Podstawowa znajomość PTC

PTC to skrót od dodatniego współczynnika temperaturowego, ogólnie odnoszący się do materiałów lub komponentów półprzewodnikowych o dużym dodatnim współczynniku temperaturowym. Zwykle, gdy wspominamy o PTC, mamy na myśli termistory o dodatnim współczynniku temperaturowym, powszechnie znane jako termistory PTC. Termistory PTC to rodzaj rezystorów półprzewodnikowych wrażliwych na temperaturę, a gdy temperatura przekroczy pewien próg (temperatura Curie), ich rezystancja gwałtownie wzrasta wraz ze wzrostem temperatury.

Materiały ceramiczne są powszechnie stosowane jako doskonałe izolatory o dużej rezystancji. Ceramiczne termistory PTC są wykonane z tytanianu baru jako podstawy i domieszkowane innymi polikrystalicznymi materiałami ceramicznymi, co skutkuje niższą rezystancją i właściwościami półprzewodnikowymi. Osiąga się to poprzez celowe domieszkowanie pierwiastka chemicznego o wyższej wartościowości jako punktu sieci kryształu. Część jonów baru lub jonów tytanianowych w siatce zostaje zastąpiona jonami o wyższej wartościowości, tworząc pewną liczbę wolnych elektronów, które przyczyniają się do przewodnictwa elektrycznego.

Przyczyna efektu PTC (dodatniego współczynnika temperaturowego), czyli gwałtownego wzrostu rezystancji, leży w organizacji materiału, na który składa się wiele małych mikrokryształów. Na stykach tych kryształów, zwanych granicami ziaren, tworzą się bariery utrudniające przepływ elektronów do sąsiednich obszarów. W rezultacie opór staje się wysoki. Efekt ten jest kompensowany w niskich temperaturach ze względu na wysoką stałą dielektryczną i spontaniczną siłę polaryzacji na granicach ziaren, co zapobiega tworzeniu się barier i umożliwia swobodny przepływ elektronów. Jednakże w wysokich temperaturach stała dielektryczna i siła polaryzacji znacznie się zmniejszają, powodując gwałtowny wzrost barier i rezystancji, co objawia się silnym efektem PTC.

Ważenie i mieszanie: Materiały takie jak węglan baru, dwutlenek tytanu i inne dodatki są dokładnie ważone i mieszane w celu uzyskania wymaganych właściwości elektrycznych i termicznych.

1. Mielenie na mokro: Mieszankę poddaje się mieleniu na mokro w celu uzyskania jednolitej pasty.

2. Odwodnienie i suszenie: Następnie pastę odwadnia się i suszy w celu usunięcia nadmiaru wilgoci.

3. Prasowanie na sucho: Wysuszony materiał jest prasowany na sucho w różne kształty, takie jak dyski, prostokąty, pierścienie lub struktury o strukturze plastra miodu.

4. Spiekanie: Sprasowane półprodukty są spiekane w wysokiej temperaturze (około 1400 stopni), tworząc elementy ceramiczne.

5. Nakładanie elektrod: Elektrody nakłada się na powierzchnię elementów ceramicznych, aby zapewnić im przewodność.

6. Sortowanie oporowe: Komponenty poddawane są sortowaniu oporowemu w celu sklasyfikowania ich na podstawie wartości rezystancji.

7. Łączenie przewodów: W zależności od struktury produktu końcowego, w celu połączenia komponentów wykonuje się łączenie przewodów.

8. Hermetyzacja izolacji: Elementy są zamknięte w materiale izolacyjnym w celu ochrony.

9. Montaż: Elementy są składane iw razie potrzeby umieszczane w osłonach ochronnych.

10. Testowanie napięcia wytrzymywanego: Zmontowane termistory PTC poddawane są testowi napięcia wytrzymywanego, aby zapewnić ich bezpieczeństwo elektryczne.

11. Testowanie rezystancji: Sprawdzana jest rezystancja termistorów PTC w celu sprawdzenia ich działania.

12. Testowanie końcowe: Przeprowadzane są kompleksowe testy w celu oceny ogólnej funkcjonalności termistorów PTC.

13. Opakowanie: Przetestowane i zatwierdzone termistory PTC są pakowane do wysyłki.

14. Przechowywanie: Zapakowane termistory PTC są przechowywane w odpowiednim środowisku do czasu ich dystrybucji lub użycia w różnych zastosowaniach.

Termistory PTC wykazują zależną od temperatury zależność między rezystancją a temperaturą, powszechnie znaną jako charakterystyka rezystancji i temperatury (RT). Charakterystyka RT opisuje zależność rezystancji przy zerowej mocy termistora PTC od jego temperatury, przy określonym napięciu.

