一款高分子PTC热敏电阻隔离变压器线路保护设计

隔离变压器被广泛地应用于各种低压电路中，为低压设备提供电源。在出现负载过大、负载短路等异常情况时，变压器会由于电流过大而损坏，甚至起火燃烧。这不能满足隔离变压器相关标准的要求， 如IEC742 或EN60742 中规定隔离变压器次级绕阻短路时变压器温度不能超过125oC 及UL1310 和UL1585 中规定的5秒钟内把电流限制在8A 以下的要求。如果在变压器的次级线圈中串入合适的本公司高分子PTC 热敏电阻，则可使之方便地满足标准的要求。与某些陶瓷PTC 热敏电阻相比，本公司的高分子PTC热敏电阻具有阻抗小、保护后温度低等优点。通常的保护电路如图所示，为了防止PTC 热敏电阻动作时线圈两端产生的感应电压对电路造成破坏，建议次级线圈中加入压敏电阻。

变压器被广泛的用于多种电子产品中，其功能主要有：电压变换、阻抗变换、隔离、稳定电压(磁饱和变压器)等。变压器损坏有两种常见的原因：初级过压和次级短路。这两种故障都会使变压器的“铜损”( 电流流过线圈时的热消耗)和“铁损”(由“涡流”所产生的损耗)在短时间内剧增，并导致线圈温度升高;如不及时处理，将会使线圈绝缘性降低，甚至使变压器烧毁。如果变压器出现了以上故障而没有及时的被切断，则电路中关联的部分元器件也会相应出现过载或超负荷工作的情况。严重时会因为过热而导致失效，使局部电路损毁。

人们通常在初级线路中串联热熔丝(温度保险丝)或在次级线路中串联电熔丝(电流保险丝)来保护变压器。这一方案的最大缺点在于它使用了一次性的保护元件。如果熔丝熔断，变压器将随之报废，因而大大提高增加了设备的维护成本。具有可恢复性的电路断路器是电路中另外一种过流保护方式，但它的成本太高，因此并不是所有的电路中都适合使用。具有自动复位功能的高分子正温度系数热敏电阻(以下简称PPTC)和陶瓷正温度系数热敏电阻(以下简称CPTC)都能同时满足：过流、过温保护、可自动复位、成本低等要求。但相比较而言：

1、PPTC 可将线圈的最高温度限制在更低水平，并且线路断开后PPTC 的表面温度更低。

2、PPTC 电阻和体积相对更小，并且更不容易因振动、撞击、快速温度变化等原因而损坏。

PPTC 用于工频变压器的过流、过温保护的优势也就由此可见了。

上海科特高分子材料有限公司KT250/265- BL 系列PPTC 产品是专门针对各类工频变压器的使

用需要进行设计，可广泛用于输入为工频电压的常用变压器的自保护。工作原理图1 如下：

KT250/265- BL 系列是用经过绝缘材料固体阻燃环氧树脂(符合UL94V-0)封装的产品，因此电阻在实际使用时可以直接与变压器初级线圈接触而不会导致漏电或者短路。

我们通过举例来对PPTC 热敏电阻的作用进行说明。例如，被保护的变压器规格是AC220V/2W，在次极短路的极限条件下，要求用PPTC 进行保护。根据对众多厂家该型号变压器的研究，我们使用KT250-030BL 这种型号的PPTC 热敏电阻。该型号PPTC 热敏电阻工作的环境温度为-40～+85℃，开关温度100℃，最大表面温度130℃。主要性能参数见表1 和图2、图3。

测试数据显示：当变压器正常工作即输出功率为额定2W 时，变压器的次级电压在7V 左右，次级由表1 和图1 可知，与变压器初级线圈串联的PPTC 热敏电阻KT250-030BL 在常温下(25 度)工作时维持电流可以达到0.03A，因此变压器正常工作时(PPTC 表面温度70℃左右) KT250-030BL 可以长期保持在低阻状态。而当变压器输出端电路发生故障导致次级短路时，次级电流约为1.05A，对应初级电流约为0.05A， KT250-030BL 热敏电阻和线圈的温度开始升高，当PPTC 表面温度达到100℃左右时阻值迅速发生阶跃性的变化，电阻值会变得足够大，将电路中的电流限制在很低的范围内。此时电路中的电压几乎都加在热敏电阻的两端(该系列产品已通过1000 小时的通电老化测试(UL 认证测试项目))，变压器的实际输入电压值很小，实现了对变压器的保护。实际测试表明，在该变压器次级短路时， KT250-030BL 热敏电阻在50 秒左右动作(动作时间可以根据实际使用需要进行设计调整，设计时还会考虑避免电流的正常波动导致误动作)，动作后PPTC 热敏电阻的最高表面温度不超过130℃(R/T 曲线见图3)。因此，不会导致变压器的损坏。在切断电路，排除电路故障后，变压器仍可正常使用(该系列产品已通过重复动作6000 次的耐久测试(UL 认证测试项目)

根据客户实际的使用条件、工作环境和保护要求，在做产品选型时首先确定主要参数，需要特殊说明的是由于部分变压器绕制好后(PTC 热敏电阻已经安装)，还要经过最后一道工序：浸渍绝缘漆。它能增强变压器的机械强度、提高绝缘性能、延长使用寿命。KT250/265-BL 系列热敏电阻的绝缘层可以抵御绝缘漆对其侵蚀，因此浸渍绝缘漆的过程对PPTC热敏电阻的影响较小。