PolySwitch元件动作保护特性分析

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元件所能承受的最大电流为40A。该点与临界点之间为曲线的直线部分。设动作时间为t(秒)，故障电流为I(安)，考虑到横轴、纵轴均为对数坐标，两者之间应具有如下数学关系:

式中a，b均为常数。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。