PTC热敏电阻教学资料.doc

Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。PTC热敏电阻-NTC电阻串联在交流电路中主要是起“电流保险”作用。压敏电阻并联在交流侧电路中主要是起“限制电压超高”作用。为了避免电子电路中在开机的瞬间产生的浪涌电流，在电源电路中串接一个功率型NTC热敏电阻器，能有效地抑制开机时的浪涌电流，并且在完成抑制浪涌电流作用以后，由于通过其电流的持续作用，功率型NTC热敏电阻器的电阻值将下降到非常小的程度，它消耗的功率可以忽略不计，不会对正常的工作电流造成影响，所以，在电源回路中使用功率型NTC热敏电阻器，是抑制开机时的浪涌，以保证电子设备免遭破坏的最为简便而有效的措施压敏电阻的工作原理:比如一个“标称300V”的压敏电阻在220V的工作中，突然220V上升到310V！这时压敏电阻被击穿，通过很大的电流，熔断了保险丝后，就保护了后面的电路，然后压敏电阻又恢复了原来的状态。压敏电阻就象一个压控开关当电压达到压敏电阻的击穿电压时就短路.在一般情况下压敏电阻和NTC都会一起应用当电压突然升高压敏电阻击穿电路电流急促上升NTC发热，内阻曾大，电流减小。这样就起到过压过流的保护作用。没通电时，NTC的阻值高，一通电霎那，阻值仍高，限制了涌流，随着NTC有电流流过，温度增加，阻值下降到很低，可以忽略。NTC：负温电阻，温度越高，电阻越小，用于串在输入回路中限制开机浪涌电流。正常工作时发热，电阻降低，不影响工作，但是它是消耗能量的，功耗不能忽略。NTC也可用于测温。PTC：正温电阻，串在输入回路中，又称为：自恢复保险丝。过流时发热，电阻增大，与输入等效断开，冷确后电阻降低，可继续工作，不需要更换，常与压敏电阻、TVS同时使用。压敏电阻：类似稳压DIODE的雪崩效应，超过嵌位电压后电流迅速增大，但不会短路，这点与放电管不同。PTC用途很多，如彩电的消磁电路，电冰箱压缩机的启动电路等。串在回路中PTC，NTC都可能用到，但PTC是相当于保险丝作用的，NTC是限制开机电流用的。PTC热敏电阻PTC是PositiveTemperatureCoefficient的缩写,意思是正的温度系数,泛指正温度系数很大的半导体材料或元器件.通常我们提到的PTC是指正温度系数热敏电阻,简称PTC热敏电阻.PTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻,超过一定的温度(居里温度)时,它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高.PTC热敏电阻组织结构和功能原理陶瓷材料通常用作高电阻的优良绝缘体,而陶瓷PTC热敏电阻是以钛酸钡为基,掺杂其它的多晶陶瓷材料制造的,具有较低的电阻及半导特性.通过有目的的掺杂一种化学价较高的材料作为晶体的点阵元来达到的:在晶格中钡离子或钛酸盐离子的一部分被较高价的离子所替代,因而得到了一定数量产生导电性的自由电子.对于PTC热敏电阻效应,也就是电阻值阶跃增高的原因,在于材料组织是由许多小的微晶构成的,在晶粒的界面上,即所谓的晶粒边界(晶界)上形成势垒,阻碍电子越界进入到相邻区域中去,因此而产生高的电阻.这种效应在温度低时被抵消:在晶界上高的介电常数和自发的极化强度在低温时阻碍了势垒的形成并使电子可以自由地流动.而这种效应在高温时,介电常数和极化强度大幅度地降低,导致势垒及电阻大幅度地增高,呈现出强烈的PTC效应.PTC热敏电阻制造流程将能够达到电气性能和热性能要求的混合物(碳酸钡和二氧化钛以及其它的材料)称量、混合再湿法研磨,脱水干燥后干压成型制成圆片形、长方形、圆环形、蜂窝状的毛坯.这些压制好的毛坯在较高的温度下(1400左右)烧结成陶瓷,然后上电极使其金属化,根据其电阻值分档检测.按照成品的结构形式钎焊封装或装配外壳,之后进行最后的全面检测.                                   