PTC特性及应用

PTC特性及应用主要内容•PTC特性•电阻-温度特性•电压-电流特性•电流-时间特性•耐电压特性•热特性•PTC材料应用PTC特性•正温度系数(Positivetemperaturecoefficient简称PTC)现象是1950年荷兰菲利普公司的海曼（Haayman）首先发现的。在BaTiO3中掺入少量的稀土原料，使原来为介电性的材料变成为半导体陶瓷，这种半导体的电阻随温度的变化呈正温度系数的特性。•PTCR（PositiveTemperatureCoefficientResistant）热敏电阻陶瓷是一类具有正温度系数的半导体功能陶瓷。PTC在转变温度（Tc）之前，电阻随温度的升高而下降；温度从转变温度到设计最高温度之前，电阻随温度的升高而显著增长，这就是PTC效应。利用PTC效应，根据不同的温度系数，可以制造不同用途的PTC热敏陶瓷。PTC元件具有可靠性高、使用方便、安全、省电等优点。广泛应用于家用电器、电力设施、电子设备以及汽车行业等众多领域。•PTC元件的应用按其本身特性的应用分为三大类，即电阻----温度特性的应用、电流----时间特性的应用及电压----电流特性（伏安特性）的应用。电阻-温度特性•电阻—温度特性通常简称为阻—温特性（R—T特性），指在规定的电压下，PTC热敏电阻器的零功率电阻值与电阻体温度之间的关系。（如图1）。•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。标称零功率电阻，指在环境温度25℃条件下测得的零功率电阻值R25，也称额定零功率电阻值。•PTC热敏电阻器的阻温特性曲线一般画在单对数坐标纸上，线性横坐标表示温度，对数纵坐标表示电阻值。通常：Rn（R25）：表示额定零功率电阻，一般指在室温25℃时的零功率电阻值。Rmin：表示最小电阻值，即阻—温特性曲线上的电阻最小值，其相应温度为Tmin。Tb（Tc）：表示开关温度，也称居里温度，是指电阻值产生阶跃式增大时的温度。工程上一般规定为阻值增加到最小值两倍时的温度。电阻-温度特性（续）Rb（Rc）：表示开关电阻值，即开关温度对应的零功率电阻值；Rp：表示平衡点电阻值，也称最大工作电阻，是指在25℃的静止空气中，对PTC热敏电阻器施加最大工作电压Umax（热敏电阻器能够长期稳定工作在开关状态下的最大电压），当电阻体温度平衡时所具有的电阻值；Tp：表示平衡点温度，平衡点电阻值所对应的温度，也称最大工作温度。α系数：利用阻温特性可以求出电阻温度系数α=2.303*lg(R2-R1）/（T2-T1)。式中T1、T2：工作温度范围内间隔25℃（或更多）的两点温度（T1＞Tc）；R1、R2分别对应于T1、T2的两个零功率电阻值。β升阻比：β=lg（Rmax/Rmin）。式中Rmax、Rmin：分别对应于阻温特性曲线中的最大和最小零功率电阻值。图1：R-T曲线电压-电流特性•电压—电流特性通常简称为伏—安特性（V—I特性）。它展示了PTC热敏电阻在电气负载达到热平衡的情况下，电压与电流的相互依赖关系。即在25℃的静止空气中，加在热敏电阻器两引出端的电压与达到热平衡的稳态条件下的电流之间的关系。如图2）•PTC热敏电阻的伏—安特性大致可分为三个区域（如图2）：线性上升区-曲线区-NTC区，也称为线性区-跃变区-击穿区。•线性区：此间的电压和电流的关系基本符合欧姆定律，不产生明显的非线性变化，也称不动作区。