Basiskennis van PTC

PTC is een afkorting voor Positive Temperature Coefficient en verwijst doorgaans naar halfgeleidermaterialen of componenten met een grote positieve temperatuurcoëfficiënt. Als we het over PTC hebben, bedoelen we meestal thermistors met positieve temperatuurcoëfficiënt, algemeen bekend als PTC-thermistors. PTC-thermistors zijn een soort halfgeleiderweerstand met temperatuurgevoeligheid, en wanneer de temperatuur een bepaalde drempel (Curie-temperatuur) overschrijdt, neemt hun weerstand abrupt toe naarmate de temperatuur stijgt.

Keramische materialen worden vaak gebruikt als uitstekende isolatoren met hoge weerstand. Keramische PTC-thermistors zijn gemaakt met bariumtitanaat als basis en gedoteerd met andere polykristallijne keramische materialen, wat resulteert in lagere weerstands- en halfgeleidereigenschappen. Dit wordt bereikt door het opzettelijk doteren van een chemisch element met een hogere valentie als roosterpunt van het kristal. Een deel van de bariumionen of titanaationen in het rooster wordt vervangen door de hogere valentie-ionen, waardoor een bepaald aantal vrije elektronen ontstaat die bijdragen aan de elektrische geleidbaarheid.

De reden voor het PTC-effect (Positive Temperature Coefficient), dat wil zeggen de abrupte toename van de weerstand, ligt in de organisatie van het materiaal, die uit veel kleine microkristallen bestaat. Op de grensvlakken van deze kristallen, bekend als korrelgrenzen, worden barrières gevormd die de beweging van elektronen naar aangrenzende gebieden belemmeren. Hierdoor wordt de weerstand hoog. Dit effect wordt bij lage temperaturen gecompenseerd door de hoge diëlektrische constante en de spontane polarisatiesterkte aan de korrelgrenzen, die de vorming van barrières voorkomen en ervoor zorgen dat elektronen vrij kunnen stromen. Bij hoge temperaturen nemen de diëlektrische constante en de polarisatiesterkte echter aanzienlijk af, waardoor de barrières en weerstand scherp toenemen, wat een sterk PTC-effect vertoont.

Wegen en mengen: De materialen, zoals bariumcarbonaat, titaniumdioxide en andere additieven, worden nauwkeurig gewogen en gemengd om de vereiste elektrische en thermische eigenschappen te bereiken.

1. Nat malen: Het mengsel ondergaat nat malen om een ​​uniforme pasta te vormen.

2. Uitdrogen en drogen: De pasta wordt vervolgens gedehydrateerd en gedroogd om overtollig vocht te verwijderen.

3. Droogpersen: Het gedroogde materiaal wordt drooggeperst in verschillende vormen, zoals schijven, rechthoeken, ringen of honingraatstructuren.

4. Sinteren: De geperste plano's worden bij hoge temperatuur (rond 1400 graden) gesinterd om keramische componenten te vormen.

5. Aanbrengen van elektroden: Elektroden worden op het oppervlak van de keramische componenten aangebracht om ze geleidend te maken.

6. Sortering van weerstand: De componenten ondergaan weerstandssortering om ze te classificeren op basis van hun weerstandswaarden.

7. Wire Bonding: Afhankelijk van de structuur van het eindproduct wordt wire bonding uitgevoerd om de componenten met elkaar te verbinden.

8. Isolatie Inkapseling: De componenten zijn ter bescherming ingesloten in isolatiemateriaal.

9. Montage: De componenten worden gemonteerd en eventueel in beschermkasten geplaatst.

10. Bestand tegen spanningstests: De geassembleerde PTC-thermistors ondergaan spanningstests om hun elektrische veiligheid te garanderen.

11. Weerstandstesten: De weerstand van de PTC-thermistors wordt gecontroleerd om hun prestaties te verifiëren.

12. Eindtesten: Er worden uitgebreide tests uitgevoerd om de algehele functionaliteit van de PTC-thermistors te evalueren.

13. Verpakking: De geteste en goedgekeurde PTC-thermistors zijn verpakt voor verzending.

14. Opslag: De verpakte PTC-thermistors worden in een geschikte omgeving opgeslagen totdat ze worden gedistribueerd of in verschillende toepassingen worden gebruikt.

PTC-thermistors vertonen een temperatuurafhankelijke relatie tussen weerstand en temperatuur, algemeen bekend als de Resistance-Temperature (RT)-karakteristiek. De RT-karakteristiek beschrijft de afhankelijkheid van de nulvermogensweerstand van de PTC-thermistor van zijn temperatuur, onder een gespecificeerde spanning.