称量    >>   球磨   >>    预烧结  >>  造粒                                    >>   成型    >>   烧结   >>    上电极  >>   阻值分选                               >>   钎焊    >>   封装装配>>   打标志  >>   耐压检测                               >>   阻值检测>>   最终检测 >>   包装   >>   入库 PTC热敏电阻与温度的依赖关系（R-T特性）电阻-温度特性通常简称为阻温特性，指在规定的电压下，PTC热敏电阻零功率电阻与电阻体温度之间的依赖关系。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.额定零功率电阻指环境温度25条件下测得的零功率电阻值.                                           lgR()       Rmin  : 最小电阻                                Tmin   :  Rmin时的温度       RTc    :  2倍Rmin       Tc     :  居里温度                                               RTc                                               Rmin                                                            T25     Tmin     Tc    T()表征阻温特性好坏的重要参数是温度系数,反映的是阻温特性曲线的陡峭程度。温度系数越大,PTC热敏电阻对温度变化的反应就越灵敏，即PTC效应越显著，其相应的PTC热敏电阻的性能也就越好，使用寿命就越长。PTC热敏电阻的温度系数定义为温度变化导致的电阻的相对变化.=(lgR2-lgR1)/(T2-T1)一般情况下，T1取Tc+15  T2取Tc+25来计算温度系数。 电压和电流的关系（V-I特性）电压-电流特性简称伏安特性，它展示了PTC热敏电阻在加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。I(A)                                                Ik       Ik  在外加电压Vk时的动作电流       Ir  外加电压Vmax时的残余电流       Vmax    最大工作电压       VN      额定电压       VD      击穿电压                                                 Ir Vk       VN         Vmax      VD     V(v)PTC热敏电阻的伏安特性大致可分为三个区域：在0-Vk之间的区域称为线性区，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。在Vk-Vmax之间的区域称为跃变区，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。在VD以上的区域称为击穿区，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。电流和时间的关系（I-t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。开始加电瞬间的电流称为起始电流，达到热平衡时的电流称为残余电流。一定环境温度下,给PTC热敏电阻加一个起始电流(保证是动作电流),通过PTC热敏电阻的电流降低到起始电流的50%时经历的时间就是动作时间.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。PTC工作原理基本原理高分子聚合物正温度热敏电阻（简称自复保险丝），是由聚合物与导电粒子等所构成。在经过特殊加工后，导电粒子在聚合物中构成链状导电通路。当正常工作电流通过（或元件处于正常环境温度）时，自复保险丝呈低阻状态（图a）；当电路中有异常过电流通过（或环境温度升高）时，大电流（或环境温度升高）所产生的热量使聚合物迅速膨胀，切断导电粒子所构成的导电通路，自复保险丝呈高阻状态（图b）；当电路中过电流（超温状态）消失后，聚合物冷却，体积恢复正常，其中导电粒子又重新构成导电通路，自复保险丝又呈初始的低阻状态（图a）。