Základní znalost PTC

PTC je zkratka pro Positive Temperature Coefficient, obecně se vztahuje na polovodičové materiály nebo součástky s velkým kladným teplotním koeficientem. Obvykle, když zmiňujeme PTC, máme na mysli termistory s kladným teplotním koeficientem, běžně známé jako termistory PTC. PTC termistory jsou typem polovodičového rezistoru s teplotní citlivostí, a když teplota překročí určitou prahovou hodnotu (Curieho teplota), jejich odpor se s nárůstem teploty prudce zvýší.

Keramické materiály se běžně používají jako vynikající izolanty s vysokou odolností. Keramické termistory PTC jsou vyrobeny s použitím titaničitanu barnatého jako báze a dopovány jinými polykrystalickými keramickými materiály, což má za následek nižší odpor a polovodičové charakteristiky. Toho je dosaženo záměrným dopováním chemického prvku s vyšší mocností jako mřížkový bod krystalu. Část baryových iontů nebo titaničitanových iontů v mřížce je nahrazena ionty s vyšší valenční schopností, čímž vzniká určitý počet volných elektronů, které přispívají k elektrické vodivosti.

Důvod PTC (Positive Temperature Coefficient), tj. prudkého zvýšení odporu, spočívá v uspořádání materiálu, který se skládá z mnoha malých mikrokrystalů. Na rozhraních těchto krystalů, známých jako hranice zrn, se tvoří bariéry, které brání pohybu elektronů do sousedních oblastí. V důsledku toho se odpor zvyšuje. Tento efekt je kompenzován při nízkých teplotách díky vysoké dielektrické konstantě a spontánní polarizační síle na hranicích zrn, které zabraňují tvorbě bariér a umožňují volný tok elektronů. Při vysokých teplotách však dielektrická konstanta a polarizační síla výrazně klesají, což způsobuje prudké zvýšení bariér a odporu, což vykazuje silný PTC efekt.

Vážení a míchání: Materiály, jako je uhličitan barnatý, oxid titaničitý a další přísady, jsou přesně zváženy a smíchány, aby bylo dosaženo požadovaných elektrických a tepelných vlastností.

1. Mokré mletí: Směs se rozemele za mokra, aby se vytvořila jednotná pasta.

2. Dehydratace a sušení: Pasta se potom dehydratuje a vysuší, aby se odstranila přebytečná vlhkost.

3. Lisování za sucha: Vysušený materiál se lisuje za sucha do různých tvarů, jako jsou disky, obdélníky, prstence nebo voštinové struktury.

4. Slinování: Lisované polotovary jsou slinovány při vysoké teplotě (kolem 1400 stupňů) za vzniku keramických součástí.

5. Aplikace elektrod: Elektrody se přikládají na povrch keramických součástí, aby byly vodivé.

6. Třídění podle odporu: Součásti procházejí tříděním podle odporu, aby se klasifikovaly na základě hodnot jejich odporu.

7. Spojování drátů: V závislosti na struktuře konečného produktu se provádí spojování drátů pro spojení součástí.

8. Zapouzdření izolace: Komponenty jsou kvůli ochraně uzavřeny v izolačním materiálu.

9. Montáž: Komponenty jsou smontovány a v případě potřeby umístěny v ochranných pouzdrech.

10. Testování odolnosti proti napětí: Sestavené termistory PTC procházejí testem odolnosti proti napětí, aby byla zajištěna jejich elektrická bezpečnost.

11. Testování odporu: Zkontroluje se odpor termistorů PTC, aby se ověřil jejich výkon.

12. Závěrečné testování: Pro vyhodnocení celkové funkčnosti termistorů PTC se provádí komplexní testování.

13. Balení: Testované a schválené termistory PTC jsou zabaleny pro přepravu.

14. Skladování: Zabalené PTC termistory jsou skladovány ve vhodném prostředí, dokud nejsou distribuovány nebo použity v různých aplikacích.

PTC termistory vykazují teplotně závislý vztah mezi odporem a teplotou, běžně známý jako charakteristika odporu a teploty (RT). Charakteristika RT popisuje závislost odporu nulového výkonu termistoru PTC na jeho teplotě při stanoveném napětí.

