PTC特性与各种使用条件对PTC发热体的影响

PTC特性与各种使用条件对PTC发热体的影响时间:03-2111:39阅读:1338次*温馨提示：点击图片可以放大观看高清大图简介：PTC特性与各种使用条件对PTC发热体的影响一、PTC特性:1.电阻—温度特性。Rmax为最大电阻，Rmin为最小电阻，R25为常温电阻，Tmin为最小电阻对应温度，Tsw为开关温度，Ts为发热表面温度，Tmax最大电阻对应温度。当PTC热敏电阻的温度上升到开关温度Tsw以上时，其电阻将迅速增加1000倍以上。2.电流——时间特性。PTC热敏电阻的起始电阻比较小，所以，当稳定的电压施加到其上时，会出现比较大的起始电流；然后，PTC的温度上升，电流达到最大电流；随后，PTC的电阻增加，电流因而下降，最后降到稳定值。从另一个角度考虑，PTC具有比较大的起始电流，使PTC的发热速度加快，有利于尽快使温度达到稳定。3.稳定功率。对于同一个PTC发热体，其稳定功率随着散热条件的不同而改变。相关材料的导热系数，绝缘层的厚度，导热面的间隙，都会影响散热，从而影响稳定功率。各种因素对PTC稳定功率的影响，见热平衡节的详细描述。此外，PTC片的厚度减薄时，会使导热加快，从而使功率增加。散热较快时的PTC稳定功率可能会比散热较慢时大几十倍。PTC发热体的开关温度越高，则稳定功率也越大。大多数的新用户都要求PTC生产厂提供PTC发热体的功率数据，但是应当知道，功率是随散热条件而变化的。在确定的电压下，PTC发热体的起始功率和最大功率基本上不受散热条件的影响；但是稳定功率取决于使用场合的散热条件。虽然在不同的使用电压下，PTC的起始功率不同，但稳定功率相差不大。4.发热与散热的平衡。发热与散热平衡，是指PTC的发热功率与散热功率一致，PTC相对稳定在某个温度点。以下是各种因素对PTC热平衡的影响的示意图。散热功率P(dis)=H*(Ts-Te)H是散热系数，其取决于传热用的金属材料、绝缘材料的导热系数，绝缘材料的厚度，接触面的状况，散热面的尺寸和形状，冷却风流、水流等。金属导热系数比较大，约为绝缘材料的10~100倍，所以，绝缘材料对导热的影响更大。当有风吹时，PTC发热组件的散热系数H会增加5~10倍。Ts是PTC发热体的表面温度，Te是环境温度。散热功率与Ts和Te的差成正比。当发热功率与散热功率相等时，发热与散热达成平衡，PTC的温度不再变化。发热功率曲线与散热功率曲线的交叉点，是发热与散热的平衡点，它决定了PTC发热体的温度和发热功率。温度低于交叉点温度时，发热功率大于散热功率，PTC温度上升；温度高于交叉点温度时，发热功率小于散热功率，PTC温度自动下降，保持温度恒定。但是如果散热极慢，发热曲线与散热曲线没有交叉点，发热功率总是大于散热功率，PTC无法达到平衡，从而导致PTC的热击穿。因此，在使用PTC发热片时，应使PTC能够比较好地散热，以防PTC击穿。为了获得较大的功率，应当增加散热，或选择较高开关温度、较小电阻的PTC，或者较低的环境温度。在大多数场合下，我们需要PTC发热体具有确定的表面温度，而不是确定的功率。此时，我们不必考虑它的功率。在空气加热、煮水等场合下，我们应更多地考虑发热功率。二、各种使用条件对PTC发热体的影响1.表面温度。电压的影响:在发热/散热平衡图中，若PTC工作在正常工作点B段时，工作电压对PTC的表面温度的影响不大。性能优异、电阻适当的PTC发热片，电压增加1倍，表面温度提高10℃左右。若PTC电阻随温度的变化过缓，性能不佳，则在正常工作点B段时，电压变化对其表面温度的影响比较大，这对于需要同时在不同电压使用下的情形不利。当PTC发热片在工作点A段（比如工作电压太低、PTC电阻太大、散热太快等情况）时，电压对表面温度的影响比较大。对于电压太低或PTC电阻太大的情况，应避免；对于只重视输出功率的情况，散热快可以提高输出功率，表面温度则可以不必重视。当电压过高，使PTC发热片的工作点处在C段时，温度将会失去控制，使表面温度快速上升，导致PTC的热击穿。PTC常温电阻的影响:PTC电阻减小与工作电压增加所产生的影响相似。在工作点B段，电阻减小，表面温度则稍微上升。但是若PTC电阻过大，工作点处在A段，PTC电阻变化则对表面温度产生较大的影响。如果PTC的电阻过小，工作点可能会处于C点，PTC发热片容易出现热击穿。若PTC的电极制作有问题，则可能出现假电阻，即PTC成品的电阻比陶瓷体的电阻要大得多，则电阻对表面温度的影响将被假电阻现象掩盖，因而无法判定表面温度与电阻的变化关系。