JP3199177B2 - 過電流保護素子の駆動方法 - Google Patents
過電流保護素子の駆動方法Info
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- JP3199177B2 JP3199177B2 JP50365590A JP50365590A JP3199177B2 JP 3199177 B2 JP3199177 B2 JP 3199177B2 JP 50365590 A JP50365590 A JP 50365590A JP 50365590 A JP50365590 A JP 50365590A JP 3199177 B2 JP3199177 B2 JP 3199177B2
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- Japan
- Prior art keywords
- current
- overcurrent protection
- protection element
- circuit
- polymer ptc
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
- H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
- H02H9/026—Current limitation using PTC resistors, i.e. resistors with a large positive temperature coefficient
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Thermistors And Varistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、結晶性樹脂にカーボンブラックを分散させ
た正温度係数抵抗体（以下、ポリマーPTC素子と称す）
の駆動方法に関する。また、本発明は、ポリマーPTC素
子を有した過電流を保護する回路にも関する。
た正温度係数抵抗体（以下、ポリマーPTC素子と称す）
の駆動方法に関する。また、本発明は、ポリマーPTC素
子を有した過電流を保護する回路にも関する。
（背景技術） 負荷、電源、ポリマーPTC素子で構成される直列回路
において、短絡等により過電流が流れるとポリマーPTC
素子は、ジュール熱の発生により温度が上昇する、温度
の上昇に伴い素子抵抗は上昇する。その結果、過電流は
制限され、回路が保護される。
において、短絡等により過電流が流れるとポリマーPTC
素子は、ジュール熱の発生により温度が上昇する、温度
の上昇に伴い素子抵抗は上昇する。その結果、過電流は
制限され、回路が保護される。
ポリマーPTC素子は特開昭61−216401号公報に開示さ
れているように結晶性樹脂にカーボンブラックを分散さ
せた抵抗体であって正温度係数を有する。また、ポリマ
ーPTC素子が過電流保護機能を有することも公知であ
る。
れているように結晶性樹脂にカーボンブラックを分散さ
せた抵抗体であって正温度係数を有する。また、ポリマ
ーPTC素子が過電流保護機能を有することも公知であ
る。
第２図はポリマーPTC素子を有する回路保護装置を示
す回路図である。同図の回路において、短絡により過電
流が流れた場合、負荷の抵抗値をＲ、負荷を流れる電流
値をＩとするとポリマーPTC素子の発熱量I2Rは放熱量を
上回り、素子温度が上昇する。ポリマーPTC素子は第３
図に示すような抵抗温度特性を有するため、温度上昇に
伴い抵抗値は上昇し、電流が制限され負荷である回路は
保護される。
す回路図である。同図の回路において、短絡により過電
流が流れた場合、負荷の抵抗値をＲ、負荷を流れる電流
値をＩとするとポリマーPTC素子の発熱量I2Rは放熱量を
上回り、素子温度が上昇する。ポリマーPTC素子は第３
図に示すような抵抗温度特性を有するため、温度上昇に
伴い抵抗値は上昇し、電流が制限され負荷である回路は
保護される。
第４図はポリマーPTC素子の電流電圧特性を示す図で
ある。ポリマーPTC素子にかかる電圧が低い領域は素子
温度が低く、オームの法則に従う。第２図の回路におい
て、回路に異常がない場合は、ポリマーPTC素子は任意
の領域に保たれる。この領域を定常状態といい、この時
の電流を定常電流という。さらに、ポリマーPTC素子に
かかる電圧が上昇すると、ポリマーPTC素子はほぼ温度
一定のまま抵抗値が急上昇し、電流はポリマーPTC素子
が動作しない範囲で流せる最大使用電流値を越えさらに
最大値を示した後、電圧の上昇とともに電流は減衰して
いく。この最大電流を極大電流という。過電流が回路に
流れるとポリマーPTC素子の発熱量が放熱量を上回り、
