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(dāng)其溫度達(dá)到某一特定值時(shí)，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(guò)熱敏電阻時(shí)，有可能會(huì)將熱敏電阻的溫度升高到環(huán)境溫度以上。當(dāng)熱敏電阻自熱不可能被忽略時(shí)，有負(fù)載和無(wú)負(fù)載的熱敏電阻在性能上就會(huì)產(chǎn)生區(qū)別。我們稱無(wú)負(fù)載條件下熱敏電阻的特征為零功率特性。2.1無(wú)負(fù)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(cè)量得到的，并且測(cè)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(gè)數(shù)量級(jí)），

2、圖中的電阻用其對(duì)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T(mén)N時(shí)測(cè)得的阻值。PTC熱敏電阻正是由額定零功率電阻值來(lái)確定分類的。TN一般表示的是25。 最小電阻值Rmin當(dāng)溫度達(dá)到TRmin時(shí)，PTC的正溫度系數(shù)特性就開(kāi)始表現(xiàn)出來(lái)。該溫度下的阻值即為Rmin。它是PTC熱敏電阻可以達(dá)到的最小值。2.1.4 開(kāi)關(guān)溫度TRef和對(duì)應(yīng)的電阻值RRef開(kāi)關(guān)溫度對(duì)熱敏電阻的實(shí)際應(yīng)用十分重要，它大致與鐵電的居里溫度點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，當(dāng)溫度達(dá)到開(kāi)關(guān)溫度TRef時(shí)，電阻值開(kāi)始急劇躍升。我們定義使PTC熱敏電阻的零功率電阻值達(dá)到兩倍的Rmin時(shí)的溫度為開(kāi)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(jì)算公式為：值對(duì)于功能應(yīng)用非常重要，它只取決與PTC熱敏電阻個(gè)體的阻溫特性曲線中電阻值開(kāi)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(dāng)電流經(jīng)過(guò)熱敏電阻時(shí)，能量的耗散會(huì)產(chǎn)生或多或少的熱量。這種自熱效應(yīng)取決于負(fù)載，材料的耗散，由此，整個(gè)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(shí)間后與外界溫度達(dá)到熱平衡時(shí)，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(duì)PTC熱敏電阻負(fù)載工作時(shí)特征的描述比阻溫曲線圖要準(zhǔn)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(shí)電流與電壓的關(guān)系。見(jiàn)圖2圖2/ Figure 22.2.3 不動(dòng)作電流IN和動(dòng)作電流IS在PTC熱敏電阻用于過(guò)流保護(hù)時(shí)，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(dòng)作電流IN和動(dòng)作電流IS。不動(dòng)作電流IN：當(dāng)電流值IN時(shí)，PTC熱敏電阻能夠穩(wěn)定地維持在低阻值狀態(tài)；動(dòng)作電流IS：當(dāng)電流值IS時(shí)，PTC熱敏電阻將進(jìn)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(shí)間后電路達(dá)到熱平衡時(shí)的電流。2.2.5最大不動(dòng)作電流和最小動(dòng)作電流PTC熱敏電阻通電時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為熱能.。最

5、大不動(dòng)作電流和最小動(dòng)作電流以及最大工作電壓等共同決定了PTC熱敏電阻在負(fù)載時(shí)回路中電流保持較大值的時(shí)間長(zhǎng)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(shí)間和溫度條件下，PTC熱敏電阻能承受的最大電壓，超過(guò)這個(gè)電壓，熱敏電阻將被擊穿。2.2.7恢復(fù)時(shí)間tS恢復(fù)時(shí)間tS是指25外界溫度時(shí)，PTC熱敏電阻在電路通電一段時(shí)間后，從斷開(kāi)電源時(shí)PTC阻值降到PTC零功率電阻值兩倍所用的時(shí)間。2.2.8最大開(kāi)關(guān)電壓VSmax最大開(kāi)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(duì)通訊器材的過(guò)流保護(hù)）。第二部分 產(chǎn)品應(yīng)用1.1過(guò)流保護(hù)類熱敏電阻陶瓷PTC熱敏電阻被用來(lái)替代傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲保護(hù)電動(dòng)機(jī)、變壓器等負(fù)載或電路的過(guò)流保護(hù)。它不僅能對(duì)電路不能承受的異常電流起保護(hù)作用，還可以對(duì)超過(guò)設(shè)定溫度的情形起保護(hù)。熱敏電阻通過(guò)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(xiǎn)絲相比，熱敏電阻不需要在保護(hù)作用完成后被更換，而是能夠在短時(shí)間內(nèi)冷卻并立即繼續(xù)起保護(hù)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(guò)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(guò)流狀態(tài)下PTC熱敏電阻圖