Rezystancja przy zerowej mocy odnosi się do wartości rezystancji termistora PTC mierzonej w określonej temperaturze, przy bardzo małej przyłożonej mocy, tak małej, że można pominąć zmianę rezystancji spowodowaną rozpraszaniem mocy. Znamionowa rezystancja przy zerowej mocy reprezentuje wartość zmierzoną w temperaturze otoczenia 25 stopni.

 

 

 

• Rmin: minimalny opór

• Tmin: Temperatura w Rmin

• Rtc: 2 razy Rmin

• Tc:

Kluczowym parametrem charakteryzującym jakość charakterystyki RT jest współczynnik temperaturowy ( ), który odzwierciedla stromość krzywej RT. Wyższy współczynnik temperaturowy ( ) wskazuje, że termistor PTC jest bardziej wrażliwy na zmiany temperatury, co skutkuje bardziej wyraźnym efektem PTC. Innymi słowy, wyższy współczynnik temperaturowy oznacza lepszą wydajność i dłuższą żywotność termistora PTC.

Współczynnik temperaturowy ( ) termistora PTC definiuje się jako względną zmianę rezystancji spowodowaną zmianą temperatury. Można to obliczyć ze wzoru:=(log(R2) - log(R1)) / (T2 - T1)

Zwykle T1 przyjmuje się jako Tc + 15 stopnia, a T2 jako Tc + 25 stopnia, gdzie Tc jest temperaturą Curie termistora PTC.

 

VI Charakterystyka

 

Charakterystyka napięcie-prąd (VI), znana również jako charakterystyka prąd-napięcie lub po prostu charakterystyka VI, ilustruje współzależność pomiędzy napięciem i prądem w termistorze PTC, gdy osiąga on równowagę termiczną pod obciążeniem elektrycznym.

 

 

 

• Ik: Prąd roboczy przy przyłożonym napięciu Vk

• Ir: Prąd różnicowy po przyłożeniu Vmax

• Vmax: Maksymalne napięcie

• VN: Napięcie normalne

• VD: Napięcie przebicia

Charakterystykę VI termistora PTC można ogólnie podzielić na trzy obszary:

Obszar liniowy (0-Vk): w tym obszarze związek między napięciem i prądem jest zgodny z prawem Ohma i nie ma znaczących zmian nieliniowych. Nazywa się go również obszarem nieaktywnym, ponieważ termistor PTC nie wykazuje żadnych zauważalnych zmian w swojej rezystancji.

Obszar przejściowy (Vk-Vmax): W tym obszarze, zwanym obszarem przejściowym lub przełączającym, rezystancja termistora PTC ulega szybkiej zmianie w wyniku samonagrzewania. Wraz ze wzrostem napięcia prąd maleje, co powoduje przełączenie termistora PTC ze stanu o niskiej rezystancji do stanu o wysokiej rezystancji. Region ten nazywany jest także obszarem działania.

Region przebicia (VD i wyższy): W tym obszarze, zwanym obszarem przebicia lub wyłączenia, prąd rośnie wraz ze wzrostem napięcia. Rezystancja termistora PTC wykazuje wykładniczy spadek, co skutkuje wyższymi prądami dla wyższych napięć. W konsekwencji wzrasta temperatura termistora PTC, co prowadzi do dalszego spadku rezystancji. Ostatecznie może to spowodować przebicie termiczne lub zadziałanie termistora PTC.

Charakterystyka VI jest ważnym punktem odniesienia dla zabezpieczenia nadprądowego zapewnianego przez termistory PTC. Pomaga określić zachowanie termistora w różnych warunkach napięciowych i prądowych, zapewniając skuteczną ochronę przed nadmiernym przepływem prądu.

Charakterystyka prądu w czasie odnosi się do charakterystyki termistora PTC, w której prąd zmienia się w czasie podczas przyłożenia napięcia.

Kiedy napięcie jest początkowo przyłożone do termistora PTC, prąd w tym momencie nazywany jest prądem rozruchowym. Gdy termistor PTC osiąga równowagę termiczną, pozostały prąd nazywany jest prądem różnicowym.

W określonej temperaturze otoczenia, gdy do termistora PTC zostanie przyłożony prąd początkowy (zapewniający, że jest to prąd roboczy), czas potrzebny do zmniejszenia prądu do 50% prądu rozruchowego nazywany jest czasem odpowiedzi lub stałą czasu odpowiedzi. Charakterystyka prądu w czasie jest ważnym punktem odniesienia dla różnych zastosowań termistorów PTC, takich jak automatyczna demagnetyzacja, opóźniony rozruch i ochrona przed przeciążeniem.