PTC熱敏電阻小知識

2021-01-15 志博PCB

PTC熱敏電阻的特性

開關PTC熱敏電阻通常由多晶陶瓷材料製成,這些材料在其原始狀態下具有高電阻,並且通過添加摻雜劑而被製成半導體。它們主要用作PTC自調節加熱器。大多數開關PTC熱敏電阻的轉變溫度在60°C和120°C之間。但是,製造的特殊應用設備可以在低至0°C或高達200°C的溫度下切換。


電晶體具有線性電阻 - 溫度特性,在其大部分工作範圍內具有相對較小的斜率。它們在高於150℃的溫度下可能表現出負溫度係數。電晶體的溫度係數約為0.7至0.8%°C。


PTC熱敏電阻和矽氧化物的電阻-溫度(RT)特性


轉變溫度(Tc)

從圖中可以看出,開關PTC熱敏電阻具有略微負的溫度係數,直到最小電阻點。在這一點之上,它達到它的轉變溫度 -  T C時,它會經歷一個略微正的係數。該溫度稱為開關,轉換或居裡溫度。開關溫度是開關型PTC熱敏電阻的電阻開始快速上升的溫度。居裡溫度大部分時間定義為電阻是最小電阻值兩倍的溫度。


最小阻力(Rmin)

PTC熱敏電阻的最小電阻是可在開關型PTC熱敏電阻上測量的最低電阻,如RT曲線所示。它是曲線上的點,此後溫度係數變為正值。


額定電阻(R25)

額定PTC電阻通常定義為25°C時的電阻。它用於根據電阻值對熱敏電阻進行分類。它採用低電流測量,不會使熱敏電阻發熱到足以影響測量。


耗散常數

耗散常數表示所施加的功率與由於自加熱導致的體溫升高之間的關係。影響耗散常數的一些因素是:接觸線材料,安裝熱敏電阻的方式,環境溫度,設備與其周圍環境之間的傳導或對流路徑,設備本身的尺寸甚至形狀。耗散常數對熱敏電阻的自熱特性有重要影響。


最大額定電流

額定電流表示在指定的環境條件下可以不斷流過PTC熱敏電阻的最大電流。其值取決於耗散常數和RT曲線。如果熱敏電阻過載到溫度係數再次開始下降的程度,則會導致電源失控並導致熱敏電阻損壞。


最大額定電壓

與最大額定電流相似,最大額定電壓代表在指定環境條件下可連續施加到熱敏電阻的最高電壓。它的值也取決於耗散常數和RT曲線。


工作方式

根據應用,PTC熱敏電阻可用於兩種操作模式; 自加熱和傳感(也稱為零功率)。

(1)自加熱模式

自加熱應用利用了這樣的事實:當一個電壓施加到熱敏電阻並且有足夠的電流流過它時,它的溫度會升高。隨著接近居裡溫度,電阻急劇增加,允許更少的電流流動。從左側的圖中可以看出這種行為。在居裡溫度附近的電阻變化在僅幾度的溫度範圍內可以是幾個數量級。如果電壓保持恆定,當熱敏電阻達到熱平衡時,電流將穩定在一定值。平衡溫度取決於所施加的電壓以及熱敏電阻的熱耗散因數。在設計依賴於溫度的時間延遲電路時經常使用這種操作模式。


(2)感應(零功率)模式

在這種工作模式下,熱敏電阻的功耗很小,與自熱模式相比,它對熱敏電阻的溫度和電阻的影響可以忽略不計。當使用RT曲線作為參考測量溫度時,通常使用感測模式。


結構與性能

開關型PTC熱敏電阻由多晶材料製成。它們通常使用碳酸鋇,氧化鈦和鉭,二氧化矽和錳等添加劑的混合物製造。將材料研磨,混合,壓縮成圓盤或矩形並燒結。然後,添加觸點,最後塗層或封裝。製造過程需要非常小心地控制材料和雜質。大約百萬分之幾的汙染可能導致熱和電性能的重大變化。


聚合物PTC由一片塑料製成,其中嵌入有碳顆粒。當器件冷卻時,碳顆粒彼此緊密接觸,形成穿過器件的導電路徑。隨著器件升溫,塑料膨脹並且晶粒進一步分開,從而提高了器件的總電阻。


電晶體依賴於摻雜矽的整體特性,並且表現出接近線性的電阻 - 溫度特性。它們由高純度的矽片製成,製成不同的形狀。耐溫曲線取決於所用的摻雜量。



PTC熱敏電阻的典型應用

(1)自動調節加熱器

如果有電流通過開關PTC熱敏電阻,它將在一定溫度下自動穩定。這意味著如果溫度降低,電阻也會降低,允許更多電流流動,從而加熱器件。類似地,如果溫度升高,則電阻也增加,限制通過裝置的電流,從而將其冷卻。然後,PTC熱敏電阻達到這樣的程度,即在相對較寬的電壓範圍內,所消耗的功率實際上與電壓無關。這些PTC熱敏電阻通常由各種形狀和尺寸的陶瓷製成,並且由於其設計靈活性,PTC陶瓷加熱器是提供受控電熱的絕佳選擇。為了增加傳熱,


(2)過流保護

開關PTC熱敏電阻用作各種電路中的過流限制器或可復位保險絲。在過電流情況下,熱敏電阻體溫升高並迅速達到轉變溫度。這導致PTC熱敏電阻的電阻急劇上升,限制了電路中的電流。當過流或短路情況得到解決並且熱敏電阻再次冷卻時,電路將再次正常工作。通過這種方式,它可以作為自動復位保險絲。通常,聚合物PTC熱敏電阻用於此應用。


(3)時間延遲

可以使用PTC熱敏電阻加熱到足以從其低電阻狀態切換到高電阻狀態所需的時間來提供電路中的時間延遲,反之亦然。時間延遲取決於尺寸,環境溫度和連接的電壓,以及它所使用的電路.PTC熱敏電阻的時間延遲使用的一個例子是它們在螢光燈中的使用。首次通電時,熱敏電阻處於冷態(室溫)。燈電壓低於點火電壓,流過電路的電流同時加熱電極和PTC。當達到居裡溫度時,PTC將切換,燈兩端的電壓將超過點火電壓,燈將開始正常工作。


(4)電機啟動

一些電動機具有單獨的啟動繞組,其僅在電動機啟動期間需要供電。在這種情況下,我們可以使用與這種繞組串聯連接的PTC熱敏電阻的自加熱效應。當電路接通時,PTC熱敏電阻具有低電阻,允許電流通過啟動繞組。當電動機啟動時,PTC熱敏電阻加熱並在一點切換到高電阻狀態。發生這種情況所需的時間是根據所需的電機啟動時間計算的。一旦加熱,通過PTC熱敏電阻的電流變得可以忽略不計,這將關閉啟動繞組電流。


(5)液位傳感

當傳導和對流傳熱增加時,這些應用依賴於耗散常數的變化。由於裝置與液體之間的接觸或裝置上的氣流增加導致的耗散常數的增加將降低熱敏電阻的工作溫度並增加維持給定體溫所需的功率量。可以測量功率增加並向系統指示熱敏電阻例如浸沒在液體中。


PTC熱敏電阻符號

根據IEC標準,以下符號用於正溫度係數熱敏電阻。

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相關焦點

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