熱敏電阻概述

1、PTC ThermistorsData Book 2006第一部分PTC熱敏電阻概述1定義PTC熱敏電阻是一種當其溫度達到某一特定值時，電阻急劇上升的以BaCO3為主要原料的陶瓷元件。2特性電流經(jīng)過熱敏電阻時，有可能會將熱敏電阻的溫度升高到環(huán)境溫度以上。當熱敏電阻自熱不可能被忽略時，有負載和無負載的熱敏電阻在性能上就會產(chǎn)生區(qū)別。我們稱無負載條件下熱敏電阻的特征為零功率特性。2.1無負載PTC熱敏電阻的相關(guān)特性2.1.1溫度電阻特性零功率電阻值是在某一特定溫度T下測量得到的，并且測量系統(tǒng)所產(chǎn)生的功耗不引起熱敏電阻值的變化。圖1零功率電阻值與溫度的典型關(guān)系。由于電阻值的突然劇增（以37個數(shù)量級），

2、圖中的電阻用其對數(shù)值表示。 圖1 /Figure 12.1.2 額定零功率電阻值RN額定零功率電阻值RN是在溫度為TN時測得的阻值。PTC熱敏電阻正是由額定零功率電阻值來確定分類的。TN一般表示的是25。 最小電阻值Rmin當溫度達到TRmin時，PTC的正溫度系數(shù)特性就開始表現(xiàn)出來。該溫度下的阻值即為Rmin。它是PTC熱敏電阻可以達到的最小值。2.1.4 開關(guān)溫度TRef和對應(yīng)的電阻值RRef開關(guān)溫度對熱敏電阻的實際應(yīng)用十分重要，它大致與鐵電的居里溫度點相對應(yīng)，當溫度達到開關(guān)溫度TRef時，電阻值開始急劇躍升。我們定義使PTC熱敏電阻的零功率電阻值達到兩倍的Rmin時的溫度為開關(guān)溫度TRe

3、f。2.1.5 溫度系數(shù)溫度系數(shù)表示熱敏電阻溫度每變化1，其電阻值的變化率，計算公式為：值對于功能應(yīng)用非常重要，它只取決與PTC熱敏電阻個體的阻溫特性曲線中電阻值開始急劇躍升的區(qū)域。2.2加載狀態(tài)下PTC熱敏電阻的特性當電流經(jīng)過熱敏電阻時，能量的耗散會產(chǎn)生或多或少的熱量。這種自熱效應(yīng)取決于負載，材料的耗散，由此，整個熱敏電阻的功耗可以由以下公式得出：2.2.1表面溫度TsufTsuf是熱敏電阻在一定電壓下工作一段時間后與外界溫度達到熱平衡時，PTC熱敏電阻自身的表面溫度。2.2.2電流電壓特性電流電壓特性圖對PTC熱敏電阻負載工作時特征的描述比阻溫曲線圖要準確。I/V特性圖闡述的是靜止氣流的2

4、5條件下，熱敏電阻在電路中應(yīng)用時電流與電壓的關(guān)系。見圖2圖2/ Figure 22.2.3 不動作電流IN和動作電流IS在PTC熱敏電阻用于過流保護時，電阻值能夠維持低阻狀態(tài)的電流和使熱敏電阻阻值躍升到高阻狀態(tài)的電流是我們應(yīng)該知道的。因此，我們將定義不動作電流IN和動作電流IS。不動作電流IN：當電流值IN時，PTC熱敏電阻能夠穩(wěn)定地維持在低阻值狀態(tài)；動作電流IS：當電流值IS時，PTC熱敏電阻將進入高阻值狀態(tài)。2.2.4殘余電流Ir殘余電流Ir是在PTC熱敏電阻最大工作電壓下工作一段時間后電路達到熱平衡時的電流。2.2.5最大不動作電流和最小動作電流PTC熱敏電阻通電時，電能轉(zhuǎn)化為熱能.。最

5、大不動作電流和最小動作電流以及最大工作電壓等共同決定了PTC熱敏電阻在負載時回路中電流保持較大值的時間長短。2.2.6最大工作電壓Vmax，額定電壓VN，和擊穿電壓VBD最大工作電壓Vmax是在最高允許環(huán)境溫度下，PTC熱敏電阻能持續(xù)承受的最大電壓。額定電壓VN指熱敏電阻正常工作的電壓。擊穿電壓是指在規(guī)定的時間和溫度條件下，PTC熱敏電阻能承受的最大電壓，超過這個電壓，熱敏電阻將被擊穿。2.2.7恢復(fù)時間tS恢復(fù)時間tS是指25外界溫度時，PTC熱敏電阻在電路通電一段時間后，從斷開電源時PTC阻值降到PTC零功率電阻值兩倍所用的時間。2.2.8最大開關(guān)電壓VSmax最大開關(guān)電壓VSmax是使P

