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PTC热敏电阻(POSISTOR)的基本知识
居里温度(C.P.)即阻值为25°C时的阻值的两倍时所对应的温度。 室温至居里点的范围内,电阻值稍有降低但基本维持一定。当环境温度超过居里点,电阻值对数增长。
图1 : BaTiO3和PTC热敏电阻的电阻温度特性
【参考】
居里点(c.p.)有多种类型,如图2所示。
图2 : 居里点不同的PTC阻值-温度特性
环境温度超过居里点后,若仍然持续上升,PTC将失去正的温度特性,阻值降低。阻值开始下降的点被称为TN点。 因此,PTC热敏电阻的额定值被设计为不得超过TN点。
图3 : PTC热敏电阻的TN点
PTC热敏电阻的I-V特性如图4所示。 施加电压使得电阻的内部发热和向外的散热达到平衡状态时,外加电压和稳定自电流之间关系建立。定值电阻区域内、V = IR关系成立,PTC热敏电阻无自发热。PTC热敏电阻还拥有最大电流点和恒功率区域两个参数。
图4 : 电流-电压特性
与阻值-温度特性之间的关系图 超过电流最大值被称为“跳闸”。
通过控制图6中的“初始电阻值”、“居里点”、“散热量”来调整过流保护PTC的特性。
图6 : 各因素引起的 I-V 特性变化
对于固定特性的PTC,其I-V特性会随着环境温度的变化而波动,如图6“环境温度变化”所示。最大电流点是跳闸电流。 从该图中可以确认跳闸电流值因环境温度而异。因此,跳闸电流是在25°C(例如−10°C)以外的额定温度下定义的。
表示由于环境温度以外的原因而未达到电流最大值的电流。
图7 : PTC接线图
在伏安特性中,电流的最大点被称为跳闸电流。
在图7的电路中、
图8所示、在负载曲线a与PTC热敏电阻的伏安特性曲线交点A处稳定,作为简单的定值电阻工作。
在负载曲线b与伏安特性曲线的交点B处稳定。 也就是说,当大于跳闸电流的电流通过电路时,PTC热敏电阻的阻值增大,将电路电流衰减到小于跳闸电流的值,从而保护电源和负载。
图8 : I-V特性及负载曲线
PTC伏安特性图中的负载曲线,表示回路电阻的分压由于图7中PTC两端的电压增大而不断下降时流经回路的电流。
假设正常工作状态下电流为正常I,那么,电源电压E / 正常I = 正常回路电阻。
假设异常时电流为异常I,那么,电源电压E / 异常I = 异常回路电阻。
在上述电路电阻上施加电压将导致图9中所示的结果。
图9 : 电路电阻的I-V特性
根据定义,若将横轴改为“PTC处的压降=电源电压-电路电阻处的压降”,纵横轴均以对数表示,则特性如图11所示。
PTC热敏电阻的跳闸电流因环境温度、阻值、温度特性、形状等因素而异。跳闸电流上限以上的电流区域称为跳闸电流区域,下限以下的电流范围称为保持电流区域,上下限之间的电流区域称为保护电流变动范围。 如果电路电流小于保持电流,PTC热敏电阻作为一个简单的固定电阻工作,但当电流大于跳闸电流时,电阻值增加以执行保护操作。
根据热平衡式电能 = 热能
同一元件的D和R相同,将Ia与环境温度为25°C时的跳闸电流相比,
若居里点为120°C,在环境温度条件为6060°C及−10°C时,分别计算得出 :
→ 25°C跳闸电流的0.795倍
→ 25°C跳闸电流的1.17倍
图13 : 保护电流变动范围
PTC热敏电阻跳闸时的元件温度可以根据动作曲线估算出来。
工作曲线的绘制方法
在装置的使用环境下施加异常电压,此时测量实际的电流及元件温度,并确认散热常数。 (由于贴片型PTC的散热常数随实装状态而变化,这项确认环节是必要的。)
任意设定元件的发热温度,用下式计算电阻值。 Rx=(异常电压)2/(散热常数 ×(元件发热温度−环境温度))
该点表示PTC在异常电压下跳闸后的元件温度。
图14 : R-T特性和动作曲线
表示施加的电压在电流最大点右侧时,内部发热与向外散热达到平衡状态之前的电流与时间的关系。
图15 : 施加过跳闸电流时的工作时间
随着施加电压(电流)的增加,瞬时功耗增加,达到热平衡所需的时间缩短。
定义:突入电流降至1/2所花费的时间。
表示在工作温度范围内可以对PTC热敏电阻持续施加的电压 / 电流最大值。
表示在25°C的静止空气中,可以承受3分钟的电压。通过从0V逐渐升压至耐电压的方法确认。 耐电压随着元件厚度的增加和电极之间的距离的增加而增加。也就是说,晶粒越多耐电压越高。
介绍PTC热敏电阻的基本知识。
介绍了PTC热敏电阻的基本工作原理和典型应用。
介绍了PTC热敏电阻的居里点、静态特性、动态特性等基本特性。
介绍热敏电阻的种类和选择方法。
介绍PTC热敏电阻的典型用途和应用实例。
解释与热敏电阻相关的典型术语。
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