PTC algteadmised

PTC on positiivse temperatuurikoefitsiendi lühend, mis viitab üldiselt suure positiivse temperatuurikoefitsiendiga pooljuhtmaterjalidele või komponentidele. Tavaliselt, kui mainime PTC-d, peame silmas positiivse temperatuuri koefitsiendi termistore, mida tavaliselt tuntakse PTC-termistoritena. PTC termistorid on teatud tüüpi pooljuhttakistid, millel on temperatuuritundlikkus ja kui temperatuur ületab teatud läve (Curie temperatuur), suureneb nende takistus temperatuuri tõusuga järsult.

Keraamilisi materjale kasutatakse tavaliselt suure vastupidavusega isolaatoritena. Keraamiliste PTC termistorite valmistamisel kasutatakse alusena baariumtitanaati ja need on legeeritud teiste polükristalliliste keraamiliste materjalidega, mille tulemuseks on madalam takistus ja pooljuhtide omadused. See saavutatakse kõrgema valentsiga keemilise elemendi tahtliku dopinguga kristalli võrepunktina. Osa võres olevatest baariumioonidest või titanaadioonidest asendatakse kõrgema valentsiga ioonidega, luues teatud arvu vabu elektrone, mis aitavad kaasa elektrijuhtivusele.

PTC (Positive Temperature Coefficient) efekti ehk takistuse järsu suurenemise põhjus peitub materjali organiseerituses, mis koosneb paljudest väikestest mikrokristallidest. Nende kristallide liidestes, mida nimetatakse terapiirideks, moodustuvad tõkked, mis takistavad elektronide liikumist külgnevatesse piirkondadesse. Selle tulemusena muutub takistus kõrgeks. Seda efekti kompenseerib madalatel temperatuuridel kõrge dielektriline konstant ja spontaanse polarisatsiooni tugevus tera piiridel, mis takistavad barjääride teket ja võimaldavad elektronidel vabalt voolata. Kuid kõrgetel temperatuuridel vähenevad dielektriline konstant ja polarisatsioonitugevus märkimisväärselt, põhjustades barjääride ja takistuse järsu suurenemise, avaldades tugevat PTC-efekti.

Kaalumine ja segamine: materjale, nagu baariumkarbonaat, titaandioksiid ja muud lisandid, kaalutakse ja segatakse täpselt, et saavutada vajalikud elektrilised ja termilised omadused.

1. Märgjahvatamine: segu läbib märgjahvatamise, et moodustada ühtlane pasta.

2. Dehüdratsioon ja kuivatamine: seejärel pasta kuivatatakse ja kuivatatakse, et eemaldada liigne niiskus.

3. Kuivpressimine: kuivatatud materjal pressitakse kuivpressimisel mitmesugusteks kujunditeks, nagu kettad, ristkülikud, rõngad või kärgstruktuurid.

4. Paagutamine: pressitud toorikud paagutatakse kõrgel temperatuuril (umbes 1400 kraadi), et moodustada keraamilisi osi.

5. Elektroodi kasutamine: keraamiliste komponentide pinnale kantakse elektroodid, et muuta need juhtivaks.

6. Resistentsussorteerimine: komponendid läbivad takistuse sortimise, et klassifitseerida need takistuse väärtuste alusel.

7. Traadi ühendamine: olenevalt lõpptoote struktuurist ühendatakse traadiga komponente.

8. Isolatsioonikapseldamine: komponendid on kaitseks ümbritsetud isoleermaterjaliga.

9. Kokkupanek: Komponendid on kokku pandud ja vajadusel asetatakse kaitseümbristesse.

10. Pingekindluse testimine: Kokkupandud PTC termistorid läbivad pingetaluvuse testimise, et tagada nende elektriohutus.

11. Takistuse testimine: PTC termistoride takistust kontrollitakse nende toimimise kontrollimiseks.

12. Lõplik testimine: PTC termistoride üldise funktsionaalsuse hindamiseks viiakse läbi põhjalik testimine.

13. Pakendamine: testitud ja heakskiidetud PTC termistorid pakitakse saatmiseks.

14. Säilitamine: Pakendatud PTC-termistoreid hoitakse sobivas keskkonnas, kuni neid levitatakse või kasutatakse erinevates rakendustes.

PTC termistorid näitavad temperatuurist sõltuvat seost takistuse ja temperatuuri vahel, mida tavaliselt tuntakse takistuse-temperatuuri (RT) karakteristikuna. RT karakteristik kirjeldab PTC termistori nullvõimsustakistuse sõltuvust selle temperatuurist kindlaksmääratud pinge all.