6、TC熱敏電阻持續(xù)維持在高阻值狀態(tài)下的最大電壓值（針對通訊器材的過流保護）。第二部分 產(chǎn)品應(yīng)用1.1過流保護類熱敏電阻陶瓷PTC熱敏電阻被用來替代傳統(tǒng)保險絲保護電動機、變壓器等負載或電路的過流保護。它不僅能對電路不能承受的異常電流起保護作用，還可以對超過設(shè)定溫度的情形起保護。熱敏電阻通過增大它的阻值將電路中的電流降到設(shè)備所能承受的大小，從而消除隱患。與傳統(tǒng)保險絲相比，熱敏電阻不需要在保護作用完成后被更換，而是能夠在短時間內(nèi)冷卻并立即繼續(xù)起保護作用。 與高分子PTC熱敏電阻相比較，陶瓷PTC熱敏電阻在經(jīng)過頻繁的熱冷循環(huán)后還能夠恢復(fù)到其初始阻值，而高分子則不能。1.1.1 過流狀態(tài)下PTC熱敏電阻圖

7、4表述了一個PTC保險絲的兩種工作狀況。在額定工作條件下，PTC阻值維持在低點（工作電A1）。在超載或短路情形下，加在PTC上的能量極大，導(dǎo)致其升溫使阻值躍升，并將負載電流減小到可承受的低點（工作點A2）,此時電壓絕大部分均施加在PTC熱敏電阻上，持續(xù)的大電流可以使PTC維持在高阻值狀態(tài)并確保其保護作用，直到異常情況被消除。PTC熱敏電阻用于過流保護時的工作狀況a) 不動作狀態(tài)b) 動作狀態(tài)RL 負載電阻IS 動作電流值IR 不動做電流圖41.1. 2不動作電流IN的設(shè)計不動作電流是決定PTC熱敏電阻工作情況和選擇PTC保險絲的一項重要參數(shù)它主要取決于：PTC尺寸或面積PTC居里溫度PTC零功

8、率阻值PTC耗散系數(shù)我們往往需要較高的不動作電流。通過增大熱敏電阻的面積或提高其居里溫度，可以使電阻獲得更高的不動作電流值（如圖5）。通過降低環(huán)境溫度也可以使獲得更高的不動作電流。制造廠家通過增大PTC電阻的表面積和減小其厚度來增強熱敏電阻的散熱性能。使用者可以通過增加或改善封裝結(jié)構(gòu)或材料來提升熱敏電阻的耗散性能（如使用散熱片）。另一個影響不作電流值的因素是PTC電阻本身的阻值。為了使動作電流與不動作電流的差值最小化，PTC熱敏電阻的阻值偏差范圍應(yīng)較小。實際中電阻值偏差允許在25以內(nèi)的范圍。這樣，即使不動作電流和動作電流只有較小差值的情況下，PTC電阻也可以起到保護作用。PTC熱敏電阻工作時的

9、外界溫度也對不動作電流值有影響。圖6表述了這種關(guān)系，外界溫度的升高可以使PTC熱敏電阻在較低功耗下就達到其居里溫度而發(fā)生阻值躍升，低溫會導(dǎo)致相反的效果。圖5 圖6圖6在給定PTC電阻值和不動作電流下，不動作電流與環(huán)境溫度的關(guān)系，施加不等電壓的效果 ( Tref1 Tref2 Tref3 )1.1. 3動作時間與動作電流PTC熱敏電阻的溫度系數(shù)取決于其鈦酸鹽材料的發(fā)熱能力，大概有3Ws/cm3。過流保護裝置要求的動作時間較短，通常小于5秒，假設(shè)幾乎全部的電路熱耗都作用于陶瓷體上（PTC表面的熱耗散和導(dǎo)線電阻忽略不計），根據(jù)R/T特性，熱敏電阻溫度上升到居里溫度點以上的時間，就稱為動作時間。動作時