Odpor při nulovém výkonu se vztahuje k hodnotě odporu termistoru PTC při měření při určité teplotě, s velmi nízkým aplikovaným výkonem, tak nízkým, že změnu odporu způsobenou ztrátou výkonu lze zanedbat. Jmenovitý odpor při nulovém výkonu představuje hodnotu naměřenou při okolní teplotě 25 stupňů.

 

 

 

• Rmin: minimální odpor

• Tmin: Teplota v Rmin

• Rtc: 2 krát Rmin

• Tc:

Klíčovým parametrem, který charakterizuje kvalitu charakteristiky RT, je teplotní koeficient ( ), který odráží strmost křivky RT. Vyšší teplotní koeficient ( ) znamená, že termistor PTC je citlivější na změny teploty, což má za následek výraznější efekt PTC. Jinými slovy, vyšší teplotní koeficient znamená lepší výkon a delší životnost termistoru PTC.

Teplotní koeficient ( ) termistoru PTC je definován jako relativní změna odporu způsobená změnou teploty. Lze jej vypočítat pomocí vzorce:=(log(R2) - log(R1)) / (T2 - T1)

Obvykle se T1 bere jako Tc + 15 stupeň a T2 se bere jako Tc + 25 stupeň, kde Tc je Curieova teplota PTC termistoru.

 

VI Charakteristický

 

Charakteristika napětí-proud (VI), také známá jako charakteristika proud-napětí nebo jednoduše charakteristika VI, znázorňuje vzájemnou závislost mezi napětím a proudem v termistoru PTC, když dosáhne tepelné rovnováhy při elektrickém zatížení.

 

 

 

• Ik: Provozní proud při přiloženém napětí Vk

• Ir: Zbytkový proud při použití Vmax

• Vmax: Maximální napětí

• VN: Normální napětí

• VD: Průrazné napětí

Charakteristiku VI termistoru PTC lze obecně rozdělit do tří oblastí:

Lineární oblast (0-Vk): V této oblasti se vztah mezi napětím a proudem řídí Ohmovým zákonem a nedochází k žádné významné nelineární variaci. Je také známá jako neaktivní oblast, protože termistor PTC nevykazuje žádné znatelné změny ve svém odporu.

Přechodová oblast (Vk-Vmax): V této oblasti, známé jako přechodová nebo přepínací oblast, se odpor termistoru PTC rychle mění v důsledku samozahřívání. Jak se napětí zvyšuje, proud klesá, což má za následek přepnutí PTC termistoru ze stavu s nízkým odporem do stavu s vysokým odporem. Tato oblast se také nazývá akční oblast.

Oblast průrazu (VD a výše): V této oblasti, známé jako oblast průrazu nebo vypínání, se proud zvyšuje s nárůstem napětí. Odpor termistoru PTC vykazuje exponenciální pokles, což má za následek vyšší proudy pro vyšší napětí. V důsledku toho teplota PTC termistoru stoupá, což vede k dalšímu poklesu odporu. Nakonec to může způsobit tepelný průraz nebo vypnutí PTC termistoru.

Charakteristika VI je důležitou referencí pro nadproudovou ochranu poskytovanou termistory PTC. Pomáhá určit chování termistoru při různých napěťových a proudových podmínkách a zajišťuje účinnou ochranu proti nadměrnému toku proudu.

Proudově-časová charakteristika odkazuje na charakteristiku PTC termistoru, kde se proud mění s časem během aplikace napětí.

Když je na termistor PTC zpočátku přivedeno napětí, proud v tomto okamžiku se nazývá spouštěcí proud. Jakmile termistor PTC dosáhne tepelné rovnováhy, zbývající proud se nazývá zbytkový proud.

Při určité okolní teplotě, když je do termistoru PTC přiveden počáteční proud (zajišťující, že se jedná o provozní proud), se doba potřebná k poklesu proudu na 50 % počátečního proudu nazývá doba odezvy nebo konstanta doby odezvy. Charakteristika proud-čas je důležitým referenčním bodem pro různé aplikace PTC termistorů, jako je automatická demagnetizace, zpožděný start a ochrana proti přetížení.