7、4表述了一個(gè)PTC保險(xiǎn)絲的兩種工作狀況。在額定工作條件下，PTC阻值維持在低點(diǎn)（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(fù)載電流減小到可承受的低點(diǎn)（工作點(diǎn)A2）,此時(shí)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(hù)作用，直到異常情況被消除。PTC熱敏電阻用于過(guò)流保護(hù)時(shí)的工作狀況a) 不動(dòng)作狀態(tài)b) 動(dòng)作狀態(tài)RL 負(fù)載電阻IS 動(dòng)作電流值IR 不動(dòng)做電流圖41.1. 2不動(dòng)作電流IN的設(shè)計(jì)不動(dòng)作電流是決定PTC熱敏電阻工作情況和選擇PTC保險(xiǎn)絲的一項(xiàng)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(dòng)作電流。通過(guò)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(dòng)作電流值（如圖5）。通過(guò)降低環(huán)境溫度也可以使獲得更高的不動(dòng)作電流。制造廠家通過(guò)增大PTC電阻的表面積和減小其厚度來(lái)增強(qiáng)熱敏電阻的散熱性能。使用者可以通過(guò)增加或改善封裝結(jié)構(gòu)或材料來(lái)提升熱敏電阻的耗散性能（如使用散熱片）。另一個(gè)影響不作電流值的因素是PTC電阻本身的阻值。為了使動(dòng)作電流與不動(dòng)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(shí)際中電阻值偏差允許在25以內(nèi)的范圍。這樣，即使不動(dòng)作電流和動(dòng)作電流只有較小差值的情況下，PTC電阻也可以起到保護(hù)作用。PTC熱敏電阻工作時(shí)的

9、外界溫度也對(duì)不動(dòng)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(dá)到其居里溫度而發(fā)生阻值躍升，低溫會(huì)導(dǎo)致相反的效果。圖5 圖6圖6在給定PTC電阻值和不動(dòng)作電流下，不動(dòng)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(dòng)作時(shí)間與動(dòng)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(guò)流保護(hù)裝置要求的動(dòng)作時(shí)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(jì)），根據(jù)R/T特性，熱敏電阻溫度上升到居里溫度點(diǎn)以上的時(shí)間，就稱為動(dòng)作時(shí)間。動(dòng)作時(shí)

10、間與動(dòng)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(dòng)作電流IS與動(dòng)作時(shí)間ts的關(guān)系(在靜止空氣、25條件下測(cè)試)圖7/ Figure 71.1. 4選擇的標(biāo)準(zhǔn)在將PTC熱敏電阻用于過(guò)流保護(hù)的電路中時(shí)，請(qǐng)注意以下內(nèi)容：最大工作電壓PTC熱敏電阻與負(fù)載電阻串聯(lián)情況下，當(dāng)電路處于正常工作時(shí)，加在PTC上的電壓只有電路總電壓的一小部分。當(dāng)PTC阻值躍升時(shí)，它幾乎將承受整個(gè)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(dòng)作電流和動(dòng)作電流下一個(gè)步驟是在不同的電壓條件下，尋求PTC熱敏電阻的最大不動(dòng)作電流。在此，有必要在最嚴(yán)厲的條件下進(jìn)行測(cè)試，因?yàn)?/p>