自复保险丝电阻值与温度变化的关系如（图c）。图中a点温度较低，自复保险丝产生的热量和散发的热量达到平衡；b点温度较高时，自复保险丝仍处于热平衡状态；c点为温度继续增加时，自复保险丝达到热平衡临界点（居里点），此时很小的温度变化就可以导致阻值大幅度的增加；d点是自复保险丝处于高阻状态，限制大电流通过，从而保护设备不受损坏。自复保险丝没有极性，阻抗小，安装方便，将其串联于被保护电路的线路中即可（图d）。工作性能及特点1、零功率电阻低：自复保险丝自身阻抗较低，正常工作时功率损耗小，表面温度低；2、过流保护速度快：自复保险丝由于自身材料特性，在过流状态响应速度方面比其它过流保护装置快得多；3、自锁运行：自复保险丝在过流、超温保护状态，以极小的电流锁定在高阻状态，只有切断电源或过电流消失后，才会恢复低阻状态；4、自动复位：自复保险丝在起在过流、超温保护作用后（故障排除）自行复位，无需进行拆换；5、耐大电流：自复保险丝有极好的耐大电流能力，有的规格可承受100A电流冲击；6、自复时间短：自复保险丝在过电流、超温条件消失后的几秒钟内，元件的温度下降很快，能很快恢复到其低阻状态。应用范围及选用方法自复保险丝广泛应用于各种电器设备、电子产品、通讯系统设备、家电设备及工控系统，如：计算机及外围设备、测量仪器、火警设备、汽车电子产品、程控交换机、手机电池、音响设备、电风扇、空调、冰箱、音箱、变压器、马达、微电机、电池组、电源供应器、充电器、节能灯、电子镇流器、卤素灯等。请按以下方法正确选用自复保险丝：1、确定设备线路上的平均工作电流(I)及最大电压(Vmax)；2、确定环境温度正常值及范围，按折减率计算正常电流(Ih)：正常电流(Ih)=平均电流÷环境温度电流值折减率(参考表1)；3、确定设备线路的最大故障电流(Imax)；4、根据Vmax、Ih值、产品类型及安装方式选择一种自复保险丝系列(参考表2)；5、根据步骤4选定的产品系列，在相应的规格表内选定具体型号(注意：选定型号的Vmax、Imax、Ih必须大于或等于线路中的Vmax、Imax及步骤2计算出来的Ih值)。*线路中如对常温阻值及过电流保护时间有要求，在上述方法选定相应系列的基础上，再根据常温阻值选定相应元件；*如用户有特殊要求，在“规格表”中无相应元件可选，请联系我公司，我们将尽快根据您所提的要求进行专项开发。注意1、环境温度在超过25时便会使通过自复保险丝的电流速减；2、环境温度25时线路上的电流100%通过自复保险丝，但若有超过两倍以上的正Ih)产生，自复保险丝的电阻值便会呈阶跃型突越增加；3、环境温度越高，通过的电流越大，则动作的时间会越短>>术语说明正常/额定电流(Ih)：在25环境下，不会导致自复保险丝电阻值突越的最大工作电流；动作电流(It)：在25环境下，使自复保险丝电阻值呈阶跃型突越增加的初始电流(一般为2Ih)；最大工作电压(Vmax)：自复保险丝在额定电流下，不受损坏，能经受的最大电压；最大电流(Imax)：自复保险丝在额定电压下能经受而不损坏的最大故障冲击电流；最小/最大电阻(Rmin/Rmax)：在25环境下，自复保险丝在断开状态之前的阻抗特性；触发功率(Pb)：在25°C环境下，自复保险丝在断开状态的耗散功率；Vmaxi：自复保险丝在阻断状态下所能承受的最大电压；断开后电阻(RLmax)：元件在一定的电流和电压下断开1小时后，恢复到初始状态时的阻抗。PTC热敏电阻(正温度系数热敏电阻)是一种具温度敏感性的半导体电阻,一旦超过一定的温度(居里温度)时,它的电阻值随着温度的升高几乎是呈阶跃式的增高.PTC热敏电阻本体温度的变化可以由流过PTC热敏电阻的电流来获得,也可以由外界输入热量或者这二者的叠加来获得.陶瓷材料通常用作高电阻的优良绝缘体,而陶瓷PTC热敏电阻是以钛酸钡为基,掺杂其它的多晶陶瓷材料制造的,具有较低的电阻及半导特性.通过有目的的掺杂一种化学价较高的材料作为晶体的点阵元来达到的:在晶格中钡离子或钛酸盐离子的一部分被较高价的离子所替代,因而得到了一定数量产生导电性的自由电子.