Coneixements bàsics de PTC

PTC és una abreviatura de coeficient de temperatura positiu, que generalment es refereix a materials semiconductors o components amb un gran coeficient de temperatura positiu. Normalment, quan esmentem PTC, ens referim als termistors de coeficient de temperatura positiu, comunament coneguts com a termistors PTC. Els termistors PTC són un tipus de resistència semiconductora amb sensibilitat a la temperatura i, quan la temperatura supera un determinat llindar (temperatura de Curie), la seva resistència augmenta bruscament amb l'augment de la temperatura.

Els materials ceràmics s'utilitzen habitualment com a excel·lents aïllants amb alta resistència. Els termistors de ceràmica PTC es fabriquen utilitzant titanat de bari com a base i es dopen amb altres materials ceràmics policristalins, donant lloc a una menor resistència i característiques de semiconductors. Això s'aconsegueix mitjançant el dopatge intencionat d'un element químic amb una valència més alta com a punt de gelosia del cristall. Part dels ions bari o ions titanat de la xarxa es substitueixen pels ions de major valència, creant un cert nombre d'electrons lliures que contribueixen a la conductivitat elèctrica.

La raó de l'efecte PTC (Coeficient de temperatura positiu), és a dir, l'augment brusc de la resistència, rau en l'organització del material, que consta de molts microcristalls petits. A les interfícies d'aquests cristalls, conegudes com a límits de gra, es formen barreres que dificulten el moviment dels electrons cap a les regions adjacents. Com a resultat, la resistència augmenta. Aquest efecte es compensa a baixes temperatures a causa de l'alta constant dielèctrica i la força de polarització espontània als límits del gra, que impedeixen la formació de barreres i permeten que els electrons flueixin lliurement. Tanmateix, a altes temperatures, la constant dielèctrica i la força de polarització disminueixen significativament, fent que les barreres i la resistència augmentin bruscament, mostrant un fort efecte PTC.

Pesatge i mescla: els materials, com ara el carbonat de bari, el diòxid de titani i altres additius, es pesen i es barregen amb precisió per aconseguir les propietats elèctriques i tèrmiques necessàries.

1. Mòlta humida: la mescla es sotmet a una mòlta humida per formar una pasta uniforme.

2. Deshidratació i assecat: la pasta es deshidrata i s'asseca per eliminar l'excés d'humitat.

3. Premsat en sec: el material sec es premsa en sec en diverses formes, com ara discos, rectangles, anells o estructures de bresca.

4. Sinterització: els blancs premsats es sintereixen a una temperatura elevada (al voltant de 1400 graus) per formar components ceràmics.

5. Aplicació d'elèctrodes: S'apliquen elèctrodes a la superfície dels components ceràmics per fer-los conductors.

6. Classificació de resistència: Els components se sotmeten a una classificació de resistència per classificar-los en funció dels seus valors de resistència.

7. Unió de filferro: En funció de l'estructura del producte final, es realitza unió de filferro per connectar els components.

8. Encapsulació d'aïllament: els components estan tancats en material aïllant per a la seva protecció.

9. Muntatge: Els components es munten i, si cal, es col·loquen en carcasses protectores.

10. Proves de tensió de resistència: els termistors PTC muntats se sotmeten a proves de tensió de resistència per garantir la seva seguretat elèctrica.

11. Prova de resistència: es comprova la resistència dels termistors PTC per verificar el seu rendiment.

12. Prova final: es realitzen proves exhaustives per avaluar la funcionalitat global dels termistors PTC.

13. Embalatge: els termistors PTC provats i aprovats s'embalen per enviar-los.

14. Emmagatzematge: els termistors PTC empaquetats s'emmagatzemen en un entorn adequat fins que es distribueixen o s'utilitzen en diverses aplicacions.

Els termistors PTC presenten una relació depenent de la temperatura entre la resistència i la temperatura, comunament coneguda com a característica de resistència-temperatura (RT). La característica RT descriu la dependència de la resistència de potència zero del termistor PTC de la seva temperatura, sota una tensió especificada.

