Základné znalosti PTC

PTC je skratka pre Positive Temperature Coefficient, ktorá vo všeobecnosti označuje polovodičové materiály alebo komponenty s veľkým kladným teplotným koeficientom. Zvyčajne, keď spomíname PTC, máme na mysli termistory s kladným teplotným koeficientom, bežne známe ako PTC termistory. PTC termistory sú typom polovodičových rezistorov s teplotnou citlivosťou a keď teplota prekročí určitú hranicu (Curieho teplota), ich odpor sa so stúpajúcou teplotou prudko zvýši.

Keramické materiály sa bežne používajú ako vynikajúce izolanty s vysokou odolnosťou. Keramické termistory PTC sú vyrobené s použitím titaničitanu bárnatého ako bázy a dopované inými polykryštalickými keramickými materiálmi, čo má za následok nižší odpor a polovodičové charakteristiky. To sa dosiahne zámerným dopovaním chemického prvku s vyššou mocnosťou ako mriežkový bod kryštálu. Časť iónov bária alebo titaničitanových iónov v mriežke je nahradená iónmi s vyššou valenciou, čím vzniká určitý počet voľných elektrónov, ktoré prispievajú k elektrickej vodivosti.

Príčina efektu PTC (Positive Temperature Coefficient), teda prudkého zvýšenia odporu, spočíva v usporiadaní materiálu, ktorý pozostáva z mnohých malých mikrokryštálov. Na rozhraniach týchto kryštálov, známych ako hranice zŕn, sa vytvárajú bariéry, ktoré bránia pohybu elektrónov do susedných oblastí. V dôsledku toho sa odpor zvyšuje. Tento efekt je kompenzovaný pri nízkych teplotách vďaka vysokej dielektrickej konštante a sile spontánnej polarizácie na hraniciach zŕn, ktoré zabraňujú tvorbe bariér a umožňujú voľný tok elektrónov. Avšak pri vysokých teplotách sa dielektrická konštanta a polarizačná sila výrazne znižujú, čo spôsobuje prudké zvýšenie bariér a odporu, čo vykazuje silný PTC efekt.

Váženie a miešanie: Materiály, ako je uhličitan bárnatý, oxid titaničitý a ďalšie prísady, sa presne odvážia a zmiešajú, aby sa dosiahli požadované elektrické a tepelné vlastnosti.

1. Mletie za mokra: Zmes sa melie za mokra, aby sa vytvorila jednotná pasta.

2. Dehydratácia a sušenie: Pasta sa potom dehydratuje a vysuší, aby sa odstránila prebytočná vlhkosť.

3. Lisovanie za sucha: Vysušený materiál sa lisuje za sucha do rôznych tvarov, ako sú disky, obdĺžniky, prstence alebo voštinové štruktúry.

4. Spekanie: Lisované polotovary sa spekajú pri vysokej teplote (okolo 1400 stupňov) za vzniku keramických komponentov.

5. Aplikácia elektród: Elektródy sa aplikujú na povrch keramických komponentov, aby boli vodivé.

6. Triedenie podľa odporu: Komponenty prechádzajú triedením podľa odporu, aby sa klasifikovali na základe ich hodnôt odporu.

7. Spájanie drôtov: V závislosti od štruktúry konečného produktu sa na spojenie komponentov vykonáva spájanie drôtov.

8. Zapuzdrenie izolácie: Komponenty sú uzavreté v izolačnom materiáli na ochranu.

9. Montáž: Komponenty sa zmontujú av prípade potreby sa umiestnia do ochranných puzdier.

10. Testovanie odolnosti voči napätiu: Zostavené PTC termistory prechádzajú testovaním odolnosti voči napätiu, aby sa zaistila ich elektrická bezpečnosť.

11. Testovanie odporu: Odpor termistorov PTC sa kontroluje, aby sa overil ich výkon.

12. Záverečné testovanie: Na vyhodnotenie celkovej funkčnosti termistorov PTC sa vykonáva komplexné testovanie.

13. Balenie: Testované a schválené PTC termistory sú zabalené na prepravu.

14. Skladovanie: Zabalené PTC termistory sa skladujú vo vhodnom prostredí až do ich distribúcie alebo použitia v rôznych aplikáciách.

PTC termistory vykazujú teplotne závislý vzťah medzi odporom a teplotou, bežne známy ako charakteristika odporu a teploty (RT). Charakteristika RT popisuje závislosť odporu nulového výkonu PTC termistora od jeho teploty pri špecifikovanom napätí.

