PTC基本常识 Positive Temperature Coefficient 目 录 第一部分 第二部分 第三部分 第四部分 PTC 工作原理 PTC基础知识 PTC分类 PTC的选型 第一部分 PTC 工作原理 PTC热敏电阻(正温度系数热敏电阻)是一种具温度敏感性的半 导体电阻,一旦超过一定的温度(居里温度)时,它的电阻值随着温度 的升高几乎是呈阶跃式的增高.PTC热敏电阻本体温度的变化可 以由流过PTC热敏电阻的电流来获得,也可以由外界输入热量或 者这二者的叠加来获得。 PTC利用聚合物的变阻特性, 以聚合物为基础掺杂在导体内 制成,当电流急速增加时,PTC元件的温度瞬时上升,阻抗提高, 流过的电流在数毫秒内变小,电路如同开路,达到抑制的目的, 当异常电流消失时,瞬时恢复成低阻抗导体,无需任何人为更换 或维修。 对于PTC热敏电阻效应(内部),也就是电阻值阶跃增高 的原因,在于材料组织是由许多小的微晶构成的 , 在晶粒的界 面上,即所谓的晶粒边界(晶界)上形成势垒,阻碍电子越界进入 到相邻区域中去, 因此而产生高的电阻.这种效应在温度低时 被抵消:在晶界上高的介电常数和自发的极化强度在低温时阻 碍了势垒的形成并使电子可以自由地流动.而这种效应在高温 时,介电常数和极化强度大幅度地降低, 导致势垒及电阻大幅 , , 度地增高,呈现出强烈的PTC效应. 第二部分 PTC热敏电阻 热敏电阻 PTC基础知识 PTC是Positive Temperature Coefficient 的缩写,意 思是正的温度系数,泛指正温度系数很大的半导体材料 , 或元器件.通常我们提到的PTC是指正温度系数热敏电 阻,简称PTC热敏电阻.PTC热敏电阻是一种典型具有温 度敏感性的半导体电阻,超过一定的温度(居里温度)时,它 的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高. 第二部分 PTC基础知识 PTC热敏电阻组织结构和功能原理 热敏电阻组织结构和功能原理 对于PTC热敏电阻效应,也就是电阻值阶跃增高的原因,在于材 料组织是由许多小的微晶构成的,在晶粒的界面上,即所谓的晶粒边 界(晶界)上形成势垒,阻碍电子越界进入到相邻区域中去,因此而产 生高的电阻.这种效应在温度低时被抵消: 在晶界上高的介电常数 和自发的极化强度在低温时阻碍了势垒的形成并使电子可以自由 地流动. 而这种效应在高温时,介电常数和极化强度大幅度地降低, 导致势垒及电阻大幅度地增高,呈现出强烈的PTC效应. 第二部分 PTC基础知识 第二部分 PTC基础知识 PTC热敏电阻与温度的依赖关系 热敏电阻与温度的依赖关系(R-T特性) 热敏电阻与温度的依赖关系 电阻-温度特性通常简称为阻温特性,指在规定的电压下, PTC热敏电阻零功率电阻与电阻体温度之间的依赖关系。零功率 电阻,是指在某一温度下测量PTC热敏电阻值时,加在PTC热敏电 阻上的功耗极低, 低到因其功耗引起的PTC热敏电阻的阻值变化 可以忽略不计. 额定零功率电阻指环境温度25℃条件下测得的零 功率电阻值. 表征阻温特性好坏的重要参数是温度系数α,反映的是阻温特性曲线的 陡峭程度。温度系数α越大,PTC热敏电阻对温度变化的反应就越灵敏, 即PTC效应越显著,其相应的PTC热敏电阻的性能也就越好,使用寿命就 越长。PTC热敏电阻的温度系数定义为温度变化导致的电阻的相对变化. α = (lgR2-lgR1)/(T2-T1) 一般情况下,T1取Tc+15℃ ,T2取Tc+25℃来计算 温度系数。 第二部分 point3 PTC基础知识 lgR( ) 度 RTc Rmin point1 point2 point3 25 室温 Rmin 最小电阻 Tmin Rmin时的温度 RTc 2倍Rmin Tc 居里温 T25 Tmin Tc T(℃) 在上图中,Point1时温度较低,产生的热和散发的热达到 平衡,可是当流过的电流较多或是环境温度较高时,会产 生较高的热,而提高PTC的温度,然而当电流或环境温度的 增加并不显著时,PTC所产生的热可以散发至环境中而在 Point2点达到平衡。 