De nulvermogensweerstand verwijst naar de weerstandswaarde van de PTC-thermistor wanneer gemeten bij een bepaalde temperatuur, met een zeer laag toegepast vermogen, zo laag dat de weerstandsverandering veroorzaakt door de vermogensdissipatie kan worden verwaarloosd. De nominale nulvermogenweerstand vertegenwoordigt de waarde gemeten bij een omgevingstemperatuur van 25 graden.

 

 

 

• Rmin: minimale weerstand

• Tmin: Temperatuur in Rmin

• Rtc: 2 keer Rmin

• Tc:

De belangrijkste parameter die de kwaliteit van de RT-karakteristiek karakteriseert, is de temperatuurcoëfficiënt ( ), die de steilheid van de RT-curve weerspiegelt. Een hogere temperatuurcoëfficiënt ( ) geeft aan dat de PTC-thermistor gevoeliger is voor temperatuurveranderingen, wat resulteert in een meer uitgesproken PTC-effect. Met andere woorden: een hogere temperatuurcoëfficiënt betekent betere prestaties en een langere levensduur voor de PTC-thermistor.

De temperatuurcoëfficiënt ( ) van een PTC-thermistor wordt gedefinieerd als de relatieve verandering in weerstand veroorzaakt door een temperatuurverandering. Het kan worden berekend met de formule:=(log(R2) - log(R1)) / (T2 - T1)

Gewoonlijk wordt T1 genomen als Tc + 15 graad en T2 als Tc + 25 graad, waarbij Tc de Curietemperatuur van de PTC-thermistor is.

 

VI Kenmerk

 

De spanning-stroom (VI)-karakteristiek, ook bekend als de stroom-spanningskarakteristiek of eenvoudigweg de VI-karakteristiek, illustreert de onderlinge afhankelijkheid tussen spanning en stroom in een PTC-thermistor wanneer deze onder elektrische belasting een thermisch evenwicht bereikt.

 

 

 

• Ik: bedrijfsstroom bij aangelegde spanning Vk

• Ir: Reststroom wanneer Vmax wordt toegepast

• Vmax: Maximale spanning

• VN: Normale spanning

• VD: Doorslagspanning

De VI-karakteristiek van een PTC-thermistor kan over het algemeen in drie gebieden worden verdeeld:

Lineair gebied (0-Vk): In dit gebied volgt de relatie tussen spanning en stroom de wet van Ohm en is er geen significante niet-lineaire variatie. Het is ook bekend als het niet-actiegebied omdat de PTC-thermistor geen merkbare veranderingen in zijn weerstand vertoont.

Overgangsgebied (Vk-Vmax): In dit gebied, bekend als het overgangs- of schakelgebied, ondergaat de weerstand van de PTC-thermistor een snelle verandering als gevolg van zelfverhitting. Naarmate de spanning toeneemt, neemt de stroom af, wat ertoe leidt dat de PTC-thermistor overschakelt van een toestand met lage weerstand naar een toestand met hoge weerstand. Deze regio wordt ook wel de actieregio genoemd.

Doorslaggebied (VD en hoger): In dit gebied, bekend als het doorslag- of uitschakelgebied, neemt de stroom toe met een toename van de spanning. De weerstand van de PTC-thermistor vertoont een exponentiële afname, wat resulteert in hogere stromen bij hogere spanningen. Als gevolg hiervan stijgt de temperatuur van de PTC-thermistor, wat leidt tot een verdere afname van de weerstand. Uiteindelijk kan dit een thermische storing of uitschakeling van de PTC-thermistor veroorzaken.

De VI-karakteristiek is een belangrijke referentie voor overstroombeveiliging door PTC-thermistors. Het helpt bij het bepalen van het gedrag van de thermistor onder verschillende spannings- en stroomomstandigheden, waardoor een effectieve bescherming tegen overmatige stroomsterkte wordt gegarandeerd.

Current-Time Characteristic verwijst naar de eigenschap van een PTC-thermistor waarbij de stroom in de loop van de tijd verandert tijdens het aanleggen van spanning.

Wanneer er aanvankelijk spanning wordt aangelegd op de PTC-thermistor, wordt de stroom op dat moment de startstroom genoemd. Wanneer de PTC-thermistor een thermisch evenwicht bereikt, wordt de resterende stroom de reststroom genoemd.

Wanneer bij een bepaalde omgevingstemperatuur een initiële stroom (waarbij wordt verzekerd dat dit de bedrijfsstroom is) wordt toegepast op de PTC-thermistor, wordt de tijd die nodig is voordat de stroom afneemt tot 50% van de startstroom de responstijd of responstijdconstante genoemd. De stroom-tijdkarakteristiek is een belangrijke referentie voor verschillende toepassingen van PTC-thermistors, zoals automatische demagnetisatie, vertraagde opstart en overbelastingsbeveiliging.