Stanchi di sostituire costantemente i fusibili bruciati? Preoccupati per i sovraccarichi di circuito? Incontra l'"armatura di ripristino" della protezione del circuito: il fusibile ripristinabile PPTC. Questo componente innovativo non solo protegge i circuiti come i fusibili tradizionali, ma si ripristina automaticamente dopo che le condizioni di guasto sono state risolte, rendendolo uno strumento essenziale per gli ingegneri e una soluzione conveniente per tutti.

I dispositivi PPTC (Polymeric Positive Temperature Coefficient), tecnicamente noti come termistori a coefficiente di temperatura positivo polimerico, sono essenzialmente resistori sensibili al calore realizzati con materiali polimerici. La loro struttura interna è costituita da una matrice polimerica in cui sono uniformemente incorporate particelle di nero di carbonio conduttivo (Figura 1).

In condizioni normali, i dispositivi PPTC mantengono una bassa resistenza, consentendo alla corrente di fluire senza ostacoli attraverso il circuito. Tuttavia, quando si verifica una sovracorrente anomala, il PPTC inizia a riscaldarsi a causa del riscaldamento I²R. Questo calore fa espandere la matrice polimerica, separando le particelle di nero di carbonio conduttivo e aumentando drasticamente la resistenza del dispositivo. Quando la temperatura sale a circa 125°C, la resistenza aumenta bruscamente (Figura 2), limitando efficacemente il flusso di corrente.

Il dispositivo mantiene questo stato di alta resistenza fino a quando la condizione di guasto non viene rimossa (tipicamente tramite interruzione di corrente). Quando il PPTC si raffredda, la matrice polimerica si contrae, ricollegando le particelle di nero di carbonio e ripristinando il dispositivo al suo stato originale a bassa resistenza. Questa capacità di ripristino automatico elimina la necessità di sostituzione, guadagnando ai dispositivi PPTC la loro designazione di "fusibile ripristinabile".

La selezione del dispositivo PPTC appropriato richiede un'attenta considerazione di diverse specifiche critiche:

La corrente massima che un dispositivo PPTC può trasportare indefinitamente senza scattare, misurata a 23/25°C in aria ferma. Questo rappresenta il limite di corrente di funzionamento normale.

La corrente minima richiesta per far scattare il dispositivo PPTC, tipicamente 2-3 volte la corrente di mantenimento.

La tensione più alta che il PPTC può sopportare senza danni quando trasporta la sua corrente nominale (Imax).

La corrente più alta che il dispositivo può sopportare senza danni quando esposto alla sua tensione nominale, fondamentale per determinare la capacità di protezione.

Il consumo di energia del dispositivo in condizioni operative normali, che influisce sulle prestazioni termiche.

La durata più lunga richiesta affinché il dispositivo riduca la corrente al 50% del suo valore iniziale quando esposto a una condizione di sovracorrente specificata, che indica la velocità di risposta.

• Rmin: Resistenza statica minima prima della saldatura
• Rmax: Resistenza statica massima prima della saldatura
• R1max: Resistenza massima un'ora dopo la saldatura a 23/25°C

Nota: la resistenza post-saldatura aumenta tipicamente, influenzando le misurazioni del tempo di intervento che devono essere effettuate dopo il periodo di stabilizzazione di un'ora.

Una corretta selezione del PPTC richiede un'attenta analisi dei requisiti dell'applicazione:

La corrente di mantenimento del dispositivo selezionato deve superare la corrente di funzionamento normale massima del circuito, tenendo conto degli effetti della temperatura. Come mostrato nella Tabella 1, la corrente di mantenimento diminuisce con l'aumento della temperatura ambiente, richiedendo la verifica che il dispositivo mantenga un'adeguata capacità di corrente alle temperature operative massime.

La tensione nominale del PPTC deve essere uguale o superiore alla tensione di lavoro massima del circuito. Durante la modalità di protezione, quasi l'intera tensione del circuito appare attraverso il PPTC. Una tensione nominale insufficiente può impedire il corretto ripristino dopo la rimozione del guasto e ridurre la durata del dispositivo.

Se utilizzati prima dei dispositivi di protezione dalle sovratensioni, i PPTC devono resistere a picchi di tensione transitori, richiedendo tensioni nominali più elevate o un posizionamento strategico dopo i componenti di protezione dalle sovratensioni primarie.

I dispositivi PPTC trovano un ampio utilizzo in numerosi scenari di protezione del circuito:

Comunemente impiegati nelle comunicazioni, nella sicurezza, nell'industria, nell'automotive e nell'elettronica di consumo per proteggere linee elettriche, interfacce di comunicazione e porte I/O da cortocircuiti e correnti eccessive. Rispetto ai fusibili convenzionali, i PPTC eliminano i requisiti di manutenzione e sostituzione (Figura 3).

Nei sistemi di protezione dalle sovratensioni multistadio, i dispositivi PPTC fungono da elementi in serie ideali tra i protettori primari (MOV/GDT) e secondari (TVS/ESD). La loro resistenza aiuta a garantire una corretta divisione della tensione per una gestione efficace dell'energia di sovratensione (Figura 4).

I PPTC abbinati ai protettori da sovratensione possono proteggere i circuiti da collegamenti accidentali ad alta tensione. Se combinati con componenti da sovratensione appropriati, il PPTC limita rapidamente la corrente per prevenire danni al protettore durante condizioni di guasto prolungate (Figura 5).

Per le applicazioni di alimentazione CC in cui le cadute di tensione dei diodi in serie sono inaccettabili, i dispositivi PPTC combinati con diodi TVS unidirezionali forniscono un'efficace protezione da collegamento inverso senza una significativa perdita di tensione (Figura 6).

Con la loro combinazione unica di protezione e capacità di ripristino automatico, i fusibili ripristinabili PPTC sono diventati componenti indispensabili nella progettazione di circuiti elettronici moderni. Una corretta comprensione dei loro principi di funzionamento, delle specifiche e delle tecniche di applicazione consente agli ingegneri di implementare soluzioni di protezione del circuito affidabili e senza manutenzione.