11、不動(dòng)作電流和動(dòng)作電流是隨外界環(huán)境而變化的。對(duì)于不動(dòng)作電流，需要在高溫環(huán)境下測(cè)量，而對(duì)于動(dòng)作電流，則需要在低溫環(huán)境下測(cè)量。最大工作電壓下的最大工作電流當(dāng)考慮到PTC熱敏電阻的工作環(huán)境時(shí)，必須測(cè)試當(dāng)它承受最大工作電流時(shí)的能力。這項(xiàng)測(cè)試主要針對(duì)電路短路情形中PTC是否還可以對(duì)負(fù)載保護(hù)。在實(shí)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(shí)有這種危險(xiǎn)，如：頻繁的短路，就可以在電路中串上多個(gè)PTC熱敏電阻來(lái)消除破壞。使用條件說(shuō)明對(duì)PTC熱敏電阻進(jìn)行清洗時(shí)，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(guò)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(hù)。下面的圖8是對(duì)變壓器進(jìn)行保護(hù)的簡(jiǎn)單線路圖。圖8應(yīng)用舉例1.2 PTC熱敏電阻對(duì)通訊器保護(hù)的應(yīng)用PTC熱敏電阻對(duì)通訊器的保護(hù)應(yīng)用是其過(guò)流保護(hù)功能的特例。電話線路的過(guò)壓和過(guò)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(lái)保護(hù)通訊設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)與其用在過(guò)流保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)基本相同，另外應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。1.2. 1工作電流和溫度PTC熱敏電阻主要用于保護(hù)開(kāi)關(guān)設(shè)備與其他電力線路的連接（電力搭接）或通過(guò)其他相鄰線路內(nèi)短時(shí)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(dòng)作電流應(yīng)盡可能小，以便對(duì)超載電流迅速作出反應(yīng)。正常工作溫度的情況下，不動(dòng)作電流應(yīng)該比動(dòng)作電流稍微高一點(diǎn)。在此，應(yīng)該考慮到外界溫度對(duì)不動(dòng)作電流的影響。1.2.2持續(xù)動(dòng)作電壓等級(jí)通電時(shí)間是一項(xiàng)經(jīng)常被忽視的問(wèn)題。由于電路問(wèn)題，PTC熱敏電阻可能將在長(zhǎng)時(shí)間處于高壓和高阻值狀態(tài)。高理PTC通訊保護(hù)類熱敏電阻能達(dá)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(guò)在短時(shí)間內(nèi)減小通過(guò)消磁線圈的交變電流值對(duì)彩色顯示管進(jìn)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(shí)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(shí)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(jī)和純平顯示器的消磁功能創(chuàng)造（參見(jiàn)圖11）。這種設(shè)計(jì)可使工作功耗和生產(chǎn)成本同時(shí)降低。圖111. 4馬達(dá)啟動(dòng)類熱敏電阻單相電動(dòng)機(jī)（如：空調(diào)和電冰箱里的壓縮機(jī)）在輔助線圈于啟動(dòng)階段工作后就可以有效地啟動(dòng)。輔助線圈在此后會(huì)被切斷電流。PTC啟動(dòng)用熱敏電阻正

15、是為此而創(chuàng)造。當(dāng)高電壓作用在PTC熱敏電阻上時(shí)，強(qiáng)大的電流引起PTC發(fā)熱，并最終減小電流。啟動(dòng)階段會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)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(huì)隨時(shí)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(rèn)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(diǎn)溫度時(shí)，散熱條件良好時(shí)，熱敏電阻阻值很低，相應(yīng)的，其消耗的熱功耗相對(duì)較大。反之，則熱敏電阻消耗的功率相對(duì)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(guò)熱保護(hù)器一樣具有自動(dòng)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(huì)被要求在無(wú)串阻條件下通過(guò)一項(xiàng)最大電壓值測(cè)試，測(cè)試參數(shù)見(jiàn)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(qiáng)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(duì)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(yǔ)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(shuō)明另一溫度。最小阻值（Rmin）：是指從常溫25開(kāi)始，溫度曲線系列所對(duì)應(yīng)的最小電阻值，此時(shí)Rmin所對(duì)應(yīng)的溫度為T(mén)min。開(kāi)關(guān)溫度(Tc)：當(dāng)阻值開(kāi)始呈現(xiàn)階躍性增加時(shí)的溫度為開(kāi)關(guān)溫度，即當(dāng)阻值升至2倍最小電阻值（Rmin）時(shí)所對(duì)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(guò)PTC熱敏電阻器的最大電流。不動(dòng)作電流(Int)：不動(dòng)作電流即額定電流或保持電流，指在規(guī)定的時(shí)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(dòng)作電流(It)：指在規(guī)定的時(shí)間和溫度條件下，使PTC熱敏電阻器阻值呈階躍型增加時(shí)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(shí)間和溫度條件下， PTC熱敏電阻器能承受的最大電壓，超過(guò)這個(gè)電壓，PTC熱敏電阻器將擊穿。熱時(shí)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(shí)所需的時(shí)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(duì)