对于PTC热敏电阻效应,也就是电阻值阶跃增高的原因,在于材料组织是由许多小的微晶构成的,在晶粒的界面上,即所谓的晶粒边界(晶界)上形成势垒,阻碍电子越界进入到相邻区域中去,因此而产生高的电阻.这种效应在温度低时被抵消:在晶界上高的介电常数和自发的极化强度在低温时阻碍了势垒的形成并使电子可以自由地流动.而这种效应在高温时,介电常数和极化强度大幅度地降低,导致势垒及电阻大幅度地增高,呈现出强烈的PTC效应.高分子PTC热敏电阻主要应用于哪些方面？高分子PTC热敏电阻可用于计算机及其外部设备、移动电话、电池组、远程通讯和网络装备、变压器、工业控制设备、汽车及其它电子产品中，起到过电流或过温保护作用。高分子PTC热敏电阻与保险丝、双金属电路断路器及陶瓷PTC热敏电阻的主要区别是什么？高分子PTC热敏电阻是一种具有正温度系数特性的导电高分子材料，它与保险丝之间最显著的差异就是前者可以多次重复使用。这两种产品都能提供过电流保护作用，但同一只高分子PTC热敏电阻能多次提供这种保护，而保险丝在提供过电流保护之后，就必须用另外一只进行替换。高分子PTC热敏电阻与双金属电路断路器的主要区别在于前者在事故未被排除以前一直出于关断状态而不会复位，但双金属电路断路器在事故仍然存在时自身就能复位，这就可能导致在复位时产生电磁波及火花。同时，在电路处于故障条件下重新接通电路可能损坏设备，因而不安全。高分子PTC热敏电阻能够一直保持高电阻状态直到排除故障。高分子PTC热敏电阻与陶瓷PTC热敏电阻的不同在于元件的初始阻值、动作时间（对事故事件的反应时间）以及尺寸大小的差别。具有相同维持电流的高分子PTC热敏电阻与陶瓷PTC热敏电阻相比，高分子PTC热敏电阻尺寸更小、阻值更低，同时反应更快。高分子PTC热敏电阻的工作原理是什么？聚合物自复保险丝由聚合物基体及使其导电的碳黑粒子组成。由于聚合物自复保险丝为导体，其上会有电流通过。当有过电流通过聚合物自复保险丝时，产生的热量将使其膨胀。从而碳黑粒子将分开、聚合物自复保险丝的电阻将上升。这将促使聚合物自复保险丝更快的产生热、膨胀得更大，进一步使电阻升高。当温度达到125°C时，电阻变化显著，从而使电流明显减小。此时流过聚合物自复保险丝的小电流足以使其保持在这个温度和处于高阻状态。当故障清除后，聚合物自复保险丝收缩至原来的形状重新将碳黑粒子联结起来，从而降低电阻至具有规定的保持电流这个水平。上述过程可循环多次。什么情况下高分子PTC热敏电阻可以复位？复位的速度有多快？一般情况下只要除去加载在热敏电阻两端的电压，热敏电阻即可复位；但如果外界环境温度很高时（如150）热敏电阻不能复位。高分子PTC热敏电阻回复到低电阻状态需要的时间取决于多种因素：产品的类型、装配形式、结构、外界温度、断路状态的持续时间等。一般复位时间小于几分钟，某些情况下只需几秒钟热敏电阻即可复位。高分子PTC热敏电阻是自动复位吗？一旦排除故障和切断电源，热敏电阻即可复位，这时需要断开电路（维持电流）使热敏电阻冷却。热敏电阻中聚合物集体材料因冷却收缩从而炭黑颗粒重新连接起来，使电阻降低。这与双金属片装置的自动复位不同。典型的双金属装置即使故障没有排除也能复位，这导致在故障状态和保护状态之间不停切换，这可能损坏设备。但高分子PTC热敏电阻会保持在高电阻状态直到故障排除。高分子PTC热敏电阻的存贮期多长？如果存贮得当，高分子PTC热敏电阻的存贮期没有什么期限限制。若暴露在过潮或过高温度下，一些规格产品性能可能会改变，比如锡铅的可焊性等，但是在正常的电器元件保存条件下可以长期保存。能清洗高分子PTC热敏电阻吗？许多普通的电气元件清洗剂都可用来清洗该高分子PTC热敏电阻，但是一些清洗剂可能会损害热敏电阻的性能，清洗前最好进行试验或到我公司咨询。高分子PTC热敏电阻可以并联使用吗？可以。这样的主要优点是可以降低电阻并提高维持电流。高分子PTC热敏电阻可以串联使用吗？对多数使用来说这样没有什么好处，这样做是不实用的。因为总是有一个高分子PTC热敏电阻先断开，所以其它热敏电阻根本起不到额外的保护作用。压力对高分子PTC热敏电阻有何影响？施加在热敏电阻上的压力可能影响产品的电性能。如果在热敏电阻切断电路时压力太大并限制了产品的膨胀，这将使热敏电阻失去特定的功能而损坏。应该注意不能将热敏电阻安装在限制其膨胀的地方。将高分子PTC热敏电阻封装起来有何影响？