Базові знання PTC

PTC — це абревіатура від Positive Temperature Coefficient, яка зазвичай відноситься до напівпровідникових матеріалів або компонентів із великим позитивним температурним коефіцієнтом. Зазвичай, коли ми згадуємо PTC, ми маємо на увазі термістори з позитивним температурним коефіцієнтом, широко відомі як PTC термістори. PTC-термистори є різновидом напівпровідникових резисторів із температурною чутливістю, і коли температура перевищує певний поріг (температура Кюрі), їхній опір різко зростає з підвищенням температури.

Керамічні матеріали зазвичай використовуються як чудові ізолятори з високим опором. Керамічні PTC термістори виготовлені з використанням титанату барію як основи та додані іншими полікристалічними керамічними матеріалами, що призводить до нижчого опору та напівпровідникових характеристик. Це досягається шляхом навмисного легування хімічного елемента з більш високою валентністю в якості точки решітки кристала. Частина іонів барію або іонів титанату в решітці заміщується іонами вищої валентності, утворюючи певну кількість вільних електронів, які сприяють електропровідності.

Причина ефекту PTC (позитивного температурного коефіцієнта), тобто різкого збільшення опору, полягає в організації матеріалу, який складається з багатьох дрібних мікрокристалів. На межах розділу цих кристалів, відомих як межі зерен, утворюються бар’єри, які перешкоджають руху електронів у сусідні області. В результаті опір стає високим. Цей ефект компенсується при низьких температурах завдяки високій діелектричній проникності та силі спонтанної поляризації на границях зерен, які запобігають утворенню бар’єрів і дозволяють електронам вільно протікати. Однак при високих температурах діелектрична проникність і сила поляризації значно зменшуються, спричиняючи різке зростання бар’єрів і опору, демонструючи сильний ефект PTC.

Зважування та змішування: матеріали, такі як карбонат барію, діоксид титану та інші добавки, точно зважують і змішують для досягнення необхідних електричних і теплових властивостей.

1. Мокре подрібнення: суміш піддається мокрому подрібненню для утворення однорідної пасти.

2. Зневоднення та сушіння: потім пасту зневоднюють і сушать, щоб видалити надлишок вологи.

3. Сухе пресування: висушений матеріал піддається сухому пресуванню в різні форми, такі як диски, прямокутники, кільця або стільникові структури.

4. Спікання: пресовані заготовки спікаються при високій температурі (близько 1400 градусів) для формування керамічних компонентів.

5. Застосування електродів: Електроди наносять на поверхню керамічних компонентів, щоб зробити їх провідними.

6. Сортування опору: Компоненти піддаються сортуванню опору, щоб класифікувати їх на основі значень опору.

7. З’єднання дротів: залежно від структури кінцевого продукту, для з’єднання компонентів виконується з’єднання дротів.

8. Ізоляція Інкапсуляція: компоненти укладено в ізоляційний матеріал для захисту.

9. Збірка: Компоненти збираються і, якщо потрібно, поміщаються в захисні кожухи.

10. Перевірка витримуваної напруги: Зібрані термістори PTC проходять випробування витримуваної напруги, щоб забезпечити їх електричну безпеку.

11. Перевірка опору: Опір терморезисторів PTC перевіряється, щоб перевірити їхню роботу.

12. Остаточне тестування: проводиться комплексне тестування, щоб оцінити загальну функціональність термісторів PTC.

13. Упаковка: протестовані та схвалені PTC термістори упаковані для транспортування.

14. Зберігання: упаковані PTC термістори зберігаються у відповідному середовищі, поки вони не будуть розповсюджені або використані в різних програмах.

PTC-термістори демонструють залежне від температури співвідношення між опором і температурою, широко відоме як характеристика опір-температура (RT). Характеристика RT описує залежність опору нульової потужності термістора PTC від його температури під заданою напругою.

Опір нульової потужності відноситься до значення опору термістора PTC, виміряного при певній температурі з дуже низькою прикладеною потужністю, настільки низькою, що зміною опору, спричиненою розсіюванням потужності, можна знехтувати. Номінальний опір нульової потужності являє собою значення, виміряне за температури навколишнього середовища 25 градусів.

 

 

 

• Rmin: мінімальний опір

• Tmin: температура в Rmin

• Rtc: 2 рази Rmin

• Tc:

Ключовим параметром, що характеризує якість характеристики RT, є температурний коефіцієнт ( ), який відображає крутизну кривої RT. Вищий температурний коефіцієнт ( ) вказує на те, що термістор PTC більш чутливий до змін температури, що призводить до більш вираженого ефекту PTC. Іншими словами, вищий температурний коефіцієнт означає кращу продуктивність і довший термін служби термістора PTC.

Температурний коефіцієнт ( ) термістора PTC визначається як відносна зміна опору, викликана зміною температури. Його можна обчислити за формулою:=(log(R2) - log(R1)) / (T2 - T1)

Зазвичай T1 приймається як Tc + 15 градус, а T2 приймається як Tc + 25 градус, де Tc — температура Кюрі термістора PTC.

 

VI Характеристика

 

Характеристика вольт-ампер (VI), також відома як вольт-амперна характеристика або просто характеристика VI, ілюструє взаємозалежність між напругою та струмом у термісторі PTC, коли він досягає теплової рівноваги під електричним навантаженням.

 

 

 

• Ik: робочий струм при прикладеній напрузі Vk

• Ir: Залишковий струм при застосуванні Vmax

• Vmax: Максимальна напруга

• VN: Номінальна напруга

• VD: Напруга пробою

Характеристику VI термістора PTC загалом можна розділити на три області:

Лінійна область (0-Vk): у цій області співвідношення між напругою та струмом відповідає закону Ома, і немає значних нелінійних коливань. Він також відомий як область без дії, оскільки термістор PTC не виявляє жодних помітних змін у своєму опорі.

Перехідна область (Vk-Vmax): У цій області, відомій як перехідна або перемикаюча область, опір PTC термістора зазнає швидких змін через самонагрівання. Зі збільшенням напруги струм зменшується, в результаті чого терморезистор PTC переходить із стану низького опору в стан високого опору. Цю область також називають областю дії.

Область пробою (VD і вище): у цій області, відомій як область пробою або спрацьовування, струм зростає зі збільшенням напруги. Опір термістора PTC демонструє експоненціальне зменшення, що призводить до вищих струмів для вищих напруг. Як наслідок, температура термістора PTC підвищується, що призводить до подальшого зниження опору. Згодом це може спричинити тепловий пробою або спрацьовування термістора PTC.

Характеристика VI є важливою орієнтиром для захисту від надструму, що забезпечується терморезисторами PTC. Це допомагає визначити поведінку термістора за різних умов напруги та струму, забезпечуючи ефективний захист від надмірного струму.

Характеристика струм-час відноситься до характеристики термістора PTC, де струм змінюється з часом під час подачі напруги.

Коли напруга спочатку подається на термістор PTC, струм у цей момент називається пусковим струмом. Коли термістор PTC досягає теплової рівноваги, струм, який залишається, називається залишковим струмом.

За певної температури навколишнього середовища, коли початковий струм (переконавшись, що це робочий струм) подається на термістор PTC, час, необхідний для зменшення струму до 50% початкового струму, називається часом відгуку або константою часу відгуку. Токочасова характеристика є важливою орієнтиром для різних застосувань PTC термісторів, таких як автоматичне розмагнічування, затримка запуску та захист від перевантаження.