ポリマーPTC素子の温度は上昇する。放熱量は素子の温
度と周囲の温度の差に比例する。抵抗値が急上昇し、電
流は減少するため、最終的には発熱量と放熱量が等しく
なる（平衡状態）。この時の電流を平衡電流という。発
熱量と放熱量の関係は次式で表される。なおＣは放熱係
数、Ｔは素子温度、Taは周囲温度である。
ある。ポリマーPTC素子にかかる電圧が低い領域は素子
温度が低く、オームの法則に従う。第２図の回路におい
て、回路に異常がない場合は、ポリマーPTC素子は任意
の領域に保たれる。この領域を定常状態といい、この時
の電流を定常電流という。さらに、ポリマーPTC素子に
かかる電圧が上昇すると、ポリマーPTC素子はほぼ温度
一定のまま抵抗値が急上昇し、電流はポリマーPTC素子
が動作しない範囲で流せる最大使用電流値を越えさらに
最大値を示した後、電圧の上昇とともに電流は減衰して
いく。この最大電流を極大電流という。過電流が回路に
流れるとポリマーPTC素子の発熱量が放熱量を上回り、
ポリマーPTC素子の温度は上昇する。放熱量は素子の温
度と周囲の温度の差に比例する。抵抗値が急上昇し、電
流は減少するため、最終的には発熱量と放熱量が等しく
なる（平衡状態）。この時の電流を平衡電流という。発
熱量と放熱量の関係は次式で表される。なおＣは放熱係
数、Ｔは素子温度、Taは周囲温度である。
I2R＝Ｃ（Ｔ−Ta） ポリマーPTC素子の抵抗値が上昇する領域では素子の
温度はほぼ一定となり、電流Ｉは発熱量と放熱量が一致
するまで減少する。
温度はほぼ一定となり、電流Ｉは発熱量と放熱量が一致
するまで減少する。
この用途にチタン酸バリウム系PTCが広く使われてい
る。チタン酸バリウム系PTCは抵抗が高いため、素子の
寸法が大きくなり熱放散係数が大きくなる。例えば小型
モータの過電流保護用に使われるポリマーPTC素子の場
合、その電流・電圧特性は第１図のＡのようになる。電
源電圧10Vで使用すると、平衡電流は0.5Aとなり、定常
電流よりも大きくなる。そのためモータは加熱し、損傷
する可能性が生じる。
る。チタン酸バリウム系PTCは抵抗が高いため、素子の
寸法が大きくなり熱放散係数が大きくなる。例えば小型
モータの過電流保護用に使われるポリマーPTC素子の場
合、その電流・電圧特性は第１図のＡのようになる。電
源電圧10Vで使用すると、平衡電流は0.5Aとなり、定常
電流よりも大きくなる。そのためモータは加熱し、損傷
する可能性が生じる。
また平衡電流を小さくする回路として、米国特許4,32
9,726号及び米国特許第4,238,812号がある。これらの特
許の記載によれば定常状態のポリマーPTC素子の出力P1
とPTC動作時の出力P2の比P2/P1が８（又は10）以上あれ
ば電流は十分に制限されるとある。しかしながら、第１
図の4Aのように定常電流でのポリマーPTC素子の出力は
0.01Wであり、平衡状態での出力の比は400に達するにも
かかわらず、平衡電流を定常電流以下に制限できていな
い。更に、ポリマーPTC素子にかかる電圧が3Vになると
平衡電流は1A以上になり最大使用電流より大きくなり、
火災の発生の可能性が生じる。比P2/P1が８（又は10）
以上あっても平衡電流を十分下げることはできないので
ある。
9,726号及び米国特許第4,238,812号がある。これらの特
許の記載によれば定常状態のポリマーPTC素子の出力P1
とPTC動作時の出力P2の比P2/P1が８（又は10）以上あれ
ば電流は十分に制限されるとある。しかしながら、第１
図の4Aのように定常電流でのポリマーPTC素子の出力は
0.01Wであり、平衡状態での出力の比は400に達するにも
かかわらず、平衡電流を定常電流以下に制限できていな
い。更に、ポリマーPTC素子にかかる電圧が3Vになると
平衡電流は1A以上になり最大使用電流より大きくなり、
火災の発生の可能性が生じる。比P2/P1が８（又は10）
以上あっても平衡電流を十分下げることはできないので
ある。
（発明の開示） 本発明が解決しようとする技術的課題は、平衡電流を
小さくすることであり、少なくとも最大使用電流より小
さく、好ましくは定常電流以下に、更に好ましくは定常
電流の1/3以下にすることである。
小さくすることであり、少なくとも最大使用電流より小
さく、好ましくは定常電流以下に、更に好ましくは定常
電流の1/3以下にすることである。
そこで、本発明の一実施形態によれば、結晶性樹脂に
カーボンブラックを分散させた正温度係数抵抗体である
過電流保護素子を、一定の放熱環境の下で駆動する方法
において、定常電流に対して過電流保護素子にかかる電
圧をV1、極大電流に対して該過電流保護素子にかかる電
圧をV2、平衡電流に対して該過電流保護素子にかかる電
圧をV3とした場合、V2/V1＜V3/V2となるように該過電流
