Reverzibilná poistka PPTC

S množstvom a rozšírením rôznych sofistikovaných elektronických zariadení pribúda aj množstvo problémov. Je potrebné umiestniť poistku do zariadenia, ale relatívne veľké puzdro nie je kam umiestniť a použiť držiak v doske plošného spoja tiež nie je vhodné, pretože zariadenie by muselo byť konštruované ako otvárateľné používateľom. To boli dôvody, prečo sa vo veľkom rozsahu začali používať reverzibilné poistky PPTC – Polymeric Positive Temperature Coefficient devices. Tieto poistky sú známe aj pod firemnými názvami Polyswitch, Polyfuse, Multifuse a iné. Na obr. 1 sú znázornené PPTC s drôtovými vývodmi aj vo forme SMD.

Poistka PPTC

Ide o polymérovú súčiastku s kladným teplotným koeficientom, ktorá chráni obvody pred nadprúdom alebo skratom. Sú to v podstate nelineárne termistory, ktoré sa v obvode správajú podobne ako tavné poistky. Hlavný rozdiel je v tom, že reverzibilná poistka sa po odstránení nadprúdu alebo skratu vráti do pôvodného stavu, teda poistku netreba vymieňať. Reverzibilné poistky sa vyrábajú pre prúdy rádovo desiatok mA až po prúdy rádovo desiatok A. Reakčný čas poistky býva rádovo od niekoľkých milisekúnd po rádovo niekoľko desiatok sekúnd. Každá poistka je dimenzovaná na maximálny prúd. Postupným zohrievaním reverzibilnej poistky dochádza k zmene odporu od rádovo 101 Ω pri teplote cca 25 °C – vodivý stav – na odpor rádovo 106 Ω pri teplote cca 180 °C – nevodivý stav. Rámcový priebeh závislosti odporu poistky od teploty je na obr. 2.

Minimálny odpor Rmin termistora je najnižší odpor, ktorý môže PPTC mať. To je bod na krivke, pri ktorom sa teplotný koeficient mení na pozitívny. Menovitý odpor R25 je zvyčajne definovaný ako odpor pri teplote 25 °C. Pomocou neho môžeme klasifikovať PPTC podľa ich hodnoty odporu. Meria sa s nízkym prúdom, ktorý neohrieva termistor. Ako je možné vidieť z obrázka, PPTC majú mierne negatívny teplotný koeficient až do bodu minimálneho odporu. Nad týmto bodom je to mierne pozitívny koeficient až do okamihu, keď dosiahne teplota υs. Po dosiahnutí tejto teploty začína odpor rýchlo stúpať. Teplota υs je definovaná ako teplota, pri ktorej je odpor dvojnásobok hodnoty minimálneho odporu. Výhodou PPTC je, že zariadenie môže byť namontované na neprístupných miestach na rozdiel od klasických poistiek, ktoré vyžadujú používateľský prístup pri výmene poistky. Ďalšou výhodou je skutočnosť, že pri krátkodobom zvýšení prúdu, napríklad pri zapnutí, nedochádza k aktivácii poistky. Nevýhodou PPTC poistiek je to, že aj pri prerušení obvodu nimi tečie malý prúd potrebný na ohrev poistky.

Princíp funkcie poistky

Štruktúru poistky tvorí mriežka z nevodivého organického polyméru, ktorý je naplnený veľmi jemnými uhlíkovými čiastočkami – vláknami. Na obr. 3 je znázornený princíp funkcie poistky. Tieto vlákna robia poistku vodivou. V studenom stave je polymér v kryštalickom stave a uhlík sa nachádza medzi kryštálmi, kde vytvára vodivé reťazce s pravidelnou štruktúrou. S rastúcim prúdom tečúcim poistkou dochádza k rastu teploty a polymér sa začne rozťahovať a prechádza do amorfného stavu. Rozťahovanie spôsobí rozdelenie uhlíkových vlákien a zväčšenie odporu. To spôsobí ešte rýchlejší ohrev a ďalšie zvýšenie odporu, čo má za následok prerušenie prúdu tečúceho obvodom. Teraz bude obvodom prechádzať veľmi malý prúd potrebný na udržanie poistky v zohriatom stave. Keď poruchu odstránime, poistka sa ochladí, polymér sa začne zmršťovať, obnovia sa vodivé reťazce a odpor sa zníži na minimum. Proces ochladenia trvá niekoľko sekúnd, ale slabo zvýšený odpor bude mať poistka podľa typu ešte pár desiatok minút až hodín.

Možnosti použitia sú skutočné široké. Od matičných dosiek počítačov, modemov, USB portov cez digitálne fotoaparáty, prehrávače CD a DVD, mobilné telefóny až po faxy, tlačiarne a nabíjačky a ochranu batérií v mobilných zariadeniach atď.

V tabuľke 1 sú zoradené PPTC podľa typov, ktoré sa líšia používaným napätím, prúdom a vývodmi.

Poistky PPTC majú v praxi návrhára elektronických obvodov a zariadení nezastupiteľnú úlohu. Svedčí o tom aj množstvo výrobcov, ktorí sa výrobe PPTC venujú, a stále väčší počet poistiek namontovaných do rôznych elektronických zariadení.