Базовые знания PTC

PTC — это аббревиатура от «Положительный температурный коэффициент», обычно относящаяся к полупроводниковым материалам или компонентам с большим положительным температурным коэффициентом. Обычно, когда мы упоминаем PTC, мы имеем в виду термисторы с положительным температурным коэффициентом, широко известные как термисторы PTC. Термисторы PTC представляют собой тип полупроводникового резистора с температурной чувствительностью, и когда температура превышает определенный порог (температуру Кюри), их сопротивление резко увеличивается с повышением температуры.

Керамические материалы обычно используются в качестве отличных изоляторов с высоким сопротивлением. Керамические термисторы PTC изготавливаются с использованием титаната бария в качестве основы и легируются другими поликристаллическими керамическими материалами, что приводит к более низкому сопротивлению и полупроводниковым характеристикам. Это достигается за счет преднамеренного легирования химического элемента с более высокой валентностью в качестве точки решетки кристалла. Часть ионов бария или ионов титаната в решетке заменяется ионами более высокой валентности, создавая определенное количество свободных электронов, которые способствуют электропроводности.

Причина эффекта ПТК (положительного температурного коэффициента), т. е. резкого увеличения сопротивления, кроется в организации материала, состоящего из множества мелких микрокристаллов. На границах раздела этих кристаллов, известных как границы зерен, образуются барьеры, препятствующие движению электронов в соседние области. В результате сопротивление становится высоким. Этот эффект компенсируется при низких температурах благодаря высокой диэлектрической проницаемости и силе спонтанной поляризации на границах зерен, которые предотвращают образование барьеров и позволяют электронам свободно течь. Однако при высоких температурах диэлектрическая проницаемость и сила поляризации значительно уменьшаются, что приводит к резкому увеличению барьеров и сопротивления, демонстрируя сильный эффект ПТК.

Взвешивание и смешивание: материалы, такие как карбонат бария, диоксид титана и другие добавки, точно взвешиваются и смешиваются для достижения требуемых электрических и термических свойств.

1. Мокрое измельчение: Смесь подвергается мокрому измельчению с образованием однородной пасты.

2. Обезвоживание и сушка. Затем пасту обезвоживают и сушат для удаления лишней влаги.

3. Сухое прессование: высушенный материал подвергается сухому прессованию в различные формы, такие как диски, прямоугольники, кольца или сотовые структуры.

4. Спекание: прессованные заготовки спекаются при высокой температуре (около 1400 градусов) для формирования керамических компонентов.

5. Нанесение электродов. Электроды наносятся на поверхность керамических компонентов, чтобы сделать их проводящими.

6. Сортировка по сопротивлению. Компоненты подвергаются сортировке по сопротивлению, чтобы классифицировать их на основе значений их сопротивления.

7. Проволочное соединение. В зависимости от структуры конечного продукта для соединения компонентов выполняется проволочное соединение.

8. Изоляция Герметизация: для защиты компоненты заключены в изоляционный материал.

9. Сборка: Компоненты собираются и при необходимости помещаются в защитные кожухи.

10. Испытание на выдерживание напряжения. Собранные термисторы PTC проходят испытание на выдерживание напряжения для обеспечения их электробезопасности.

11. Испытание сопротивления: Сопротивление термисторов PTC проверяется для проверки их работоспособности.

12. Заключительное тестирование: проводится комплексное тестирование для оценки общей функциональности термисторов PTC.

13. Упаковка: Протестированные и одобренные термисторы PTC упаковываются для транспортировки.

14. Хранение. Упакованные термисторы PTC хранятся в подходящей среде до тех пор, пока они не будут распределены или использованы в различных приложениях.

Термисторы PTC демонстрируют температурно-зависимую зависимость между сопротивлением и температурой, широко известную как характеристика сопротивления-температуры (RT). Характеристика RT описывает зависимость сопротивления нулевой мощности термистора PTC от его температуры при заданном напряжении.

Сопротивление нулевой мощности относится к значению сопротивления термистора PTC при измерении при определенной температуре с очень низкой приложенной мощностью, настолько низкой, что изменением сопротивления, вызванным рассеиванием мощности, можно пренебречь. Номинальное сопротивление нулевой мощности представляет собой значение, измеренное при температуре окружающей среды 25 градусов.

 

 

 

• Rmin: минимальное сопротивление

• Tmin: температура в Rmin.

• Rtc: 2 раза от Rmin

• ТК:

Ключевым параметром, характеризующим качество характеристики RT, является температурный коэффициент ( ), который отражает крутизну кривой RT. Более высокий температурный коэффициент ( ) указывает на то, что термистор PTC более чувствителен к изменениям температуры, что приводит к более выраженному эффекту PTC. Другими словами, более высокий температурный коэффициент означает лучшую производительность и более длительный срок службы термистора PTC.

Температурный коэффициент ( ) термистора PTC определяется как относительное изменение сопротивления, вызванное изменением температуры. Его можно рассчитать по формуле:=(log(R2) - log(R1)) / (T2 - T1)

Обычно T1 принимают за Tc + 15 градус, а T2 принимают за Tc + 25 градус, где Tc — температура Кюри термистора PTC.

 

VI характеристика

 

Характеристика напряжение-ток (VI), также известная как вольт-амперная характеристика или просто характеристика VI, иллюстрирует взаимозависимость между напряжением и током в термисторе PTC, когда он достигает теплового равновесия под электрической нагрузкой.

 

 

 

• Ik: Рабочий ток при приложенном напряжении Vk.

• Ir: Остаточный ток при приложении Vmax

• Vмакс: Максимальное напряжение

• ВН: Номинальное напряжение

• VD: напряжение пробоя

VI-характеристику термистора PTC обычно можно разделить на три области:

Линейная область (0-Vk). В этой области зависимость между напряжением и током подчиняется закону Ома, и существенных нелинейных изменений нет. Ее также называют областью недействия, поскольку термистор PTC не демонстрирует каких-либо заметных изменений своего сопротивления.

Переходная область (Vk-Vmax): В этой области, известной как область перехода или переключения, сопротивление термистора PTC претерпевает быстрые изменения из-за самонагрева. По мере увеличения напряжения ток уменьшается, в результате чего термистор PTC переключается из состояния с низким сопротивлением в состояние с высоким сопротивлением. Эту область также называют областью действия.

Область пробоя (VD и выше): В этой области, известной как область пробоя или отключения, ток увеличивается с увеличением напряжения. Сопротивление термистора PTC экспоненциально уменьшается, что приводит к увеличению тока при более высоком напряжении. Как следствие, температура термистора PTC повышается, что приводит к дальнейшему уменьшению сопротивления. В конечном итоге это может вызвать тепловой пробой или срабатывание термистора PTC.

Характеристика VI является важным ориентиром для защиты от сверхтоков, обеспечиваемой термисторами PTC. Он помогает определить поведение термистора при различных условиях напряжения и тока, обеспечивая эффективную защиту от чрезмерного тока.

Токовременная характеристика относится к характеристике термистора PTC, при которой ток изменяется со временем во время приложения напряжения.

Когда напряжение первоначально подается на термистор PTC, ток в этот момент называется пусковым током. Когда термистор PTC достигает теплового равновесия, остающийся ток называется остаточным током.

При определенной температуре окружающей среды, когда к термистору PTC подается начальный ток (гарантирующий, что он является рабочим током), время, необходимое для уменьшения тока до 50% от пускового тока, называется временем отклика или постоянной времени отклика. Характеристика тока-времени является важным ориентиром для различных применений термисторов PTC, таких как автоматическое размагничивание, задержка запуска и защита от перегрузки.