保護素子を駆動するものである。
カーボンブラックを分散させた正温度係数抵抗体である
過電流保護素子を、一定の放熱環境の下で駆動する方法
において、定常電流に対して過電流保護素子にかかる電
圧をV1、極大電流に対して該過電流保護素子にかかる電
圧をV2、平衡電流に対して該過電流保護素子にかかる電
圧をV3とした場合、V2/V1＜V3/V2となるように該過電流
保護素子を駆動するものである。
また、本発明の一実施形態によれば、一定の放熱環境
の下で、過電流を保護するために過電流保護素子を有す
る回路において、過電流保護素子は、結晶性樹脂にカー
ボンブラックを分散させた正温度係数抵抗体であり、定
常電流に対して前記正温度係数抵抗体にかかる電圧をV
1、極大電流に対して正温度係数抵抗体にかかる電圧をV
2、平衡電流に対して正温度係数抵抗体にかかる電圧をV
3とした場合、V2/V1＜V3/V2となるように過電流保護素
子を駆動する手段を有するものである。
の下で、過電流を保護するために過電流保護素子を有す
る回路において、過電流保護素子は、結晶性樹脂にカー
ボンブラックを分散させた正温度係数抵抗体であり、定
常電流に対して前記正温度係数抵抗体にかかる電圧をV
1、極大電流に対して正温度係数抵抗体にかかる電圧をV
2、平衡電流に対して正温度係数抵抗体にかかる電圧をV
3とした場合、V2/V1＜V3/V2となるように過電流保護素
子を駆動する手段を有するものである。
本発明では、第１図のＡで平衡電流が十分に制限でき
ないのは平衡電流における電圧V3と極大電流におけるV3
と極大電流におけるV2が接近しているためである。そこ
で、平衡電流を最大使用電流以下にするため、V2/V1＜V
3/V2となるように回路を構成することにより解決した。
ないのは平衡電流における電圧V3と極大電流におけるV3
と極大電流におけるV2が接近しているためである。そこ
で、平衡電流を最大使用電流以下にするため、V2/V1＜V
3/V2となるように回路を構成することにより解決した。
例えば、実施例のように10Vの電源で0.1Ω、10φのPT
C素子で、V2/V1＜V3/V2となるように回路を構成するこ
とによって、平衡電流を定常電流以下にすることが可能
になる。
C素子で、V2/V1＜V3/V2となるように回路を構成するこ
とによって、平衡電流を定常電流以下にすることが可能
になる。
また、最大使用電流における電圧V4と極大電流におけ
る電圧V2の比がV2/V4＜V3/V2となるように回路を構成す
ると、少なくとも平衡電流を最大使用電流以下に制限す
ることができる。よって、平衡電流が定常電流以下にな
ることによって、負荷の発熱が押さえられ、回路の安全
性が高まる。
る電圧V2の比がV2/V4＜V3/V2となるように回路を構成す
ると、少なくとも平衡電流を最大使用電流以下に制限す
ることができる。よって、平衡電流が定常電流以下にな
ることによって、負荷の発熱が押さえられ、回路の安全
性が高まる。
上記構成つまり、V2/V1＜V3/V2を満足するためには、
素子の抵抗値を小さくそして放熱係数も小さくする必要
がある。
素子の抵抗値を小さくそして放熱係数も小さくする必要
がある。
従来使用されているチタン酸バリウム系PTCは比抵抗
が５Ω・cmと大きく、更に単位厚みあたりの耐電圧が低
いため、素子抵抗を小さくするには素子寸法が大きくな
りそれに伴って放熱係数が大きくなり、平衡電流の増加
を引き起こす。
が５Ω・cmと大きく、更に単位厚みあたりの耐電圧が低
いため、素子抵抗を小さくするには素子寸法が大きくな
りそれに伴って放熱係数が大きくなり、平衡電流の増加
を引き起こす。
そのため、平衡電流を小さくするにはポリマーPTC素
子のように比抵抗の小さいPTCを使用する必要がある。
特に、極大電流が数Ａ以上になる用途にはポリマーPTC
素子が必要である。
子のように比抵抗の小さいPTCを使用する必要がある。
特に、極大電流が数Ａ以上になる用途にはポリマーPTC
素子が必要である。
（図面の簡単な説明） 第１図は本発明に係るポリマーPTC素子の電圧電流特
性を示す図、 第２図はポリマーPTC素子を有する回路保護装置を示
す回路図、 第３図はポリマーPTC素子の抵抗温度特性を示す図、 第４図はポリマーPTC素子の電流電圧特性を示す図で
ある。
性を示す図、 第２図はポリマーPTC素子を有する回路保護装置を示
す回路図、 第３図はポリマーPTC素子の抵抗温度特性を示す図、 第４図はポリマーPTC素子の電流電圧特性を示す図で
ある。
（発明を実施するための最良の形態） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
実施例において、第２図で10Vの電源で、２Ωの小型
モータの負荷で、ポリフッ化ビニリデンにカーボンブラ
ックを分散させ、10φで第３図の抵抗温度特性、第１図
