Tìm hiểu về cầu chì tự phục hồi

• Cầu chì tự phục hồi là gì
• Các loại cầu chì tự phục hồi
• Cấu tạo và hoạt động của cầu chì tự phục hồi
• Nguyên lý cầu chì tự phục hồi

Cầu chì tự phục hồi là gì

Cầu chì tự phục hồi là một loại linh kiện bảo vệ quá dòng. Nó được làm bằng polyme hữu cơ cao phân tử dưới áp suất cao, nhiệt độ cao và phản ứng sunfua hóa. Nó được trộn với các vật liệu hạt dẫn điện và được xử lý bằng công nghệ đặc biệt. Cầu chì bảo vệ quá dòng truyền thống chỉ có thể hoạt động một lần và cần được thay thế nếu nó bị đứt, trong khi cầu chì tự phục hồi có chức năng kép là bảo vệ quá dòng và quá nhiệt và tự động phục hồi.

Các loại cầu chì tự phục hồi

Cầu chì tự phục hồi có thể được chia thành 2 loại theo vật liệu:

1. PTC polyme
2. PTC gốm

Theo dạng đóng gói, nó cũng có thể được chia thành 2 loại:

1. Phích cắm chì
2. Miếng dán SMD

Dựa vào điện áp thì cầu chì tự phục hồi cũng có thể được chia thành các loại 600V, 250V, 130V, 120V, 72V, 60V, 30V, 24V, 16V, 6V, ...

Những ưu điểm chính của polyme PTC là:

• Điện trở rất nhỏ gần bằng không ở nhiệt độ phòng
• Các sản phẩm dòng cao chỉ có điện trở vài miliohm
• Công suất tiêu thụ thấp không đáng kể trong mạch
• Khối lượng tương đối nhỏ.

PTC polyme có thể được mắc nối tiếp trong các mạch tinh vi như làm cầu chì nhiệt tự phục hồi để bảo vệ quá dòng. Điện trở thay đổi nhanh, theo thứ tự vài mili giây, với nhiệt dung nhỏ và thời gian phục hồi ngắn. Ngoài ra, nó có khả năng chống va đập, và chu kỳ bảo vệ có thể đạt tới 8000 lần.

PTC có thể được sử dụng làm cầu chì nhiệt tự phục hồi, có thể đạt được bảo vệ quá dòng và bảo vệ quá nhiệt trong mạch.

Ưu điểm chính của PTC gốm là rẻ và dễ sản xuất. Nhưng nó có điện trở lớn, thể tích lớn và tổn hao trong mạch lớn từ hàng chục đến hàng nghìn ohm nên phù hợp hơn cho việc bảo vệ quá dòng nhỏ.

Khi có nhiệt độ cao và quá nóng, hiệu ứng điện trở tiêu cực dễ xảy ra (điện trở nhỏ hơn). Bên cạnh đó, nó có tốc độ bảo vệ thấp hàng trăm ms, nhiệt dung lớn, thời gian phục hồi lâu.

Loại này có phạm vi ứng dụng tương đối hẹp. Nó không thể được sử dụng cho mạch bảo vệ nhanh, bảo vệ dây điện ô tô, bảo vệ các đường mạch PCB, v.v. Thay vào đó, nó chủ yếu được sử dụng cho các thiết bị sưởi ấm và có thể được sử dụng trong một số mạch tín hiệu nhỏ, không cần quan tâm đến tổn hao.

Cấu tạo và hoạt động của cầu chì tự phục hồi

Cầu chì tự phục hồi có cấu tạo gồm polyme được xử lý đặc biệt và than đen bên trong.

Trong điều kiện hoạt động bình thường, polyme liên kết chặt chẽ các hạt dẫn điện bên ngoài cấu trúc tinh thể để tạo thành một đường dẫn điện giống như chuỗi. Tại thời điểm này, cầu chì tự phục hồi ở trạng thái điện trở thấp và nhiệt tạo ra bởi dòng điện chạy qua cầu chì là nhỏ và không làm thay đổi cấu trúc tinh thể.

Khi ngắn mạch hoặc quá tải, dòng điện lớn chạy qua cầu chì tự phục hồi sẽ làm cho polyme nóng chảy, thể tích tăng nhanh tạo thành trạng thái có điện trở cao. Dòng điện sẽ giảm nhanh chóng, từ đó hạn dòng và bảo vệ mạch.

Khi trở lại bình thường, cầu chì sẽ nguội và kết tinh trở lại. Thể tích thu nhỏ lại, các hạt dẫn điện hình thành lại đường dẫn điện và cầu chì trở về trạng thái điện trở thấp, do đó hoàn thành việc bảo vệ mạch điện mà không cần thay thế.

Nguyên lý cầu chì tự phục hồi

Nguyên lý của cầu chì tự phục hồi là cân bằng năng lượng. Dòng điện chạy qua cầu chì tạo ra một mức nhiệt nhất định do tác dụng nhiệt của dòng điện (có một giá trị điện trở trong cầu chì tự phục hồi). Toàn bộ hoặc một phần nhiệt tỏa ra môi trường, nhưng không tản nhiệt sẽ làm tăng nhiệt độ của phân tử cầu chì.

Trong quá trình hoạt động bình thường, nhiệt độ thấp, nhiệt sinh ra và tỏa ra cân bằng. Khi cầu chì tự phục hồi ở trạng thái điện trở thấp, nó không hoạt động. Khi dòng điện chạy qua nó tăng lên hoặc nhiệt độ môi trường tăng lên, nếu nhiệt lượng sinh ra và tiêu tán đạt đến sự cân bằng, cầu chì vẫn không hoạt động.

Nếu lúc này dòng điện hoặc nhiệt độ tiếp tục tăng, nhiệt lượng tỏa ra sẽ lớn hơn nhiệt lượng tiêu tán, khiến nhiệt độ của cầu chì tăng mạnh. Do đó, một sự thay đổi nhiệt độ nhỏ sẽ làm cho điện trở tăng lên đáng kể, và phân tử cầu chì ở trạng thái bảo vệ trở kháng cao, việc tăng trở kháng sẽ hạn chế dòng điện, dòng điện giảm mạnh trong thời gian ngắn, do đó bảo vệ mạch khỏi hư hỏng. Khi nào nhiệt tạo ra bởi điện áp đặt vẫn còn thì cầu chì vẫn luôn ở trạng thái hoạt động (điện trở cao).

Khi điện áp đặt vào biến mất, cầu chì có thể tự động phục hồi.