Kiến thức cơ bản về PTC

PTC là tên viết tắt của Hệ số nhiệt độ dương, thường dùng để chỉ các vật liệu hoặc linh kiện bán dẫn có hệ số nhiệt độ dương lớn. Thông thường, khi nhắc đến PTC là chúng ta đang đề cập đến Thermistors Hệ số Nhiệt độ Dương, thường được gọi là thermistor PTC. Điện trở nhiệt PTC là một loại điện trở bán dẫn có độ nhạy nhiệt độ và khi nhiệt độ vượt quá một ngưỡng nhất định (nhiệt độ Curie), điện trở của chúng tăng đột ngột khi nhiệt độ tăng.

Vật liệu gốm thường được sử dụng làm chất cách điện tuyệt vời với điện trở suất cao. Điện trở nhiệt PTC bằng gốm được chế tạo bằng cách sử dụng bari titanate làm chất nền và pha tạp với các vật liệu gốm đa tinh thể khác, dẫn đến đặc tính bán dẫn và điện trở thấp hơn. Điều này đạt được thông qua việc pha tạp có chủ ý một nguyên tố hóa học có hóa trị cao hơn làm điểm mạng tinh thể. Một phần ion bari hoặc ion titanate trong mạng được thay thế bằng các ion có hóa trị cao hơn, tạo ra một số lượng electron tự do nhất định góp phần tạo nên tính dẫn điện.

Nguyên nhân gây ra hiệu ứng PTC (Hệ số nhiệt độ dương), tức là điện trở tăng đột ngột, nằm ở tổ chức của vật liệu, bao gồm nhiều vi tinh thể nhỏ. Tại các mặt phân cách của các tinh thể này, được gọi là ranh giới hạt, các rào cản được hình thành, cản trở sự di chuyển của các electron sang các vùng lân cận. Kết quả là sức đề kháng trở nên cao. Hiệu ứng này được bù đắp ở nhiệt độ thấp do hằng số điện môi cao và cường độ phân cực tự phát ở ranh giới hạt, ngăn cản sự hình thành các rào cản và cho phép các electron chuyển động tự do. Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao, hằng số điện môi và cường độ phân cực giảm đáng kể, khiến các rào cản và điện trở tăng mạnh, thể hiện hiệu ứng PTC mạnh.

Cân và trộn: Các vật liệu như bari cacbonat, titan dioxide và các chất phụ gia khác được cân và trộn chính xác để đạt được các đặc tính điện và nhiệt cần thiết.

1. Nghiền ướt: Hỗn hợp trải qua quá trình nghiền ướt để tạo thành hỗn hợp sệt đồng nhất.

2. Khử nước và làm khô: Sau đó, bột nhão được khử nước và sấy khô để loại bỏ độ ẩm dư thừa.

3. Ép khô: Vật liệu khô được ép khô thành nhiều hình dạng khác nhau, chẳng hạn như đĩa, hình chữ nhật, vòng hoặc cấu trúc tổ ong.

4. Thiêu kết: Các phôi ép được thiêu kết ở nhiệt độ cao (khoảng 1400 độ) để tạo thành các thành phần gốm.

5. Ứng dụng điện cực: Các điện cực được áp dụng lên bề mặt của các bộ phận gốm để làm cho chúng dẫn điện.

6. Phân loại điện trở: Các thành phần trải qua quá trình phân loại điện trở để phân loại dựa trên giá trị điện trở của chúng.

7. Liên kết dây: Tùy thuộc vào cấu trúc của sản phẩm cuối cùng, việc liên kết dây được thực hiện để kết nối các bộ phận.

8. Bọc cách điện: Các bộ phận được bọc trong vật liệu cách điện để bảo vệ.

9. Lắp ráp: Các bộ phận được lắp ráp và nếu cần, chúng được đặt trong vỏ bảo vệ.

10. Kiểm tra điện áp chịu được: Các nhiệt điện trở PTC đã lắp ráp phải trải qua quá trình kiểm tra điện áp chịu được để đảm bảo an toàn về điện của chúng.

11. Kiểm tra điện trở: Điện trở của nhiệt điện trở PTC được kiểm tra để xác minh hiệu suất của chúng.

12. Thử nghiệm lần cuối: Thử nghiệm toàn diện được tiến hành để đánh giá chức năng tổng thể của điện trở nhiệt PTC.

13. Đóng gói: Các điện trở nhiệt PTC đã được kiểm tra và phê duyệt sẽ được đóng gói để vận chuyển.

14. Bảo quản: Các điện trở nhiệt PTC đóng gói được bảo quản trong môi trường thích hợp cho đến khi chúng được phân phối hoặc sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau.

Điện trở nhiệt PTC thể hiện mối quan hệ phụ thuộc vào nhiệt độ giữa điện trở và nhiệt độ, thường được gọi là đặc tính Điện trở-Nhiệt độ (RT). Đặc tính RT mô tả sự phụ thuộc của điện trở không công suất của nhiệt điện trở PTC vào nhiệt độ của nó, dưới một điện áp xác định.

