PTC基础知识介绍

PTC基础知识介绍,深圳市赛尔盈电子有限公司,PTC基础知识和应用,一、PTC基础知识和应用,1.PTCPTC：正温度系数(Positivetemperaturecoefficient简称PTC)；PTC效应即电阻随温度的升高而变大的现象。与PTC效应相反的为NTC(NegativeTemperatureCoeffiCient负温度系数)效应。我们常说的PTC全称应为CPTCR：陶瓷PTC电阻，即具有PTC效应的陶瓷热敏电阻；另外一类常用的具有PTC效应的器件为高分子PTC，即有机PTC/PPTC。有机PTC具有室温电阻小（一般为几十毫欧），常用作过流保护元件。,2.陶瓷PTC效应的理论基础,目前的陶瓷PTC为BaTiO3基。BaTiO3是典型的钙钛矿结构，BaTiO3陶瓷具有三个相变点，四种晶型，第一相变点（即居里点，Tc）在120，高于120为立方晶系，低于120依次为正交晶系、四方晶系和三角晶系。为了使BaTiO3系列陶瓷的居里温度移动，通常加入移峰剂，如Pb和Sr的氧化物，改变的范围在-250490之间，变化效率3.7/%mol；目前市场批量使用PTC居里温度60300。陶瓷PTC的半导化是施主半导化，通常需要掺杂一些施主杂质如：Bi（铋），La（镧），Y（钇），Nb（铌），Sb（锑）的氧化物，双施主掺杂可以获得性能良好的PTC效应；为了易于在固相烧结时形成液相易于烧结，通常添加烧结助剂有：Al2O3、SiO2、TiO2，俗称AST相。添加Mn和Cu的氧化物作为受主态，主要存在BaTiO3陶瓷的晶界处，可以明显提高PTC性能。总：陶瓷PTC效应三大基础为：晶体半导化、铁电相变、晶界效应。,陶瓷PTC元器件的工艺流程,称量球磨预烧结造粒成型烧结磨边清洗上电极阻值分选耐压检测温度检测最终检测包装入库,3.陶瓷PTC元件性能,3.1陶瓷PTC元件R-T曲线,说明：R-T曲线是在PTC元件自身不发热的条件下测试的。R25：室温电阻，PTC元件内部及周围环境25下PTC元件电阻PTC常用参数Rmin：最小电阻，R-T曲线最低点对应电阻Tc：2倍Rmin处对应的温度PTC元件常用参数：=lg(Rmax/Rmin)升阻比;R-T测试仪中用Rmax/Rmin:=ln(Ra/Rb)/(Ta-Tb)*100%.电阻温度系数（Tc到Tp间曲线斜率）表征PTC元件PTC效应的强弱Ts：PTC元件在标况及无风条件下，PTC在额定电压下工作时，PTC元件表面的稳定温度（自控温温度）PTC主要参数，在R-T曲线位于Tc右侧。,35X13X2.7Ts275&230vRT曲线测试,PTC自控温本质,PTC的自控温特性是R-T特性的表现；R-T特性是PTC的核心特征；如何理解PTC的R-T特性：1.陶瓷PTC是热敏电阻，不是恒电阻；2.电阻的变化是PTC自身温度的变化造成的，即温度的变化引起电阻的变化；3.PTC温度变化一般有2种情况，第一为PTC自身不产生热量，有外部供热，如放置于恒温箱中；第二为PTC自身产生热量，即给PTC通一定的电压，PTC自身发热，通过热量余量的累积使PTC升温；4.通常测试的PTCR-T曲线均是外部加热，自身发热条件下测试得到；5.PTC的NTC段：电阻随着温度的升高而减小，不具有热量补偿特性，是PTC发热器的非正常工作区域；室温电阻和NTC段末端的最小电阻之间的比值一般为110之间；对于一个PTC发热器，PTC通电时，PTC自身发热导致自身温度升高，从而引起电阻的减少，热量也跟着增多，在升温过程中，如果PTC热量一直大于其散失的热量，PTC温度可以一直升高到越过NTC段；如果PTC热量在NTC段的某一位置等于其散热的热量，那PTC将无法越过NTC段，将工作于NTC段，即无法正常启动工作；因此在产品设计中，必须避免使用PTC工作在NTC段；,6.PTC段6.1.PTC段尤其是Tc-Tp段，电阻随温度的变化程指数化变化，变化率可达到30%/，即具有快速的热补偿特性，是PTC自控温的关键；6.2.PTC在额定电压下工作，PTC自身温度达到Tc-Tp段后，随着温度升高，PTC电阻快速增加，导致电流快速减少，PTC发热量也快速减少，当PTC发热量与PTC散热量达到平衡时，在未改变PTC散热条件的情况下，PTC温度将处于恒温状态，即处于自控温状态；6.3.