Fundamentals of PolySwitch Overcurrent and Overtemperature Devices

平常状態では、ポリマ中に分散したカーボンが、無数のポリスイッチはポリマ系のPTCサーミスタ（PTC：導電パスを形成し、低い抵抗値を示します。その値は、ポPositive Temperature Coefficient＝正の温度係数を持つサ

リマおよび添加物の種類と量により決まりますが、電気回ーミスタ）で、素子温度がある温度より上昇すると、急激路の保護素子としての機能を考え、低抵抗かつ、素子の電に抵抗値が変化するデバイスであり、その抵抗値変化は力損失を低く抑えるよう設計されます。
常温から徐々に温度が上昇すると、ポリマの熱膨張によ10の4乗から6乗にも達します。

り、カーボンの導電パスが切断されていき、ゆるやかな2PTC特性を示します。そして、80℃を過ぎたあたりから10000

1 0 4〜 1 0 6に も 達 す る 急 激 な P T C 効 果 が 見 ら れ ま す 。

1000100BaTiO3系セラミックPTCの抵抗変化がキューリ点に基づ

素 10子1抵抗︵ 0.1Ω︶

くのに対して、PTCポリマの場合はポリマの融点に依存します。つまり、ポリマの融点での大きな体積変化が導電パ
050100
素子温度（℃）

150200スを次々に切断し、ポリスイッチの抵抗値を数桁上昇させるのです。

ポリスイッチは、過電流や過熱により熱せられると、素子内部の温度が上昇し、抵抗値が増大して、回路電流を微少に制限する過電流・過熱保護素子です。そして電源をオ
ポリスイッチ

フにすることにより、素子温度が下がり、元の抵抗値に戻るため、ヒューズのように交換する必要がありません。
電極板（金属箔）

ポリスイッチは、２枚の金属

導電性ポリマポリスイッチは右図のように、保護対象に直列に接続します。

電極箔で導電性ポリマのシートを挟み込んだ構造をしています。また、使用用途に応じて電極部分に半田付、溶接等を利用し、実装用のリードが接合され実装用リードポリスイッチの動作速度は適度に遅いため、ヒューズのように突入電流で誤動作することがありません。
このため、ています。

ポリスイッチは、比較的大きな突入電流が繰り返し加わる
ような用途、たとえば、モータ、スイッチング電源、バッ
ポリスイッチは、絶縁体であるポリマと導電体であるカクライト・インバータなどの保護に適しています。また、ーボンとの特殊な配合からなる抵抗体素子で、適度な導電自己復帰することから、ユーザや工事業者が誤配線するこ性と正の温度特性を有しています。とが考えられる用途、たとえば、衛星放送受信機、工業用制御装置、火災報知器などに有効です。

その基本原理は次のとおりです。

また、高密度実装に伴う製造工程内での短絡によるヒューズの誤動作の事例も増加しており、こうした対策にもポリスイッチは適しています。
さらに、最近では、ポリスイッチの温度と抵抗の関係を利用して温度ヒューズの代わりに使用する例も増加しています。

平常状態

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ポリスイッチの概要と選定方法

トリップ時
Raychem Circuit Protection Devices

素子に過電流が流れると、縦軸方向に移動して、IT の電近年のパーソナルコンピュータのトレンドとして、プラ流値以上で素子はトリップします。また、周囲温度が上昇グ&プレイへの対応は必須条件となりつつあります。プラ

して素子が過熱されると横軸方向に移動して、IT の電流

グ&プレイとは、新しいハードウェアを検出し、自動的にが流れた時に相当する温度に達した時、トリップします。

マウントすること、また、電源を入れたまま、ハードウェ各周囲温度ごとに素子にどれ位電流が流せるか、また、アの追加や削除ができるホットプラッギングを意味しま

過電流がどれ位流れると素子がトリップするかの2点が、す。ホットプラグすると、過渡的に大きな電流が流れ、ヒ素子選定の重要な要素です。

ューズが誤動作するといった問題が生じますが、ポリスイッチを使用することにより、これらの問題を解決することができます。
ポリスイッチの動作速度が適度に遅いために、回路に過電流が流れた場合、トリップして電流を遮断す