当电流或环境温度再提高时,PTC会达到一个较高的温度如 Point3所示,若此时电流或环境温度继续增加,产生的热 能便会大于散发出去的,使得PTC温度速增,在此阶段,很 小的温度变化就会造成阻值的在幅度提高。这时PTC正处于 动作的保护状态,阻抗的增加便限制了电流的通过,而保 护设备免于损坏。 在环境温度升高时,其阻值亦会随之增加,从而达 到Point4的高阻抗状态,并不需外加电流。当温度 下降后,就回复到低阻抗状态。这种现象可做为温 度感应之控制。 温度对PTC元件的影响 环境温度的提高在超过20℃时,便会造成通过PTC元件的电流 逐减(该电流为工作电流 )。当环境温度达到85℃时通过 的电流会仅剩一半。环境温度在20℃时线路上的电流100%流 过PTC,但如有超过两倍以上额定电流产生,PTC便会动作, 此时电流为动作电流 。这两个电流就会随着温度的上升 而逐减。 动作时间和环境温度的关系 PTC动作(Trip)的速度和异常电流大小,与所选元件及环 境温度有绝对的关系。温度越高电流越大,则动作时间越快。 例如: 对于同样的5A电流,20℃时动作时间为8秒,而60℃ 时为5秒。对于相同的温度下(20℃),5A电流8秒动作,而 15A电流则为0.1秒就动作。 PTC阻值恢复能力 PTC动作后,在异常电流消除后的几秒内,PTC温度 很快降低,阻值会急速下降,但是不会恢复到原来 的初始电阻值,会略高于该值。且每动作一次,电 阻值会增加一次。 典型电气的性能 Ihold Model (A) PFD130 PFD144 PFD160 PFD162 PFD16030 2.5 2.5 2.1 2.1 3.0 (A) 5.0 5.0 4.7 4.7 6.0 Itrip V max (V) 15 15 15 15 15 I max Time to Trip max sec@Amp 15 @7.5A 15 @7.5A 5@11A 5@11A 5@12A Initial Resistance Post Trip R1 max Power Dissipati on max (W) 2.5 2.5 2.5 2.5 2.6 (A) 40 40 40 40 40 Rmin( Ω) 0.016 0.016 0.016 0.016 0.015 Rmax( Ω) 0.032 0.032 0.029 0.029 0.028 (Ω) 0.060 0.060 0.051 0.051 0.050 第三部分 1.PFD系列 环圆盘类型 操作范围: 2.1 ~ 3.0 (A) , Variable 最大电压 : 15 ~ 16 (Vdc) 主要用途:可休整的电芯 主要的电芯 PTC分类 第三部分 2.PFV系列 为电池包裹的绳类型 操作范围 : 1.2 ~ 2.3 (A) 最大电压 : 12(Vdc) / 16 (Vdc) 主要作用:可休整的电池包裹 PTC分类 第三部分 PTC分类 3.PFX系列 径向为电子学线路带领了类型 操作范围: 0.1 ~ 14.0 (A) 最大电压: 60 ~ 72 (Vdc) / 30(Vdc) / 16(Vdc) 主要用途:电磁的负荷,照明压载物,喇叭 筒,马达,狂热者,组- 顶端的盒子,变压器, 等等。 第三部分 PTC分类 4.SMD系列 为电池包裹升至水面乘用马类型 操作范围 : 0.75 ~ 2.0 (A) 最大电压 : 6 ~ 13 (Vdc) 主要用途:电池包裹,调制解调器,唯读光 盘,硬盘。 第四部分:PTC的选型 PTC是串联在被保护的线路上的,且没有极性。 选择方法: 1、知道设备线路上的工作电流I及电压V; 2、所选PTC的额定电流为1.5-2倍于工作电流; 3、考虑环境温度来选择适当型号的PTC。 保护电芯 PTC作为过电流控制及温度控制元件,串联在被保护线路中。 在对电芯保护中,它串联在电芯的正极或负极上。