10、間與動作電流的關(guān)系就如圖7中的效果。圖7給出一些PTC熱敏電阻的動作電流IS與動作時間ts的關(guān)系(在靜止空氣、25條件下測試)圖7/ Figure 71.1. 4選擇的標準在將PTC熱敏電阻用于過流保護的電路中時，請注意以下內(nèi)容：最大工作電壓PTC熱敏電阻與負載電阻串聯(lián)情況下，當電路處于正常工作時，加在PTC上的電壓只有電路總電壓的一小部分。當PTC阻值躍升時，它幾乎將承受整個回路的電壓。因此，熱敏電阻的最大工作電壓應(yīng)該足夠高。電壓源的允許可變范圍也應(yīng)該被考慮在內(nèi)。不動作電流和動作電流下一個步驟是在不同的電壓條件下，尋求PTC熱敏電阻的最大不動作電流。在此，有必要在最嚴厲的條件下進行測試，因為

11、不動作電流和動作電流是隨外界環(huán)境而變化的。對于不動作電流，需要在高溫環(huán)境下測量，而對于動作電流，則需要在低溫環(huán)境下測量。最大工作電壓下的最大工作電流當考慮到PTC熱敏電阻的工作環(huán)境時，必須測試當它承受最大工作電流時的能力。這項測試主要針對電路短路情形中PTC是否還可以對負載保護。在實際工作條件下，應(yīng)盡量避免將最大的電流施加在PTC熱敏電阻之上。但如果確實有這種危險，如：頻繁的短路，就可以在電路中串上多個PTC熱敏電阻來消除破壞。使用條件說明對PTC熱敏電阻進行清洗時，如果使用本資料描述的方法以外的其他方式（如：用異丙基醇），須特別小心鈦酸鋇陶瓷被還原導(dǎo)致PTC效應(yīng)下降，以及由于灌注造成的導(dǎo)熱條

12、件的變化，都可能導(dǎo)致PTC熱敏電阻局部過熱而損壞。1.1. 5電路結(jié)構(gòu)PTC熱敏電阻能夠用于多種電路保護。下面的圖8是對變壓器進行保護的簡單線路圖。圖8應(yīng)用舉例1.2 PTC熱敏電阻對通訊器保護的應(yīng)用PTC熱敏電阻對通訊器的保護應(yīng)用是其過流保護功能的特例。電話線路的過壓和過流可由直接雷擊、由于電線和電話線直接搭接或兩者的相互干擾等引起的浪涌而形成。選擇PTC熱敏電阻用來保護通訊設(shè)備的標準與其用在過流保護的標準基本相同，另外應(yīng)注意以下幾點。1.2. 1工作電流和溫度PTC熱敏電阻主要用于保護開關(guān)設(shè)備與其他電力線路的連接（電力搭接）或通過其他相鄰線路內(nèi)短時間的衰減浪涌電流和低電壓。原因很明顯，通訊

13、設(shè)備下PTC電阻的不動作電流應(yīng)盡可能小，以便對超載電流迅速作出反應(yīng)。正常工作溫度的情況下，不動作電流應(yīng)該比動作電流稍微高一點。在此，應(yīng)該考慮到外界溫度對不動作電流的影響。1.2.2持續(xù)動作電壓等級通電時間是一項經(jīng)常被忽視的問題。由于電路問題，PTC熱敏電阻可能將在長時間處于高壓和高阻值狀態(tài)。高理PTC通訊保護類熱敏電阻能達到270VAC的最大工作電壓，并且可在此條件下持續(xù)工作。1. 3消磁類熱敏電阻PTC熱敏電阻通過在短時間內(nèi)減小通過消磁線圈的交變電流值對彩色顯示管進行消磁。突入電流和殘余電流的差值大小是衡量消磁器優(yōu)劣的關(guān)鍵因素。高理提供包封式和殼體式的用于消磁的PTC熱敏電阻。殼體式又分為單

14、片型、正付雙片型和雙正片并聯(lián)型。正付雙片型的PTC熱敏電阻中，付片用于給與消磁線圈串聯(lián)的正片加熱（如圖10）。與單片型的PTC相比，這種結(jié)構(gòu)下的殘余電流要減小得更多。It圖9-1 MZ72型消磁回路電流隨通電時間變化的曲線L正片K圖9付片正片K圖10 LtI圖10-1 MZ73型消磁回路電流隨通電時間變化的曲線雙正片并聯(lián)型PTC熱敏電阻專為純平電視機和純平顯示器的消磁功能創(chuàng)造（參見圖11）。這種設(shè)計可使工作功耗和生產(chǎn)成本同時降低。圖111. 4馬達啟動類熱敏電阻單相電動機（如：空調(diào)和電冰箱里的壓縮機）在輔助線圈于啟動階段工作后就可以有效地啟動。輔助線圈在此后會被切斷電流。PTC啟動用熱敏電阻正