Odpor pri nulovom výkone sa vzťahuje na hodnotu odporu termistora PTC pri meraní pri určitej teplote s veľmi nízkym aplikovaným výkonom, ktorý je taký nízky, že zmenu odporu spôsobenú stratou výkonu možno zanedbať. Menovitý odpor pri nulovom výkone predstavuje hodnotu nameranú pri teplote okolia 25 stupňov.

 

 

 

• Rmin: minimálny odpor

• Tmin: Teplota v Rmin

• Rtc: 2 krát Rmin

• Tc:

Kľúčovým parametrom, ktorý charakterizuje kvalitu charakteristiky RT, je teplotný koeficient ( ), ktorý odráža strmosť krivky RT. Vyšší teplotný koeficient ( ) naznačuje, že termistor PTC je citlivejší na zmeny teploty, čo má za následok výraznejší efekt PTC. Inými slovami, vyšší teplotný koeficient znamená lepší výkon a dlhšiu životnosť termistora PTC.

Teplotný koeficient ( ) termistora PTC je definovaný ako relatívna zmena odporu spôsobená zmenou teploty. Dá sa vypočítať pomocou vzorca:=(log(R2) - log(R1)) / (T2 - T1)

Zvyčajne sa T1 berie ako Tc + 15 stupeň a T2 sa berie ako Tc + 25 stupeň, kde Tc je Curieova teplota PTC termistora.

 

VI Charakteristika

 

Charakteristika napätie-prúd (VI), tiež známa ako charakteristika prúdu a napätia alebo jednoducho charakteristika VI, znázorňuje vzájomnú závislosť medzi napätím a prúdom v termistore PTC, keď dosiahne tepelnú rovnováhu pri elektrickom zaťažení.

 

 

 

• Ik: Pracovný prúd pri aplikovanom napätí Vk

• Ir: Zvyškový prúd pri použití Vmax

• Vmax: Maximálne napätie

• VN: Normálne napätie

• VD: Prierazné napätie

Charakteristiku VI termistora PTC možno vo všeobecnosti rozdeliť do troch oblastí:

Lineárna oblasť (0-Vk): V tejto oblasti sa vzťah medzi napätím a prúdom riadi Ohmovým zákonom a neexistujú žiadne významné nelineárne variácie. Je tiež známa ako neakčná oblasť, pretože termistor PTC nevykazuje žiadne viditeľné zmeny vo svojom odpore.

Oblasť prechodu (Vk-Vmax): V tejto oblasti, známej ako oblasť prechodu alebo spínania, sa odpor PTC termistora rýchlo mení v dôsledku samovoľného zahrievania. Keď sa napätie zvyšuje, prúd klesá, čo má za následok prepnutie PTC termistora zo stavu s nízkym odporom do stavu s vysokým odporom. Tento región sa tiež označuje ako akčný región.

Oblasť poruchy (VD a vyššie): V tejto oblasti, známej ako oblasť poruchy alebo vypnutia, sa prúd zvyšuje so zvyšujúcim sa napätím. Odpor termistora PTC vykazuje exponenciálny pokles, čo vedie k vyšším prúdom pri vyšších napätiach. V dôsledku toho teplota PTC termistora stúpa, čo vedie k ďalšiemu zníženiu odporu. V konečnom dôsledku to môže spôsobiť tepelné zlyhanie alebo vypnutie PTC termistora.

Charakteristika VI je dôležitou referenciou pre nadprúdovú ochranu poskytovanú termistormi PTC. Pomáha určiť správanie termistora pri rôznych napäťových a prúdových podmienkach, čím zabezpečuje účinnú ochranu proti nadmernému toku prúdu.

Prúdovo-časová charakteristika sa vzťahuje na charakteristiku PTC termistora, kde sa prúd mení s časom počas aplikácie napätia.

Keď je na PTC termistor na začiatku privedené napätie, aktuálny prúd sa nazýva štartovací prúd. Keď termistor PTC dosiahne tepelnú rovnováhu, zostávajúci prúd sa označuje ako zvyškový prúd.

Pri určitej teplote okolia, keď sa na termistor PTC privedie počiatočný prúd (zaistí sa, že ide o prevádzkový prúd), čas potrebný na zníženie prúdu na 50 % počiatočného prúdu sa nazýva čas odozvy alebo časová konštanta odozvy. Charakteristika prúdu a času je dôležitou referenciou pre rôzne aplikácie PTC termistorov, ako je automatická demagnetizácia, oneskorený štart a ochrana proti preťaženiu.