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PTC热敏电阻器的特性及原理简介

2009年11月28日 09:14 www.elecfans.com 作者:佚名 用户评论(0

PTC热敏电阻器的特性及原理简介

概述:

  热敏电阻器按其电阻-温度特性可分为正温度系数热敏电阻器(PTCR)及负温度系数热敏电阻器(NTCR)。PTC是PosiTIve Temperature Coefficient的缩写,为正温度系数的意思。NTC是NegaTIve Temperature Coefficient 的缩写,为负温度系数的意思。其中正温度系数热敏电阻器(PTCR)包括:突变型(阶跃型)PTC热敏电阻器及缓变型(线性)PTC热敏电阻器两种。其突变型(阶跃型)PTC热敏电阻器又细分两类,一类为陶瓷PTC热敏电阻器(CPTC),在BaTIO3,V2O5,,BN等材料中掺入半导化元素后都可发现PTC效应。目前得到广泛应用的是BaTIO3系PTC热敏电阻器;第二类是有机高分子PTC热敏电阻器(PPTC),在聚乙烯高分子材料中掺入碳黑形成PTC效应。这里介绍的是BaTiO3系PTC热敏电阻器,属于典型的直热式阶跃型正温度系数热敏电阻器,当温度增加到居里温度以上时,其电阻值呈阶跃式增加,可达到4~10个数量级。温度的变化可以由流过热敏电阻的电流来获得,也可以由外界输入热能或者这二者的迭加来获得。

PTC热敏电阻器的应用及优点:

1、作为加热用的陶瓷PTC元件,具有自动恒温的特性,可省去一套温控线路;
2、作为开关用的陶瓷PTC元件,具有过流、过热保护功能,避免电器设备损坏,结构简单、可靠;
3、作为温度保护用的陶瓷PTC元件,在温控点附近有很大的电阻温度系数,配置一个简单的比较器电路可实现较精确的温度控制;
4、开关温度调整范围大:-40℃~320℃;
5、电阻温度系数高:最高超过40%/℃;
6、电阻值范围大:0.1Ω~20kΩ
7、工作电压范围大:3V~1000V

PTC热敏电阻器三大特性:

  BaTiO3陶瓷是一种典型的铁电材料,常温下其电阻率大于1012Ω.cm,相对介电常数高达104,是一种优良的陶瓷电容器材料。在这种材料中引入稀土元素如Y、Nb等,可使其电阻率下降到10Ω.cm以下,成为具有很大的正温度系数的半导体陶瓷材料,在居里温度以上几十度的温度范围内,其电阻率可增大4-10个数量级,产生PTC效应。这种效应是一种晶界效应,只有多晶陶瓷材料才具有。正是由于这种PTC效应,PTC热敏电阻器得到了极其广泛的应用。根据应用领域划分,PTC热敏电阻器有三大特性:

电阻-温度特性;伏安特性;电流时间特性。

● 电阻--温度特性(R--T特性):

指的是在规定电压下,PTC热敏电阻器的零功率电阻值与电阻本体温度之间的关系(如下图所示)。

●电压--电流特性(V—I特性):

指加在热敏电阻器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(如下图所示)。


 

●电流—时间特性(I—T特性):

指热敏电阻器在施加电压过程中,电流随时间的变化特性。开始加电压瞬间的电流称为起始电流,平衡时的电流称为残余电流(如下图所示)。


 

▇ PTC的失效模式

●衡量PTC热敏电阻器可靠性有两个主要指标:

A.耐电压能力----超过规定的电压可导致PTC热敏电阻器短路击穿,施加高电压可淘汰耐压低的产品,确保PTC热敏电阻器在最大工作电压(Vmax)以下是安全的;

B、耐电流能力----超过规定的电流或开关次数可导致PTC热敏电阻器呈现不可恢复的高阻态而失效,循环通断试验不能全部淘汰早期失效的产品。

●在规定的使用条件下,PTC失效后呈现高电阻态。长期(一般大于1000小时)施加在PTC热敏电阻器上的电压导致其常温电阻升高的幅度极小,居里温度超过200℃的PTC发热元件相对要明显。除PTC发热元件外,PTC失效的主要原因是由于开关操作中陶瓷体中心产生应力开裂。如下图,在PTC热敏电阻器动作动过程中,PTC瓷片内温度、电阻率、电场、和功率密度的分布不均匀导致中心应力大而分层裂开。

PTC瓷片内温度、电阻率、电场、和功率密度沿片厚度方向的分布

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