15、是為此而創(chuàng)造。當高電壓作用在PTC熱敏電阻上時，強大的電流引起PTC發(fā)熱，并最終減小電流。啟動階段會產(chǎn)生強大的電流流經(jīng)線圈，然而隨著線路電阻值的躍升，流經(jīng)輔助線圈的殘余電流會隨時間變得很小應(yīng)用舉例UC3KPTCIPMMDCWVLDC1C2RSIR TypeResistance-split-phase start motort motorRSCR TypeCapacitor-driveCSR TypeCapacitor-start-driveCSIR TypeCapacitor-start motor1.5 發(fā)熱類熱敏電阻由于PTC熱敏電阻的R/T特性，PTC熱敏電阻被認為是一種理想的發(fā)熱元件。

16、正阻溫特性使電熱功耗隨著環(huán)境溫度的變化而調(diào)節(jié)。在外界溫度大大低于其居里點溫度時，散熱條件良好時，熱敏電阻阻值很低，相應(yīng)的，其消耗的熱功耗相對較大。反之，則熱敏電阻消耗的功率相對較低。正是由于本身具有的這些特性，以PTC熱敏電阻制成的發(fā)熱裝置能夠象由其制成的過熱保護器一樣具有自動調(diào)節(jié)的性能。因此，PTC熱敏電阻發(fā)熱元件可用于儀表儀器和空調(diào)輔助加熱電路而被牢固地封裝的設(shè)備。在PTC熱敏電阻用于發(fā)熱體的應(yīng)用中，會被要求在無串阻條件下通過一項最大電壓值測試，測試參數(shù)見圖1。為了使電流盡量大，就需要盡量使PTC的電阻不發(fā)生躍升。這就需要將PTC熱敏電阻的厚度制得非常薄，以便增強其散熱功能。所以，PTC熱

17、敏電阻被置于散熱體內(nèi)以使其產(chǎn)生的熱量能最大限度的釋放到外界。這里，均勻的熱量吸收對增大PTC熱敏電阻的功率是非常有利的。PTC在電路中吸收的熱量全部發(fā)散的情況：公式：PTC熱敏電阻器專業(yè)術(shù)語阻溫特性：指的是在規(guī)定電壓下，PTC熱敏電阻器的零功率電阻值與電阻本體溫度之間的關(guān)系。額定零功率電阻值 (R25或Rn)：指的是在25條件下的零功率電阻，除非客戶特別說明另一溫度。最小阻值（Rmin）：是指從常溫25開始，溫度曲線系列所對應(yīng)的最小電阻值，此時Rmin所對應(yīng)的溫度為Tmin。開關(guān)溫度(Tc)：當阻值開始呈現(xiàn)階躍性增加時的溫度為開關(guān)溫度，即當阻值升至2倍最小電阻值（Rmin）時所對應(yīng)的溫度，也稱

18、居里溫度。最大工作電壓(Vmax)：在最高允許環(huán)境溫度下，PTC熱敏電阻器能持續(xù)承受的最大電壓。最大電流（Imax）：指在最大工作電壓下，允許通過PTC熱敏電阻器的最大電流。不動作電流(Int)：不動作電流即額定電流或保持電流，指在規(guī)定的時間和溫度條件下，不導(dǎo)致PTC熱敏電阻器呈現(xiàn)高阻態(tài)的最大電流。動作電流(It)：指在規(guī)定的時間和溫度條件下，使PTC熱敏電阻器阻值呈階躍型增加時的最小電流。最大電壓下的溫度范圍：PTC熱敏電阻器在最大電壓下仍能連續(xù)工作的環(huán)境溫度范圍。耗散系數(shù)（）： PTC熱敏電阻器中功率耗散的變化量與元件相應(yīng)溫度變化量之比，稱為耗散系數(shù)(mw/)。=P/（T-Tr）耐壓值：指在規(guī)定的時間和溫度條件下， PTC熱敏電阻器能承受的最大電壓，超過這個電壓，PTC熱敏電阻器將擊穿。熱時間常數(shù)（）：在靜止的空氣中，PTC熱敏電阻器從自身溫度變化到與環(huán)境溫度之差的63.2%時所需的時間。殘余電流(Ir)：指在最大工作電壓下，PTC熱敏電阻器阻值躍變后，熱平衡狀態(tài)下的電流。溫度系數(shù)（T）：可表示為：所以一般指R1、R2所對