fließen kann. Wenn jedoch ein anormaler Überstrom auftritt, beginnt sich das PPTC aufgrund der I²R-Erwärmung zu erwärmen. Diese Wärme bewirkt, dass sich die Polymermatrix ausdehnt, wodurch sich die leitfähigen Rußpartikel trennen und der Widerstand des Geräts drastisch erhöht wird. Wenn die Temperatur auf etwa 125 °C ansteigt, steigt der Widerstand stark an (Abbildung 2) und begrenzt effektiv den Stromfluss.

Das Gerät behält diesen hochohmigen Zustand bei, bis der Fehlerzustand behoben ist (typischerweise durch Unterbrechung der Stromversorgung). Wenn sich das PPTC abkühlt, zieht sich die Polymermatrix zusammen, verbindet die Rußpartikel wieder und stellt das Gerät in seinen ursprünglichen niederohmigen Zustand zurück. Diese automatische Rückstellfunktion macht einen Austausch überflüssig und verleiht PPTC-Geräten die Bezeichnung "rückstellbare Sicherung".

Die Auswahl des geeigneten PPTC-Geräts erfordert eine sorgfältige Berücksichtigung mehrerer wichtiger Spezifikationen:

Der maximale Strom, den ein PPTC-Gerät unbegrenzt tragen kann, ohne auszulösen, gemessen bei 23/25 °C in ruhender Luft. Dies stellt die normale Betriebsstromgrenze dar.

Der Mindeststrom, der erforderlich ist, damit das PPTC-Gerät auslöst, typischerweise das 2-3-fache des Haltestroms.

Die höchste Spannung, der das PPTC ohne Beschädigung standhalten kann, wenn es seinen Nennstrom (Imax) führt.

Der höchste Strom, den das Gerät ohne Beschädigung aushalten kann, wenn es seiner Nennspannung ausgesetzt ist, entscheidend für die Bestimmung der Schutzfähigkeit.

Der Stromverbrauch des Geräts unter normalen Betriebsbedingungen, der sich auf die thermische Leistung auswirkt.

Die längste Zeit, die das Gerät benötigt, um den Strom auf 50 % seines Anfangswerts zu reduzieren, wenn es einem bestimmten Überstrom ausgesetzt ist, was die Reaktionsgeschwindigkeit angibt.

• Rmin: Minimaler statischer Widerstand vor dem Löten
• Rmax: Maximaler statischer Widerstand vor dem Löten
• R1max: Maximaler Widerstand eine Stunde nach dem Löten bei 23/25 °C

Hinweis: Der Widerstand nach dem Löten nimmt typischerweise zu, was sich auf die Auslösezeitmessungen auswirkt, die nach der einstündigen Stabilisierungsphase durchgeführt werden sollten.

Die richtige PPTC-Auswahl erfordert eine sorgfältige Analyse der Anwendungsanforderungen:

Der Haltestrom des ausgewählten Geräts muss den maximalen normalen Betriebsstrom der Schaltung übersteigen, wobei die Temperatureffekte berücksichtigt werden. Wie in Tabelle 1 gezeigt, nimmt der Haltestrom mit steigender Umgebungstemperatur ab, was eine Überprüfung erfordert, ob das Gerät bei maximalen Betriebstemperaturen eine ausreichende Stromkapazität beibehält.

Die Spannungsfestigkeit des PPTC muss der maximalen Betriebsspannung der Schaltung entsprechen oder diese übersteigen. Im Schutzmodus erscheint nahezu die volle Schaltungsspannung am PPTC. Eine unzureichende Spannungsfestigkeit kann eine ordnungsgemäße Rückstellung nach der Fehlerbehebung verhindern und die Lebensdauer des Geräts verkürzen.

Bei Verwendung vor Überspannungsschutzgeräten müssen PPTCs transienten Spannungsspitzen standhalten, was höhere Spannungsfestigkeiten oder eine strategische Platzierung nach primären Überspannungsschutzkomponenten erfordert.

PPTC-Geräte finden in zahlreichen Schutzkreisszenarien weit verbreitete Verwendung:

Wird häufig in der Kommunikations-, Sicherheits-, Industrie-, Automobil- und Unterhaltungselektronik zum Schutz von Stromleitungen, Kommunikationsschnittstellen und E/A-Ports vor Kurzschlüssen und übermäßigem Strom eingesetzt. Im Vergleich zu herkömmlichen Sicherungen entfallen bei PPTCs Wartungs- und Austauschvorgänge (Abbildung 3).

In mehrstufigen Überspannungsschutzsystemen dienen PPTC-Geräte als ideale Serienelemente zwischen primären (MOV/GDT) und sekundären (TVS/ESD) Schützern. Ihr Widerstand trägt dazu bei, eine ordnungsgemäße Spannungsaufteilung für ein effektives Überspannungsenergiemanagement zu gewährleisten (Abbildung 4).

PPTCs, die mit Überspannungsschutzgeräten kombiniert werden, können Schaltungen vor versehentlichen Hochspannungsverbindungen schützen. In Kombination mit geeigneten Überspannungskomponenten begrenzt das PPTC den Strom schnell, um eine Beschädigung des Schutzes während verlängerter Fehlerzustände zu verhindern (Abbildung 5).

Für Gleichstromanwendungen, bei denen Spannungsabfälle an Reihenschaltungsdioden nicht akzeptabel sind, bieten PPTC-Geräte in Kombination mit unidirektionalen TVS-Dioden einen effektiven Verpolungsschutz ohne nennenswerten Spannungsverlust (Abbildung 6).

Mit ihrer einzigartigen Kombination aus Schutz- und automatischer Rückstellfunktion sind rückstellbare PPTC-Sicherungen zu unverzichtbaren Komponenten im modernen elektronischen Schaltungsdesign geworden. Ein fundiertes Verständnis ihrer Funktionsweise, Spezifikationen und Anwendungstechniken ermöglicht es Ingenieuren, zuverlässige, wartungsfreie Schaltungsschutzlösungen zu implementieren.