一般说来，尽管有些客户成功地对我们的产品进行了封装，我们还是不提倡。在封装时一定要注意材料的选择与弯曲封装的方法。如果封装材料太硬将不允许聚合物自复保险丝按设计要求进行膨胀，从而使其不能按设计要求进行工作。即使封装材料软，聚合物自复保险丝的传热特性也会受到影响，使聚合物自复保险丝与设计要求表现不同。选型时应充分考虑封装对产品性能的影响，需要对产品进行封装时请向我公司咨询。高分子PTC热敏电阻的失效形式是什么？高分子PTC热敏电阻典型失效形式是产品室温电阻变得太大，这时产品的维持电流将变小。为了获得UL认证，热敏电阻必须达到两个标准：（1）能断路6000次而仍具有PTC能力；（2）保持断路状态1000小时而仍具有PTC能力。如果热敏电阻在故障状态时超过了它的额定电压或电流，或者断路次数超出了UL检测要求，则热敏电阻可能变形和燃烧。在最大电压或断路电流下高分子PTC热敏电阻可以工作多少次？每一个高分子PTC热敏电阻都有额定工作电压，在故障发生时可以承受额定的断路电流。为获得UL认证，开关必须能断路6000次并保持PTC性质。对用在通信设备（交换机、培训架保安单元等）中的热敏电阻来说，行标中规定了产品的使用寿命。这要求开关少则数十次，多则上百次能回复到初始特性值，设计者应牢记高分子PTC热敏电阻是用来防止故障的而不是将其断路状态象其正常状态一样使用。涂覆于高分子PTC热敏电阻上的包封材料组分是什么？涂覆于高分子PTC热敏电阻上的包封材料组分是阻燃环氧树脂，这些材料符合UL94V-0或IEC95-2-2标准的要求。电流超过维持电流IH但未达到动作电流IT会怎样？维持电流IH是指在指定外界条件下能通过高分子PTC热敏电阻而不会导致其动作（变成高电阻断路状态）的最大稳定电流。动作电流IT是在指定条件下通过高分子PTC热敏电阻会导致其动作的最小稳定电流。此时热敏电阻在不同情况可表现出不同的行为，这主要包括：环境温度、装配形式、热敏电阻的阻值等。因而热敏电阻可能保持低电阻状态，或者很快动作，也可能经过较长时间才动作。在IH和IT之间的电流值可用一个区域表示，在这个区域与热敏电阻的开关状态有关，但电流数值范围不能确切预测。如果电流足够高，热敏电阻或者可能维持低电阻状态且保持这个低电流或者可能转变入高电阻状态，这取决于热敏电阻的初始电阻、外界环境以及装配条件。Ih和It之间的关系是什么？为什么有差别？我们大部分产品It和Ih之间是2：1的关系。一些产品可能低达1.7：1而另一些产品可能高达3：1。热敏电阻的材料、加工方式及焊接形式的不同决定了It与Ih的比值。可以将高分子PTC热敏电阻用于过温控制吗？目前高分子PTC热敏电阻主要用作过电流保护，但许多高分子PTC热敏电阻也一样成功地用作过温度保护。高分子PTC热敏电阻在断路状态的电阻是多少？高分子PTC热敏电阻在断路状态下的电阻取决于以下因素：使用的产品规格、通过产品的电压及电流。电阻值可用以下公式求出：Rt=V2/Pd。高分子PTC热敏电阻在动作状态下的工作寿命是多少？UL认证要求热敏电阻产品在失去PTC特性前能保持1000小时的断路状态。在低于产品最高额定电压和电流的情况下可保持更长时间的断路状态。长时间处于断路状态可能会导致热敏电阻在复位后不能回复其初始电阻值和其它一些初始特性。每个热敏电阻的回复程度主要取决于故障条件和产品规格。高分子PTC热敏电阻的电压降是多少？这取决于所使用的产品规格。如果知道该种规格热敏电阻的电阻值和稳定工作状态下通过的电流，电压降一般是可以计算的。典型的电压降数值可由Rmax值求出，如果没有Rmax值，该电压降值为Rmin和Rl的平均值。若用Iop表示正常工作电流，Rp表示高分子PTC热敏电阻的电阻，则电路的电压降Vdrop可由公式：Vdrop=Iop×Rp求出。高分子PTC热敏电阻可按电阻进行分档吗？我们某些规格的热敏电阻是按阻值进行分类的，如SF250120、SN250120等系列，主要是为通讯设备设计的产品规格。高分子PTC热敏电阻是否可以与过电压保护装置一起工作？在远程通讯应用中，高分子PTC热敏电阻多数与过电压保护装置并用。这些过电压保护装置，包括固体放电管、气体放电管、MOV、二极管等，可以对雷电、高频感应、电力线搭接等产生的高压进行保护，而高分子PTC热敏电阻则对产生的过流进行保护。-