Nullvõimsustakistus viitab PTC termistori takistuse väärtusele, kui seda mõõdetakse teatud temperatuuril, väga väikese rakendatud võimsusega, mis on nii madal, et võimsuse hajumisest põhjustatud takistuse muutust võib tähelepanuta jätta. Nimetatud nullvõimsustakistus tähistab väärtust, mis on mõõdetud ümbritseva õhu temperatuuril 25 kraadi.

 

 

 

• Rmin: minimaalne takistus

• Tmin: temperatuur Rmin

• Rtc: 2 korda Rmin

• Tc:

Põhiparameeter, mis iseloomustab RT karakteristiku kvaliteeti, on temperatuuri koefitsient ( ), mis peegeldab RT kõvera järsust. Kõrgem temperatuurikoefitsient ( ) näitab, et PTC-termistor on tundlikum temperatuurimuutuste suhtes, mille tulemuseks on tugevam PTC-efekt. Teisisõnu tähendab kõrgem temperatuuritegur PTC termistori paremat jõudlust ja pikemat eluiga.

PTC termistori temperatuurikoefitsient ( ) on defineeritud kui temperatuurimuutusest põhjustatud takistuse suhteline muutus. Seda saab arvutada järgmise valemi abil:=(log(R2) - log(R1)) / (T2 - T1)

Tavaliselt võetakse T1 kui Tc + 15 kraadi ja T2 kui Tc + 25 kraadi, kus Tc on PTC termistori Curie temperatuur.

 

VI Iseloomulik

 

Pinge-voolu (VI) karakteristik, tuntud ka kui voolu-pinge karakteristik või lihtsalt VI karakteristik, illustreerib pinge ja voolu vastastikust sõltuvust PTC termistoris, kui see jõuab elektrilise koormuse all termilise tasakaaluni.

 

 

 

• Ik: töövool rakendatud pingel Vk

• Ir: jääkvool, kui rakendatakse Vmax

• Vmax: maksimaalne pinge

• VN: Normaalpinge

• VD: läbilöögipinge

PTC termistori VI karakteristiku võib üldiselt jagada kolmeks piirkonnaks:

Lineaarne piirkond (0-Vk): selles piirkonnas järgib pinge ja voolu vaheline suhe Ohmi seadust ning olulisi mittelineaarseid muutusi ei esine. Seda tuntakse ka kui mittetoimivat piirkonda, kuna PTC termistori takistuses ei esine märgatavaid muutusi.

Üleminekupiirkond (Vk-Vmax): selles piirkonnas, mida nimetatakse ülemineku- või lülituspiirkonnaks, muutub PTC termistori takistus isekuumenemise tõttu kiiresti. Pinge kasvades vool väheneb, mille tulemusena lülitub PTC termistor madala takistusega olekust suure takistusega olekusse. Seda piirkonda nimetatakse ka tegevuspiirkonnaks.

Jaotuse piirkond (VD ja kõrgem): selles piirkonnas, mida nimetatakse rikke- või väljalülituspiirkonnaks, suureneb vool pinge suurenedes. PTC termistori takistus väheneb eksponentsiaalselt, mille tulemuseks on suuremad voolud kõrgemate pingete korral. Selle tulemusena tõuseb PTC termistori temperatuur, mis viib takistuse edasise vähenemiseni. Lõpuks võib see põhjustada termilise rikke või PTC termistori väljalülitumise.

VI karakteristik on oluline viide PTC termistoride pakutavale liigvoolukaitsele. See aitab määrata termistori käitumist erinevates pinge- ja voolutingimustes, tagades tõhusa kaitse liigse voolu eest.

Voolu-aja karakteristik viitab PTC termistori karakteristikule, kus vool muutub aja jooksul pinge rakendamisel.

Kui PTC termistorile rakendatakse algselt pinget, nimetatakse sel hetkel voolu käivitusvooluks. Kui PTC termistor saavutab termilise tasakaalu, nimetatakse järelejäänud voolu jääkvooluks.

Teatud ümbritseva õhu temperatuuril, kui PTC-termistorile rakendatakse algvoolu (tagades, et see on töövool), nimetatakse aega, mis kulub voolu vähenemiseks 50%-ni käivitusvoolust, reaktsiooniajaks või reaktsiooniaja konstantiks. Voolu-aja karakteristik on oluline viide erinevatele PTC termistoride rakendustele, nagu automaatne demagnetiseerimine, viivitatud käivitamine ja ülekoormuskaitse.