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PTCサーミスタ(ポジスタ)保持電流・トリップ電流

PTCサーミスタ(ポジスタ)の基礎知識

保持電流(ホールド電流)

周囲温度以外の要因で電流極大点にはならない電流を示します。

図1 : PTCの接続図

トリップ電流(動作電流)

電流電圧特性において、電流の極大点をトリップ電流といいます。

図1の回路において、

  1. PTCサーミスタに流れる電流がトリップ電流より小さい場合

    図2に示す負荷曲線aとPTCサーミスタの電流電圧特性の交点Aで安定し、単なる固定抵抗として働きます。

  2. PTCサーミスタのトリップ電流より大きな電流が流れた場合

    負荷曲線bとの交点Bで安定します。
    つまりトリップ電流より大きな電流が回路に流れた場合には、PTCサーミスタの抵抗値が大きくなり、回路電流をトリップ電流より小さい値に減衰させ、電源側および負荷側を保護します。

図2 : I-V特性と負荷曲線

【参考】負荷曲線

PTCの電流-電圧特性グラフの負荷曲線は、図1の接続図の回路抵抗への電圧が、PTCでの電圧降下が大きくなることによって、徐々に下がるときに回路に流れる電流を表しています。

  1. 通常時(回路に異常がなく、正常に動作している)

    通常の電流を通常Iとすると、電源電圧E / 通常I = 通常回路抵抗となります。

  2. 異常時(回路の何らかの異常となっている)

    異常時の電流を異常Iとすると、電源電圧E / 異常I = 異常回路抵抗となります。

これらの回路抵抗に電圧を印加すると図3のようになります。

図3 : 回路抵抗 のI-V特性

定義に従い、横軸を「PTCでの電圧降下 = 電源電圧 - 回路抵抗での電圧降下」に変更し、縦軸 / 横軸ともに対数表示とすると図5のような特性となります。

図4 : 横軸をPTCでの電圧降下に変更
図5 : 両軸を対数に変更

保護電流変動範囲

PTCサーミスタのトリップ電流は、周囲温度・抵抗値・温度特性・形状などの要因によって変動します。トリップ電流の上限より上の電流領域をトリップ電流領域、下限より下の電流範囲を保持電流領域、上限と下限の間の電流領域を保護電流変動範囲と呼びます。
回路電流が保持電流より小さければ、PTCサーミスタは単なる固定抵抗として働きますが、トリップ電流より大きい電流が流れたときは必ず抵抗値を大きくして保護動作を行います。

図6 : 保護電流変動範囲とI-V特性の変動の関係

【参考】保護電流変動範囲算出

電力エネルギー
トリップ電流印加時の電力
熱エネルギー
V-Iの最大点(CP)での発熱

電力エネルギー = 熱エネルギーの熱平衡式より、

式1
D
熱放散定数
R
抵抗値
Ia
周囲温度Taのときのトリップ電流
Tcp
キュリー温度

DとRは、同一素子で同じとなるため、周囲温度25°C時との比率の場合、

式2

となります。

仮に、キュリー点120°Cで、周囲温度60°C、−10°Cを算出すると、

式3

→ 25°Cトリップ電流の0.795倍

式4

→ 25°Cトリップ電流の1.17倍

となります。

図7 : 保護電流変動範囲