PTC热敏电阻基础知识

一、基础知识 

PTC:PositiveTemperature Coefficient 正温度系数的热敏电阻,也叫自恢复保险丝,是一种具有温度敏感性的半导体电阻,一旦超过一定的温度(居里温度,规格书里面会有写)时,它的电阻值随着温度的升高,几乎是呈阶跃性的增高。

 

PTC分高分子的和陶瓷两种:

高分子英文缩写是PPTC(Polyer Positive Temperature Coefficent)

陶瓷的英文缩写是CPTC。

 

高分子PTC为过流6000次以后阻值无太大变化仍有PTC效应,陶瓷的为PTC为过流10万次以后阻值无太大变化仍有PTC效应。

 

二、原理

 

其基本原理是一种能量的平衡:

当电流流过元件时,由于电流消耗功率产生热量,所产生的热量一部分分散发到环境中去,一部分则增加了高分子材料的温度。

在相应的工作电流下,元件产生的热量和散发的热量达到平衡,电流可以正常通过。

 

当过大电流产生时,元件急剧产生热量而不能及时散发出去,导致元件内高分子材料温度上升,当温度达到材料结晶熔化温度时,高分子材料急剧膨胀,阻断由导电粒子组成的导电通路,导致电阻值迅速上升,限制了大电流通过,从而起到过流保护的作用。

 

当故障排除后,PTC 重新冷却结晶,体积收缩,导电粒子重新形成导电通路,自复保险丝恢复为低阻状态,从而完成对电路的保护,无须人工更换。

 

动作后电阻值恢复:

1、不通电源情况下,直接用热风枪加热到居里温度,电阻值变化后,撤掉热风枪加热,大概10S左右,电阻值恢复。

2、通电源情况下,直接用热风枪加热到居里温度,电阻值变化后,撤掉热风枪加热后,分两种情况:A、负载电流比较小时,PTC本体可以有效散热,本体温度降到居里温度以下,电阻值恢复正常。B、负载电流比较大时,PTC本体没法有效散热,本体温度还时高于居里温度,电阻值还是一直高阻。

总之,是看负载、环境温度是否导致PTC本体温度是高于还是低于居里温度,相应的电阻值是不变还是恢复。如果,直接拔掉电源的话,PTC上没有电流,自身不会产生热,很快就会恢复常温下的电阻值。

 

PTC热敏电阻工作原理:

 

三、参数

 

PTC自恢复保险丝规格书中的参数:

 

1、不动作电流IH

不动作电流即额定电流或保持电流,指在规定的时间和温度条件下,不导致PTC热敏电阻呈现高阻态的最大电流。

不同工作环境下的不动作电流如下图所示,温度越高Ihold电流越小。

热递减效应Thermal Derating:

 

PTC规格书中的热递减效应表:

 

2、动作电流IT

指在规定的时间和温度条件下,使PTC热敏电阻阻值呈阶跃型增加时的最小电流。

 

time to trip跳动时间:跳动时间= 最大电压上升至80%时间- 跳动时间电流开始时间。

 

 

time to trip测试:最大电压(Vmax),室温下测试,将跳动电流通过PTC元件两端,以示波器量测跳动时间。

 

3、最大工作电压(额定电压,击穿电压)

PTC热敏电阻能够承受的最大电压值,超过此值可能会导致电阻器烧坏。

PTC串联在电路中,正常工作时仅有一小部分电压保持在PTC热敏电阻器上,当PTC热敏电阻器启动呈高阻态时,必须承受几乎全部的电源电压,因此选择PTC热敏电阻器时,要有足够高的最大工作电压,同时还要考虑到电源电压可能产生的波动。

 

4、在最大工作电压时允许的最大电流

需要PTC热敏电阻器执行保护功能时,要检查电路中是否有产生超过允许的最大电流的条件,一般是指用户存在产生短路可能性的情况。规格书已经给出了最大电流值,超过这个值使用时,可导致PTC热敏电阻器破坏或早期失效。

 

5、Itrip:在一定的的环境和测试条件下,触发PTC动作需要的时间。

 

6、Pd:耗散功率。

 

7、零功率电阻值Rmin,Rmax:在常温25°下,未动作电流时,测试的电阻值。

PTC热敏电阻其他测试项值:

 

1、Rmin:在常温下测试的阻值。

 

2、Post Trip R1max跳动回复阻值:跳匝后,室温下测试,将产品回流焊焊接於测试板后,静置室温一小时后使用测试夹具夹於测试板两端电极量测阻值。

 

3、开关温度(居里温度)

当阻值开始呈现阶跃性增加时的温度称为开关温度,即当阻值升至2倍最小电阻值(Rmin)时所对应的温度,也称居里温度(即conformance requirement的2xRmin Tsw值)。

 

4、TTT:max time to trip最大跳动时间,常温下测试,条件最大电压(Vmax)和8A。

 

5、Cycle Life跳动周期:最大电压(Vmax)及最大电流(Imax),On 10秒,Off 60秒测试100cycle,室温下测试,不损坏。

 

6、trip Endurance跳动保持时间;最大电压(Vmax)1.2倍及最大电流(Imax),室温下测试24小时,不损坏。

 

7、Power dissipation:耗散功率。

 

四、特性曲线图

 

电阻温度特性

 

工作温度在室温(25°C)与居里点之间时,PTC的阻值基本固定。温度超过居里点后,其电阻值急剧上升。这一特性可用于检测电路是否过热,且PTC能够像电流保险丝一样在电路异常时起到中断电路的作用。

 

伏安特性

 

图中实线表示POSISTOR(正温度系数的热敏电阻)的特征,虚线表示固定电阻的特征。固定电阻遵循欧姆定律,即电流随电压的增加而增加。

在低温范围内,POSISTOR和固定电阻一样遵循欧姆定律。然而,当由于自发热温度上升时,POSISTOR的阻值上升,流经它的电流会随着电压的增加而减小。此时功率恒定。

 

电流时间特性(动特性)

 

右图显示了当电压施加到POSISTOR上时,电流和时间的关系。红线表示POSISTOR的特征,蓝线表示固定电阻的特征。由于流经固定电阻的电流恒定,故不考虑其经过时间。

当对POSISTOR施加电压时,起初由于阻值偏低,在加压的瞬间会有较大的电流通过。而随着时间推移,电阻自发热,致使阻值增加,流经的电流因而减小。

 

五、选型

 

PTC 自恢复保险丝选型步骤:

1 、确定线路中工作的最大电压 V 。

2 、确定线路正常工作时平均工作电流 I (非故障电流)

4 、确定 PTC 安装环境的最高温度 T 。

5 、确定线路需要 PTC 保护的最小电流 IT 。

6、据上述数据,依据目录在 R-T 曲线上选择最合适的一款 PTC 。

作者:极客石头

在搞事情的路上越走越远。

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