实验室工程师知识点分享：PolySwitch元件的保护特性解析，技术人员建议必看！

polyswitch元件有多种系列产品，其产品特性各不相同。以常用的rxe系列元件为例，其20℃时的电气特性如表1所示。
表1　rxe系列元件20℃时的电气特性

表1中各符号的含义如下:
ih：20℃环境温度下的zui大工作电流
it：20℃环境温度下polyswitch元件启动保护的zui小电流
vmax：polyswitch元件的zui大工作电压
imax：polyswitch元件能承受的zui大电流
pdmax：polyswitch元件动作状态下的zui大消耗功率
rmax：polyswitch元件未动作前的初始zui大阻值
rmin：polyswitch元件未动作前的初始zui小阻值
由表1可知，该系列元件所能承受的zui大电流为40安培，故障时启动保护的zui小电流是zui大工作电流的2倍。

rxe系列polyswitch元件20℃时的动作保护特性曲线见图1。其中横坐标表示故障电流，单位为安培，纵坐标表示动作时间，单位为秒。两个坐标轴均为对数坐标。图中每一条曲线对应一个型号的元件，构成该系列元件的动作保护特性曲线簇。表2为图1中曲线标号与元件型号的对照表。

图1　rxe系列元件20℃时的动作保护特性曲线

在图1所示的对数坐标系中，每一条曲线都可看作由弯曲部分和直线部分连接而成，两部分的临界点位置随元件型号的不同而不同。由于各型号元件曲线的变化趋势基本相同，建立数学模型的方法也相同。
表2　曲线标号与元件型号对照表

数学模型的建立

在图1所示的坐标系中，polyswitch元件动作保护特性曲线由弯曲部分和直线部分连接而成，可分别建立其数学模型。以m=rxe160的曲线为例，建立数学模型的具体步骤如下。

确定临界点位置

对图1中的曲线进行测量，可得到polyswitch元件动作保护特性曲线弯曲部分和直线部分的临界点位置。对m=rxe160的曲线，测得的临界点位置约为i=4.3a。

直线部分

由表1可知，rxe系列polyswitch元件所能承受的zui大电流为40a。该点与临界点之间为曲线的直线部分。

由图1直线部分曲线取若干特殊点，经计算机进行数学处理，得到a，b的具体数值:

a=813，b=22.54，

代入(1)式，可得直线部分的数学公式:

曲线部分

由于polyswitch元件具有ptc效应，其动作保护特性曲线部分的数学模型可参考ptc器件的阻温特性来建立。该类特性的数学模型可采用幂函数或对数函数的形式。设其数学公式具有如下形式；

式中t0，i0，b均为常数。由图1曲线部分曲线取若干特殊点，经计算机进行数学处理，得到t0，i0，b的具体数值:

t0=-38.93，i0=4.42，b=-1.83，

代入(3)式，可得曲线部分的数学公式:

　(2)式和(4)式共同组成rxe160元件的动作保护特性数学模型。两条曲线在临界点位置平滑连接。

实验结果

为验证rxe160元件动作保护特性数学模型的正确性，将rxe160元件接入直流电源保护电路中进行实际测试，得到实验数据如表3所示。

表3　实验数据

　　
将实验数据与数学模型曲线绘制在同一坐标系中，如图2所示。图中的曲线为根据(2)式和(4)式绘制的仿真曲线，图中的点为实测数据点。为了方便比较，曲线的横轴、纵轴均采用了对数坐标，所用软件为matlab6.0。比较图1和图2可知，该仿真曲线与polyswitch元件手册中给出的动作保护特性曲线形态一致，且与实测数据点之间基本吻合。其他型号曲线的数学模型可按照上述方法分别建立。

图2　rxe160动作保护特性仿真曲线(20℃)

受元件特性曲线精度的限制，采用查表法选择polyswitch元件使用不便，而且精度不高。本文根据polyswitch元件动作保护特性的特点，建立了polyswitch元件动作保护特性的数学模型，较好地解决了这一问题。实验表明，该仿真曲线与polyswitch元件手册中给出的动作保护特性曲线形态一致，实测数据与根据数学模型绘制的曲线基本吻合。