当PTC周围散热条件变化时，将引起PTC温度的变化，而Tc-Tp段，PTC温度稍有变化时，电阻便有非常明显的变化，热量得以快速补偿，这是PTC在一定条件下能够稳定在较小的温度范围内的关键。6.4.在设计PTC发热器时，必须保证PTC片工作在R-T曲线中PTC段。,3.2电流时间特性,电流-时间特性是指PTC在施加电压的过程中，电流随时间的变化特性，开始加电流的瞬间称为起始电流，最大电流称为冲击电流。影响冲击电流大小的因素主要有陶瓷PTC元件的居里点和室温电阻。动作电流Ik：流过PTC热敏电阻的电流，足以使PTC热敏电阻自热温升超过居里温度，这样的电流称为动作电流。动作电流的最小值称为最小动作电流。1）恒流输入时，电流小于动作电流，导致PTC无法正常启动，PTC处于NTC段，不能正常工作；2）恒压输入时，即输入电压低于一定值，PTC电流过小，达不到动作电流，PTC无法正常启动，不能正常工作；不动作电流Ink：流过PTC热敏电阻的电流，不足以使PTC热敏电阻自热温升超过居里温度，这样的电流称为不动作电流。不动作电流的最大值称为最大不动作电流,3.3伏安特性,电压-电流特性简称伏安特性，PTC的伏安特性不符合欧姆定律。伏安特性曲线上有三个区间：线性上升区-双曲线区-NTC区，Imax：动作电流或保护电流，根据这一特性，可以将PTC用于各种不同的电流过流保护元件。伏安特性曲线随环境温度的上升而下移。不同的室温电阻和居里点的PTC具有不同的伏安特性曲线，因此可以从动作电流对应的不同电压选择各种电压下需要的室温电阻值。在伏安特性曲线上的双曲线区，电压*电流定值，即功率随电压的的增大变化很小。额定电压VN：额定电压是在最大工作电压Vmax以下的供电电压。通常Vmax=VN+15%击穿电压VR：击穿电压是指PTC热敏电阻最高的电压承受能力。PTC热敏电阻在击穿电压以上时将会击穿失效。,3.4陶瓷PTC作为发热元件主要特点,有恒温、调温、自动控温的特殊功能：当在PTC元件施加交流或直流电压升温时，在居里点温度以下，电阻率很低；当一旦超越居里点温度，电阻率突然增长，使其电流下降至稳定值，达到自动控制温度、恒温目的。安全可靠：PTC元件发热时不发红，无明火（电热丝发热时发红），且发热器最高温度一般在280以内，不会造成其他物品燃烧，非常安全可靠。热转换效率高，省电：PTC只发热，不发光，且工作温度较低，热效率高；寿命长：PTC元件本身为氧化物，且内部结构稳定，寿命长，可达10万小时。结构简单：PTC元件本身自动控温，不需另加自动控制温度线路装置；电压适应性强：电压波动20%-30%，PTC加热效果不会产生明显变化；可在不改变结构的情况下，制造出100240V全部可以使用的发热器；,3.5PTC元件常规参数,工作电压、室温电阻360V：5200（常用）100127V：1001500（常用）220240V：0.58.0K（常用）300350V:5K120k（常用）350-650V：1203000k（常用）,居里点Tc（表面温度Ts）低温Tc60Tc100中温Tc100Tc260高温Tc260Tc295PTC片表面温度范围5；一般情况Ts=Tc+(1525)形状尺寸长度：45、40、35、30、24、18mm等宽度：20、15、13、10、8、6、5、4mm等厚度：3.0、2.5、2.4、2.1、2.0、1.8mm等长方形、圆形、环形,不同的产品选择不同的温度范围,根据产品需要选择合适的规格,电极类型用陶瓷制作电子元件必须有电极，电极用于消除接触电阻，对于陶瓷PTC，要使陶瓷和金属电极之间形成欧姆接触，通常使用的电极有镀Ni电极、银浆电极和铝电极。铝电极由于具有易于粘接的优点在发热体领域得到了广泛的应用。PTC片有单面电极和双面电极两类。冲击电流根据产品需要，单PTC片冲击电流0.16A；额定电压下通电，达最小电阻时的电流冲击电流较大时，制热速度快，达到稳定功率的时间较短，但对电路冲击也相对大冲击电流较小时，制热速度慢，达到稳定功率的时间较长，但对电路冲击也小以上性能在设计使用发热器时要综合考虑，根据实际情况选择发热器。推荐尽量采用有一定冲击电流的发热器，虽然瞬间电流较大，但由于是较短时间内的冲击，一般对电路中温控、熔断器不会造成影