La resistència de potència zero es refereix al valor de resistència del termistor PTC quan es mesura a una determinada temperatura, amb una potència aplicada molt baixa, tan baixa que es pot descuidar el canvi de resistència causat per la dissipació de potència. La resistència nominal de potència zero representa el valor mesurat a una temperatura ambient de 25 graus.

 

 

 

• Rmin: resistència mínima

• Tmin: Temperatura en Rmin

• Rtc: 2 vegades de Rmin

• Tc:

El paràmetre clau que caracteritza la qualitat de la característica RT és el coeficient de temperatura ( ), que reflecteix la inclinació de la corba RT. Un coeficient de temperatura més alt ( ) indica que el termistor PTC és més sensible als canvis de temperatura, donant lloc a un efecte PTC més pronunciat. En altres paraules, un coeficient de temperatura més alt significa un millor rendiment i una vida útil més llarga per al termistor PTC.

El coeficient de temperatura ( ) d'un termistor PTC es defineix com el canvi relatiu de la resistència causat per un canvi de temperatura. Es pot calcular mitjançant la fórmula:=(log(R2) - log(R1)) / (T2 - T1)

Normalment, T1 es pren com a Tc + 15 grau , i T2 es pren com a Tc + 25 grau , on Tc és la temperatura de Curie del termistor PTC.

 

VI Característica

 

La característica de tensió-corrent (VI), també coneguda com a característica de corrent-tensió o simplement la característica VI, il·lustra la interdependència entre la tensió i el corrent en un termistor PTC quan arriba a l'equilibri tèrmic sota càrrega elèctrica.

 

 

 

• Ik: Corrent de funcionament a la tensió aplicada Vk

• Ir: Corrent residual quan s'aplica Vmax

• Vmax: Tensió màxima

• VN: Tensió normal

• VD: Tensió de ruptura

La característica VI d'un termistor PTC generalment es pot dividir en tres regions:

Regió lineal (0-Vk): en aquesta regió, la relació entre voltatge i corrent segueix la llei d'Ohm i no hi ha variacions no lineals significatives. També es coneix com a regió sense acció perquè el termistor PTC no presenta cap canvi notable en la seva resistència.

Regió de transició (Vk-Vmax): en aquesta regió, coneguda com a regió de transició o de commutació, la resistència del termistor PTC experimenta un canvi ràpid a causa de l'autoescalfament. A mesura que augmenta la tensió, el corrent disminueix, cosa que fa que el termistor PTC canviï d'un estat de baixa resistència a un estat d'alta resistència. Aquesta regió també es coneix com a regió d'acció.

Regió d'avaria (VD i superior): en aquesta regió, coneguda com a regió d'avaria o dispar, el corrent augmenta amb un augment de la tensió. La resistència del termistor PTC presenta una disminució exponencial, donant lloc a corrents més altes per a tensions més altes. Com a conseqüència, la temperatura del termistor PTC augmenta, provocant una nova disminució de la resistència. Finalment, això pot provocar una ruptura tèrmica o un dispar del termistor PTC.

La característica VI és una referència important per a la protecció contra sobreintensitat proporcionada pels termistors PTC. Ajuda a determinar el comportament del termistor en diferents condicions de tensió i corrent, assegurant una protecció eficaç contra un flux de corrent excessiu.

La característica de temps actual es refereix a la característica d'un termistor PTC on el corrent canvia amb el temps durant l'aplicació de tensió.

Quan s'aplica tensió inicialment al termistor PTC, el corrent en aquest moment s'anomena corrent d'arrencada. Quan el termistor PTC arriba a l'equilibri tèrmic, el corrent que queda es coneix com a corrent residual.

A una determinada temperatura ambient, quan s'aplica un corrent inicial (assegurant que és el corrent de funcionament) al termistor PTC, el temps que triga el corrent a disminuir al 50% del corrent d'arrencada s'anomena temps de resposta o constant de temps de resposta. La característica de temps actual és una referència important per a diverses aplicacions de termistors PTC, com ara la desmagnetització automàtica, l'arrencada retardada i la protecció contra sobrecàrregues.