ホットプラグ時の突入電流で誤動作することなく、外部シるまでの時間は、機器を安全に保護するための重要な要素

ョートなどの異常時のみに動作するからです。

です。ポリスイッチは、熱の発生により抵抗が増大するとSCSIインタフェースのターミネータパワーの保護に多いう特性から、低速遮断特性を有します。そのトリップ時くの採用実績を誇り、世界的標準となっていることからも、間は、素子抵抗、電流、周囲温度、形状、熱容量、リードポリスイッチの動作特性が、この種の保護に最適であるこの材質等に依存します。
次の図のように、ポリスイッチは、トリップするまでにとを物語っています。
また、コンピュータの標準インタフェースとなるUSB、IEEE1394などの最新プラグ&プレイ対応インタフェースある程度の時間が必要なため、サージ電流や電源オン時の突入電流等では、トリップしません。
つまり、一般的にヒューズを選定する時のように、サーの保護にも、ポリスイッチは最適です。

ジ電流を考慮して素子を選択する必要はありません。
ポリスイッチが高抵抗状態になることをトリップと100000呼びます。トリップ現象は、過電流か過熱によって発生し過電流が流れたり過熱が起こると、高抵抗になり、回路に流れる電流を制限して、高抵抗での平衡状態となります。
この状態変化がトリップ現象です。
一度トリップ状態になると、ポリスイッチは高温平衡点でバランスするため、電源がオンの状態では、トリップの原因となった回路異常を取り除いても自己復帰しません

周囲温度60℃

10000

ます。平常状態ではごく低い抵抗値で安定していますが、時間︵秒︶周囲温度20℃

1000

周囲温度0℃

100
1010.1（ラッチング特性）。復帰させるには、電圧を十分に下げる

5.0か、電源を切って素子が冷えるのを待つ（10〜20秒）必

10.0
電流（A）

15.0

また、パルス電流の場合には実効値で計算します。

要があります。
次の図は、ポリスイッチの周囲温度特性を示すもので、2本のカーブは、周囲温度に対する保持電流（IH）とトリップ電流（IT）の関係を表しています。保持電流とトリップ電流は、それぞれ周囲温度が高くなるにつれて低くなります。IH と IT にはさまれた領域は、素子のバラツキおよ

トリップ時の抵抗値（参考値）は次の式から、求めることが出来ます。

V2/Pd

び熱履歴等によって、素子がトリップするかどうかわからない領域です。
ITおよびIH（20℃におけるIHに対する表示）

ポリスイッチは次の条件でリセットします。

V2/4RL＜Pd
IH：保持電流IT ：トリップ電流

過電流トリップ

200

次の図は、ポリスイッチが基準抵抗値（Rref）から一度IT150

トリップする範囲トリップし、冷却によって低抵抗に復帰する過程を示したものです。ポリスイッチは、ポリマ物性により、ある値ま100で回復した後、ゆるやかに基準抵抗値まで復帰します。こ過熱トリップの特性は、2回目以降のトリップに対しては、同じカーブIH
トリップしない範囲50を描いて復帰します。このため、トリップ1時間後の抵抗値（R1max.）の最大値が規定され、電気的特性もこの抵抗-20020406080

100緩和を考慮した値となっています。

周囲温度（℃）

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ポリスイッチの概要と選定方法

162適切なポリスイッチを選定するためには、次の4つの使用条件が必要です。
・回路の電源電圧
・平常時の電流値
・周囲温度・異常時の電流値

設定例●抵抗値復帰特性のグラフ

回路電圧：DC48V
平常時の電流：1A
周 囲 温 度：40℃
異常時の電流：5A

使用条件がの用途の場合

2q回路電圧が素子の定格電圧を上回らないシリーズを選びます。

→RXEシリーズ（定格60V/72V）

wRXEシリーズの周囲温度特性グラフから、40℃における保持電流値の割合を調べます。

→約80％

e40℃の周囲温度条件下で、保持電流値が1Aを下回らない部品を選びます。次のように計算します。
V max.