のＢの電流電圧特性を有するポリマーPTC素子で構成さ
れる回路では、V2/V1＜V3/V2となるように回路を構成す
ることによって、平衡電流を定常電流以下にすることが
可能になる。すなわち、本実施例の回路では上述のよう
にV2/V1＜V3/V2となり、定常電流0.16Aに対して平衡電
流は0.1Aと小さくなり、小型モータの加熱を抑えること
が可能になる。同様に10Vの電源、２Ωの小型モータの
負荷、最大使用電流が上記ポリマーPTC素子と等しいチ
タン酸バリウムPTCで構成される回路では、定常電流0.1
6Aに対して平衡電流は0.5Aになり、異常時における小型
モータの発熱量はポリマーPTC素子を用いた場合の25倍
となる。
モータの負荷で、ポリフッ化ビニリデンにカーボンブラ
ックを分散させ、10φで第３図の抵抗温度特性、第１図
のＢの電流電圧特性を有するポリマーPTC素子で構成さ
れる回路では、V2/V1＜V3/V2となるように回路を構成す
ることによって、平衡電流を定常電流以下にすることが
可能になる。すなわち、本実施例の回路では上述のよう
にV2/V1＜V3/V2となり、定常電流0.16Aに対して平衡電
流は0.1Aと小さくなり、小型モータの加熱を抑えること
が可能になる。同様に10Vの電源、２Ωの小型モータの
負荷、最大使用電流が上記ポリマーPTC素子と等しいチ
タン酸バリウムPTCで構成される回路では、定常電流0.1
6Aに対して平衡電流は0.5Aになり、異常時における小型
モータの発熱量はポリマーPTC素子を用いた場合の25倍
となる。
Claims (2)
- 【請求項１】結晶性樹脂にカーボンブラックを分散させ
た正温度係数抵抗体である過電流保護素子を、一定の放
熱環境の下で駆動する方法において、 定常電流に対して前記過電流保護素子にかかる電圧をV
1、極大電流に対して該過電流保護素子にかかる電圧をV
2、平衡電流に対して該過電流保護素子にかかる電圧をV
3とした場合、V2/V1＜V3/V2となるように該過電流保護
素子を駆動することを特徴とする方法。 - 【請求項２】一定の放熱環境の下で、過電流を保護する
ために過電流保護素子を有する回路において、 前記過電流保護素子は、結晶性樹脂にカーボンブラック
を分散させた正温度係数抵抗体であり、 定常電流に対して前記正温度係数抵抗体にかかる電圧を
V1、極大電流に対して前記正温度係数抵抗体にかかる電
圧をV2、平衡電流に対して前記正温度係数抵抗体にかか
る電圧をV3とした場合、V2/V1＜V3/V2となるように前記
過電流保護素子を駆動する手段を有することを特徴とす
る回路。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP1990/000241 WO1991013483A1 (en) | 1990-02-27 | 1990-02-27 | Overcurrent protective circuit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3199177B2 true JP3199177B2 (ja) | 2001-08-13 |
Family
ID=13986377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50365590A Expired - Lifetime JP3199177B2 (ja) | 1990-02-27 | 1990-02-27 | 過電流保護素子の駆動方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3199177B2 (ja) |
| WO (1) | WO1991013483A1 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4481498A (en) * | 1982-02-17 | 1984-11-06 | Raychem Corporation | PTC Circuit protection device |
-
1990
- 1990-02-27 WO PCT/JP1990/000241 patent/WO1991013483A1/ja unknown
- 1990-02-27 JP JP50365590A patent/JP3199177B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1991013483A1 (en) | 1991-09-05 |
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Legal Events
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