散热的影响:在工作点B段，散热加快，表面温度则稍微下降。但是由于散热过快，工作点处在A段，PTC散热则对表面温度产生较大的影响。当散热过慢，工作点处在C段，则PTC将出现热击穿。开关温度的影响:在工作点B段，开关温度的降低或提高，将使PTC发热片的表面温度降低或提高。这是改变PTC发热片表面温度最常用的做法。但是，当开关温度接近室温时，单纯降低开关温度很难使表面温度下降，必须同时增加PTC的常温电阻才能使表面温度下降。当用PTC发热片组装成组件时，组件的温度与发热片的温度会有一差距。通常这一差距在10~40℃之间。影响组件与发热片的温度差的因素有：组件外部散热条件（组件外部散热快则温度差大），PTC与组件之间的散热（散热快则温度差小），发热温度与环境温度之差（此温差大则组件与发热片的温度差大），以及装配方法。发热片与组件间的导热不良，绝缘材料太厚，绝缘材料的导热系数小，组件表面与发热片的距离较远，PTC发热片的发热面积与散热面积比相对较小，组件表面散热较快，则组件的表面温度下降较多。2.最大电流（冲击电流）PTC电阻的影响:从电流--时间曲线可以看出，当施加固定电压到PTC发热片时，其初始一段时间，电流比较大。电流达到最大时的电流即是最大电流。电阻越小，则最大电流越大。若需要多个PTC并联时，最大电流会较大，可能超过电流的允许电流，此时应选用电阻大些的PTC发热片。有时，需要发热片的发热速度快些，则应选用电阻小些的发热片。但是，若PTC发热片存在假电阻，则无法判定最大电流与电阻之间的关系。最小电阻的影响:在PTC电阻—温度曲线中，介绍了常温电阻R25和最小电阻Rmin。R25/Rmin的比值越大，则最大电流越大。开关温度较高的PTC，R25/Rmin的比值往往要比开关温度较低的大。电压效应影响:用较高的电压来测量PTC的电阻，会比较低电压测量的电阻小，称为电压效应。电压效应大，则最大电流也大。电阻搭配的影响。不同电阻的发热片的电流—时间曲线不同，到达最大最大电流的时间也不同。多个PTC发热片并联使用时，若各片的电阻差别较大，最大电流的峰值被拉平，最大电流则比电阻接近的情况小。但是，如果PTC发热体不是在室温下通电加热，而是在较高温度下通电，特别是在R-T曲线的Tmin的温度下通电，组装在一起的每片PTC的电阻同时是最小值，最大电流的峰值不会被拉平，组件的最大电流将会很大。单片PTC最大电流的估算。Imax=A*U/R25其中Imax为最大电流A是与材料开关温度，生产配方和工艺有关的系数。对于我公司生产的PTC发热片，A值基本符合下表的经验值：表面温度/℃50100150200250300A值1.11.51.82.53.86.03.发热（升温）速度。PTC电阻的影响:在电压相同的情况下，电阻越小，初始的发热功率越大，发热速度也越快，达到最大最大电流以及恒定表面温度的时间也越短。但PTC存在较大假电阻的情况除外。使用电压的影响:对于同一PTC发热片，电压越高，初始的发热功率越大，发热速度也越快，达到最大最大电流以及恒定表面温度的时间也越短。组件导热情况的影响:正常使用的PTC发热片，在非强制散热（如吹风、直接浸水等）的情况下，一般10~30秒即可达到恒定表面温度。但是，若将PTC发热片组装成组件，组件的达到恒定表面温度的时间要长得多。许多初初使用PTC发热片的厂商，由于不了解PTC发热片的特性，不重视导热问题，以致使导热严重不良。导热不良的原因有：导热面不平整，存在较大的空气间隙，绝缘层太厚。导热不良会使传导功率的速度减慢，组件到达恒定表面温度的时间延长。PTC导热面积的影响:PTC导热面积的增加，可使传导功率增加，组件到达恒定表面温度的时间缩短。对于同样的散热结构，多用一些同样的种类的发热片，也可以使组件到达恒定表面温度的时间缩短。组件热容量的影响:若组件的热容量增加，温升时所需要的热量增加，组件到达恒定表面温度的时间延长。导热硅脂的使用:在PTC与电极片之间，或其他传热面之间涂上导热硅脂，可使传热速度加快。但是导热硅脂不要太厚，接触面之间一定要压紧。4.PTC发热体的选择方法。常温电阻的选择。根据使用电压、发热速度、最大电流、发热面积、表面温度等方面的要求，选择适合的常温电阻。需要发热速度快，功率大的场合，电阻可选择小些。用于恒温发热的片，电阻稍大些。用于延时电路的发热体，电阻应更大些。多片并联使用时，为了防止电流过大，应选择电阻大些，而且大小电阻搭配使用。