Điện trở không công suất đề cập đến giá trị điện trở của nhiệt điện trở PTC khi được đo ở nhiệt độ nhất định, với công suất ứng dụng rất thấp, thấp đến mức có thể bỏ qua sự thay đổi điện trở do tiêu tán công suất. Điện trở không công suất định mức biểu thị giá trị được đo ở nhiệt độ môi trường xung quanh là 25 độ.

 

 

 

• Rmin: điện trở tối thiểu

• Tmin: Nhiệt độ tính bằng Rmin

• Rtc: 2 lần Rmin

• Tc:

Tham số chính đặc trưng cho chất lượng của đặc tính RT là hệ số nhiệt độ ( ), phản ánh độ dốc của đường cong RT. Hệ số nhiệt độ cao hơn ( ) cho thấy nhiệt điện trở PTC nhạy hơn với sự thay đổi nhiệt độ, dẫn đến hiệu ứng PTC rõ rệt hơn. Nói cách khác, hệ số nhiệt độ cao hơn có nghĩa là hiệu suất tốt hơn và tuổi thọ dài hơn cho nhiệt điện trở PTC.

Hệ số nhiệt độ ( ) của nhiệt điện trở PTC được định nghĩa là sự thay đổi tương đối của điện trở do thay đổi nhiệt độ. Nó có thể được tính bằng công thức:=(log(R2) - log(R1)) / (T2 - T1)

Thông thường, T1 được lấy là Tc + 15 độ và T2 được lấy là Tc + 25 độ, trong đó Tc là nhiệt độ Curie của nhiệt điện trở PTC.

 

VI Đặc điểm

 

Đặc tính Điện áp-Dòng điện (VI), còn được gọi là đặc tính dòng điện-điện áp hoặc đơn giản là đặc tính VI, minh họa sự phụ thuộc lẫn nhau giữa điện áp và dòng điện trong nhiệt điện trở PTC khi nó đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt dưới tải điện.

 

 

 

• Ik: Dòng điện làm việc ở điện áp ứng dụng Vk

• Ir: Dòng điện dư khi áp dụng Vmax

• Vmax: Điện áp tối đa

• VN: Điện áp định mức

• VD: Điện áp đánh thủng

Đặc tính VI của nhiệt điện trở PTC thường có thể được chia thành ba vùng:

Vùng tuyến tính (0-Vk): Trong vùng này, mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện tuân theo định luật Ohm và không có biến thiên phi tuyến tính đáng kể. Nó còn được gọi là vùng không hoạt động vì nhiệt điện trở PTC không thể hiện bất kỳ thay đổi đáng chú ý nào về điện trở của nó.

Vùng chuyển tiếp (Vk-Vmax): Trong vùng này, được gọi là vùng chuyển tiếp hoặc chuyển mạch, điện trở của nhiệt điện trở PTC trải qua sự thay đổi nhanh chóng do tự nóng lên. Khi điện áp tăng, dòng điện giảm, dẫn đến nhiệt điện trở PTC chuyển từ trạng thái điện trở thấp sang trạng thái điện trở cao. Vùng này còn được gọi là vùng hành động.

Vùng đánh thủng (VD trở lên): Trong vùng này, được gọi là vùng đánh thủng hoặc cắt, dòng điện tăng khi điện áp tăng. Điện trở của nhiệt điện trở PTC thể hiện sự giảm theo cấp số nhân, dẫn đến dòng điện cao hơn ở điện áp cao hơn. Kết quả là nhiệt độ của nhiệt điện trở PTC tăng lên, dẫn đến điện trở giảm hơn nữa. Cuối cùng, điều này có thể gây ra sự cố nhiệt hoặc ngắt điện trở nhiệt PTC.

Đặc tính VI là tham chiếu quan trọng cho việc bảo vệ quá dòng do nhiệt điện trở PTC cung cấp. Nó giúp xác định hoạt động của nhiệt điện trở trong các điều kiện điện áp và dòng điện khác nhau, đảm bảo bảo vệ hiệu quả chống lại dòng điện quá mức.

Đặc tính thời gian hiện tại đề cập đến đặc tính của nhiệt điện trở PTC trong đó dòng điện thay đổi theo thời gian trong quá trình đặt điện áp.

Khi điện áp ban đầu được đặt vào nhiệt điện trở PTC, dòng điện tại thời điểm đó được gọi là Dòng khởi động. Khi nhiệt điện trở PTC đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt, dòng điện còn lại được gọi là Dòng điện dư.

Ở nhiệt độ môi trường nhất định, khi dòng điện ban đầu (đảm bảo đó là dòng điện hoạt động) được cấp vào nhiệt điện trở PTC, thời gian để dòng điện giảm xuống 50% dòng điện khởi động được gọi là Thời gian đáp ứng hoặc Hằng số thời gian đáp ứng. Đặc tính thời gian hiện tại là tham chiếu quan trọng cho các ứng dụng khác nhau của điện trở nhiệt PTC, chẳng hạn như khử từ tự động, khởi động chậm và bảo vệ quá tải.