リセット可能なヒューズ

リセット可能ヒューズまたはポリマー正温度係数デバイス（PPTC）は、電子回路の過電流障害から保護するために使用される受動電子部品です。このデバイスは、マルチヒューズ、ポリヒューズ、ポリスイッチとも呼ばれます。特定の状況ではPTCサーミスタと機能が似ていますが、半導体の電荷キャリア効果ではなく機械的変化に基づいて動作します。これらのデバイスは、1939年にベル研究所のジェラルド・ピアソンによって初めて発見され、米国特許番号2,258,958に記載されています。^[1]

手術

ポリマー PTC デバイスは、導電性を持たせるためにカーボンブラック粒子^[2]を充填した非導電性の結晶性有機ポリマーマトリックスで構成されています。冷たい間は、ポリマーは結晶状態にあり、炭素が結晶間の領域に押し込まれ、多くの導電性チェーンを形成しています。導電性 (「初期抵抗」) であるため、 ^[3]電流が流れます。デバイスに流れる電流が多すぎると、デバイスは熱くなります。デバイスが熱くなると、ポリマーは膨張し、結晶状態から非晶質状態に変化します。^[4]膨張により、炭素粒子が分離して導電経路が破壊され、デバイスはより速く加熱され、より膨張し、抵抗がさらに増加します。^[5] この抵抗の増加により、回路の電流が大幅に減少します。デバイスには依然として小さな (漏れ) 電流が流れており、高抵抗状態を維持するレベルで温度を維持するのに十分です。漏れ電流は、定格電圧で 100 mA 未満から、より低い電圧で数百 mA までの範囲です。このデバイスはラッチ機能を備えていると言えます。^[6]ホールド電流は、デバイスがトリップしないことが保証される最大電流です。トリップ電流は、デバイスがトリップすることが保証される電流です。^[7]

電源が除去されると、漏れ電流による発熱は止まり、PPTC デバイスは冷却されます。デバイスが冷却されると、元の結晶構造を取り戻し、デバイスに指定された電流を保持できる低抵抗状態に戻ります。^[6]この冷却には通常数秒かかりますが、トリップしたデバイスは、その中の電力が弱い場合や頻繁に使用された場合を除いて、数時間わずかに高い抵抗を保持し、徐々に初期抵抗値に近づきます。動作電流が PPTC の保持電流を超えている可能性があるため、電力がまだ流れている状態で障害のみが除去された場合でも、リセットは行われないことがよくあります。デバイスは元の抵抗値に戻らない可能性があり、大幅に高い抵抗値 (初期値の最大 4 倍) で安定する可能性が高くなります。デバイスが元の値に近い抵抗値に戻るには、数時間、数日、数週間、または数年かかる場合があります。^[8]

PPTCデバイスには電流定格と電圧定格があります。^[9]

アプリケーション

これらのデバイスは、主にPC 97規格 (ユーザーが決して開ける必要のない密閉型 PC を推奨)によるコンピューター電源や、交換が難しい航空宇宙/原子力アプリケーションでよく使用されます。 ^[要出典]このようなデバイスの別の用途は、オーディオスピーカー、特にツイーターを過剰駆動時の損傷から保護することです。抵抗器または電球を PPTC デバイスと並列に配置することで、ツイーターを流れる電流を遮断するのではなく、安全な値に制限する回路を設計できます。これにより、アンプがツイーターが許容できる以上の電力を供給している場合でも、スピーカーは損傷することなく動作し続けます。ヒューズでも同様の保護を提供できますが、ヒューズが切れると、ヒューズを交換するまでツイーターは動作しません。^[10]

参照

正の温度係数

参考文献

^ 米国特許2258958:「導電性デバイス」、1939年7月13日出願、2017年3月7日取得。
^ Herman F. Mark (2013年10月16日). 高分子科学技術百科事典、簡潔版. John Wiley & Sons. pp. 274–. ISBN 978-0-470-07369-8。
^ Gianfranco Pistoia (2005年1月25日). ポータブルデバイス用バッテリー. Elsevier. pp. 183–. ISBN 978-0-08-045556-3。
^ ミン・チウ・チャン、ミン・ジー・ロン（2011年6月28日）。自己修復ポリマーとポリマー複合材料。ジョン・ワイリー・アンド・サンズ。pp. 391– 。ISBN 978-1-118-08258-4。
^ A. ライト、PG ニューベリー（2004 年 1 月）。電気ヒューズ。IET。pp. 15– 。ISBN 978-0-86341-399-5。
^ ab 電気電子技術者協会。サンフランシスコベイエリア協議会 (1995)。WESCON 会議記録。Western Electronic Show and Convention。
^ 機械設計。ペントン/IPC。1997年。
^ 「PolySwitch Resettable Devices Fundamentals」（PDF）。TE Connectivity 。 2015年1月22日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2014年8月31日閲覧。
^ ヘニング・ワレントウィッツ;クリスチャン・アムセル（2011年6月27日）。 42 V パワーネット。シュプリンガーのサイエンス＆ビジネスメディア。 80ページ–。ISBN 978-3-642-18139-9。
^ スピーカーアプリケーションノート

[Patent2258958-1] 米国特許2258958:「導電性デバイス」、1939年7月13日出願、2017年3月7日取得。

[Mark2013-2] Herman F. Mark (2013年10月16日). 高分子科学技術百科事典、簡潔版. John Wiley & Sons. pp. 274–. ISBN 978-0-470-07369-8。

[Pistoia2005-3] Gianfranco Pistoia (2005年1月25日). ポータブルデバイス用バッテリー. Elsevier. pp. 183–. ISBN 978-0-08-045556-3。

[ZhangRong2011-4] ミン・チウ・チャン、ミン・ジー・ロン（2011年6月28日）。自己修復ポリマーとポリマー複合材料。ジョン・ワイリー・アンド・サンズ。pp. 391– 。ISBN 978-1-118-08258-4。

[WrightNewbery2004-5] A. ライト、PG ニューベリー（2004 年 1 月）。電気ヒューズ。IET。pp. 15– 。ISBN 978-0-86341-399-5。

[Council1995-6] 電気電子技術者協会。サンフランシスコベイエリア協議会 (1995)。WESCON 会議記録。Western Electronic Show and Convention。

[7] 機械設計。ペントン/IPC。1997年。

[8] 「PolySwitch Resettable Devices Fundamentals」（PDF）。TE Connectivity 。 2015年1月22日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2014年8月31日閲覧。

[WallentowitzAmsel2011-9] ヘニング・ワレントウィッツ;クリスチャン・アムセル（2011年6月27日）。 42 V パワーネット。シュプリンガーのサイエンス＆ビジネスメディア。 80ページ–。ISBN 978-3-642-18139-9。

[10] スピーカーアプリケーションノート