最大定格電圧→1A÷0.8＝1.25A（＝IHが1.25A以上の部品）
又は、各周囲温度におけるIHの表から選んで下さい。

ポリスイッチがトリップ状態の時、素子の両端にかかる電圧の最大値。この値を超えた電圧が加わると、ポリスイッチが破壊される可能性があります。
I max.

最大定格電流素子が安全に遮断することが出来る電流の最大値。この値を超えた電流が流れると、ポリスイッチが破壊される可能性があります。
保持電流

IH

20℃静止空気中で、ポリスイッチがトリップせずに流すことが出来る電流の最大値。
（一部の製品は25℃）
トリップ電流IT

rRXEシリーズの中で1.25A以上の保持電流を持ちかつ、一番電流容量の小さい部品を選びます。

→RXE135

tトリップ時間のグラフと異常時の電流から、選定した素子のトリップ時間を確認します。

●必要な各種法規制・安全規格・標準がはっきりしている場合は、w〜rをとばし、各製品グループ内の「保護箇所別ポリスイッチ早見テーブル」より適切な部品をお選び下さい。

20℃静止空気中で、ポリスイッチが動作（トリップ）する電流の最小値。（一部の製品は25℃）
R min.

最小抵抗値

20℃静止空気中での抵抗値の最小値。
（一部の製品は25℃）
R max.

最大抵抗値

20℃静止空気中での抵抗値の最大値。

使用上の注意●最大定格を上回る条件で使用すると、素子が損傷し（一部の製品は25℃）たり、アーク放電や炎が起きる可能性があります。

緩和抵抗値●ポリスイッチは、過電流・過熱保護用の素子でありR1 max.

ポリスイッチを一度トリップさせた後、20℃の環境に1時間放置した後の最大抵抗値。表面実装部品の場合は、半田リフロー後20℃の環境に1時間放置した後の最大抵抗値。（一部の製品は25℃）
Pd

消費電力

20℃静止空気中でのトリップ時の消費電力。

連続的あるいは日常的にトリップさせる用途には適しておりません。
●最大定格を超えたトリップをさせた場合や、素子が高温時に圧力を加えるなどして変形が生じた場合には、素子は本カタログに記述の仕様を満足しなくなります。

（一部の製品は25℃）
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ポリスイッチの概要と選定方法

Raychem Circuit Protection Devices

Reliability of PolySwitch Overcurrent and Overtemperature Devices●高湿保存試験

最大定格電圧・電流内で使用した場合には、ポリスイッ
チの故障モードは高抵抗またはオープンモードであり、機器を安全に保護します。
また、機械的な接点を持たないため、高い信頼性が得られます。
さらに、ポリスイッチは、UL、CSA、TÜVの認定品であり、所定のポリスイッチを使用することにより、UL1950、IEC950（事務機器に関する安全規格）の有限電源として認められることからも、その信頼性の高さが証明されています。

65℃、90〜98%の試験（MIL-STD-202 Method 106）において、13日間経過後も、素子抵抗の増大は見られない。

2

導電性ポリマからなるポリスイッチは、高温（85℃、一部製品は125℃以上）の環境下において劣化モードとなり、長時間さらされると、次第に抵抗が増大する変化が見られます。この抵抗変化は、温度が高くなるとさらに促進されます。
特性（抵抗値およびR−Tカーブ）の劣化による変化は、常に抵抗値が増大する変化です。
下記のような各種条件下で、抵抗の変化を調べることにより、素子の変化（劣化）を把握することができます。
ポリスイッチの抵抗が増大すると、平常状態で流せる電流値が小さくなり、かつ、通常より小さい電流でトリップし、高抵抗となります。

●温度サイクル試験●常温・高温保存試験●トリップサイクル試験

20℃、70℃、いずれの温度でも、5,000時間経過後も素子抵抗の増大は見られない。

●長期常温保存試験
室温で36,000時間経過後も、素子抵抗の増大は見られない。

Raychem Circuit Protection Devices-40℃〜80℃、150サイクル実施後も、素子抵抗の増大は見られない。

18VDC、50Aのサイクル試験では、500サイクル後、素子抵抗の増大が見られる。

●トリップ耐久試験
18VDC印加でトリップさせ続けると、抵抗値は200時間で初期値の3倍程度に増大する。

ポリスイッチの信頼性

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