•跃变区：此时由于PTC热敏电阻的自热升温，电阻值产生跃变，电流随着电压的上升而下降，所以此区也称动作区。•击穿区：此时电流随着电压的上升而上升，PTC热敏电阻的阻值呈指数型下降，于是电压越高，电流越大，PTC热敏电阻的温度越高，阻值越低，很快导致PTC热敏电阻的热击穿。伏—安特性是过载保护PTC热敏电阻的重要参考特性。图2：V-I曲线电流-时间特性•电流--时间特性是指PTC热敏电阻在施加电压的过程中，电流随时间变化的特性（I—t特性）。开始加电瞬间的电流称为起始电流，最大电流称为冲击电流，达到热平衡时的电流称为残余电流。如图3。由于交流电为正弦波，因此，我们通常说的冲击电流是指电流的有效值，或电流的均方根值（rms），而不是电流的峰值（pk）。电流—时间特性是自动消磁PTC热敏电阻、延时启动PTC热敏电阻、过载保护PTC热敏电阻的重要参考特性。•耐电压特性耐电压特性是指热敏电阻器在不被破坏的前提下所能承受的最大电压。图3：I-t时间特性热特性•与热效应有关的参数•耗散系数δ•热敏电阻器中功率耗散的变化量与元件相应温度变化量之比称为耗散系数，其单位为W/℃。•耗散系数是表征PTC热敏电阻器与周围媒介进行热交换能力的一个参数，也是PTC元器件应用中十分重要的参数之一。在材料配方、工艺一定的前提下，PTC本身的居里温度、升阻比均基本不变，PTC器件的其它性能参数则由其结构、外壳及散热条件决定。耗散系数则是这些条件的综合表现。因此PTC元器件的动作时间、恢复特性等均与耗散系数有关。对于大功率发热件来讲，耗散系数就更重要，它直接影响到功率输出。•当PTC热敏电阻器两端加上电压时，由于功耗，电阻体温度逐渐升高，同时向周围媒体散发热量直至电阻体的温度达到稳定，此时消耗的功率全部扩散到媒质中，电阻器的功耗变化△P与电阻体的温度变化量△T之比就是耗散系数δ。热特性（续）•耗散系数对于各种加热器件的结构设计十分重要，只要在器件结构上略加修改便可使电参数大为提高，很多工程师却长期被困扰在PTC材料和配方的研究上，这是十分可惜的。•热时间常数ε：•表征元件对周围环境温度反应的快慢，当把PTC元件用作温度传感器时，这个参数十分重要。热时间常数定义为：在零功率条件下，当环境温度突变时，PTC热敏电阻本身温度变化了其始末温差的63.2%所需要的时间（也就是当温度在初始值和最终值之间改变63.2%所需要的时间），用ε表示。•热容量C：•使热敏电阻器的温度每升高1℃所需要的热量，称为热容量，单位J/℃，C=εδ。PTC材料应用传感器温度补偿过热过流保护定温加热暖风自动消磁马达启动延时1彩电ΔΔΔ2黑白电视ΔΔ3变压器Δ4立体声设备ΔΔΔ5收录机ΔΔ6冷库ΔΔ7空调机ΔΔ8去湿机ΔΔ9电扇Δ10电饭煲ΔΔ11电子靴Δ12电子驱蚊器Δ13干燥机ΔΔΔ14干衣机ΔΔ15暖房机ΔΔΔΔ16加湿器Δ17卷发器Δ18家用暖风机Δ电流-时间特性序号用途阻-温特性伏-安特性PTC材料应用（续）传感器温度补偿过热过流保护定温加热暖风自动消磁马达启动延时1吹风机Δ2针灸器Δ3停电保安器Δ4录象机ΔΔΔ5复印机Δ6列车、暖房Δ7自动售货机ΔΔΔΔΔ8汽车ΔΔΔΔΔ9洗涤机ΔΔ10扫除机ΔΔΔ11晶体管Δ12荧光灯Δ13通信机ΔΔ14计算机ΔΔ15马达ΔΔ16火灾报警ΔΔ17测温仪Δ18液面仪Δ电流-时间特性序号用途阻-温特性伏-安特性