PTC基础知识介绍

1、PTC基础知识介绍 PTC基础知识和应用 一、PTC基础知识和应用 1.PTC nPTC：正温度系数(Positive temperature coefficient 简称PTC )；PTC 效应即电阻随温度的升高而变大的现象。 与PTC效应相反的为NTC(Negative Temperature CoeffiCient 负温度系数 )效应。 n我们常说的PTC全称应为CPTCR ：陶瓷PTC电阻，即具有PTC效应 的陶瓷热敏电阻； n另外一类常用的具有PTC效应的器件为高分子PTC，即有机 PTC/PPTC。有机PTC具有室温电阻小（一般为几十毫欧），常用作 过流保护元件。 2.陶瓷陶瓷PT

2、C效应的理论基效应的理论基 础础 n目前的陶瓷PTC为BaTiO3 基。 nBaTiO3是典型的钙钛矿结构，BaTiO3陶瓷具有三个相变点，四种晶型，第一相 变点（即居里点，Tc）在120，高于120为立方晶系，低于120依次为正交 晶系、四方晶系和三角晶系。 n为了使BaTiO3系列陶瓷的居里温度移动，通常加入移峰剂，如Pb和Sr的氧化物， 改变的范围在-250490之间，变化效率3.7/%mol；目前市场批量使用 PTC居里温度60300。 n陶瓷PTC 的半导化是施主半导化，通常需要掺杂一些施主杂质如：Bi（铋）， La（镧），Y（钇 ），Nb（铌 ），Sb（锑 ）的氧化物，双施主掺杂可

3、以获得 性能良好的PTC效应；为了易于在固相烧结时形成液相易于烧结，通常添加烧结 助剂有：Al2O3、SiO2、TiO2 ，俗称AST相。添加Mn和Cu的氧化物作为受主 态，主要存在 BaTiO3陶瓷的晶界处，可以明显提高PTC性能。 n总：陶瓷PTC效应三大基础为：晶体半导化、铁电相变、晶界效应。 陶瓷陶瓷PTC元器件的工艺流程元器件的工艺流程 n称量 球磨 预烧结 造 粒 成型成型 烧结 磨边 n清洗 上电极上电极 阻值分选 耐 压检测 温度检测 n最终检测 包装 入库 3.陶瓷陶瓷PTC元件性能元件性能 3.1陶瓷PTC元件 R-T曲 线 :电阻温度系数电阻温度系数 （斜率）（斜率） ：

4、=lg( max/min) 升阻比升阻比 说明：R-T曲线是在PTC元件自身不发热的条件下测试的。 nR25：室温电阻，PTC元件内部及周围环境25下PTC元 件电阻PTC常用参数 nRmin：最小电阻，R-T曲线最低点对应电阻 nTc：2倍Rmin处对应的温度PTC元件常用参数 n：=lg(R max/Rmin)升阻比; R-T测试仪中用 R max/Rmin n:=ln(Ra/Rb)/(Ta-Tb)*100%.电阻温度系数（Tc到 Tp间曲线斜率）表征PTC元件PTC效应的强弱 nTs：PTC元件在标况及无风条件下，PTC在额定电压下工 作时，PTC元件表面的稳定温度（自控温温度）稳定温度

5、（自控温温度）PTC 主要参数，在R-T曲线位于Tc右侧。 35X13X2.7 Ts275&230v RT曲线测试 PTC自控温本质 nPTC的自控温特性是R-T特性的表现； nR-T特性是PTC的核心特征； n如何理解PTC的R-T特性： 1. 陶瓷PTC是热敏电阻，不是恒电阻； 2.电阻的变化是PTC自身温度的变化造成的，即温度的变化引起电阻的 变化； 3.PTC温度变化一般有2种情况，第一为PTC自身不产生热量，有外部供 热，如放置于恒温箱中； 第二为PTC自身产生热量，即给PTC通一定的电 压，PTC自身发热，通过热量余量的累积使PTC升温； 4.通常测试的PTC R-T曲线均是外部加

6、热，自身发热条件下测试得到； 5.PTC的NTC段：电阻随着温度的升高而减小，不具有热量补偿特性热量补偿特性，是 PTC发热器的非正常工作区域；室温电阻和NTC段末端的最小电阻之间的 比值一般为110之间； 对于一个PTC发热器，PTC通电时，PTC自身发热导致自身温度升 高，从而引起电阻的减少，热量也跟着增多，在升温过程中，如果PTC热 量一直大于其散失的热量，PTC温度可以一直升高到越过NTC段； 如果 PTC热量在NTC段的某一位置等于其散热的热量，那PTC将无法越过NTC段， 将工作于NTC段，即无法正常启动工作； 因此在产品设计中，必须避免使用PTC工作在NTC段； 6.PTC段 6

7、.1.PTC段尤其是Tc-Tp段，电阻随温度的变化程指数化变化，变化率 可达到30%/，即具有快速的热补偿特性，是PTC自控温的关键； 6.2.PTC在额定电压下工作，PTC自身温度达到Tc-Tp段后，随着温度 升高，PTC电阻快速增加，导致电流快速减少，PTC发热量也快速减少， 当PTC发热量与PTC散热量达到平衡时，在未改变PTC散热条件的情况下， PTC温度将处于恒温状态，即处于自控温状态； 6.3.当PTC周围散热条件变化时，将引起PTC温度的变化，而Tc-Tp段， PTC温度稍有变化时，电阻便有非常明显的变化，热量得以快速补偿，这 是PTC在一定条件下能够稳定在较小的温度范围内的关键

8、。 6.4. 在设计PTC发热器时，必须保证PTC片工作在R-T曲线中PTC段。 3.23.2电流时间特性电流时间特性 n电流-时间特性是指PTC 在施加电压的过程中，电流随时间的变化特性，开始加电流的瞬 间称为起始电流，最大电 流称为冲击电流。 n影响冲击电流大小的因素主要有陶瓷PTC元件的居里点和室温电阻。 n动作电流 Ik：流过PTC热敏电阻的电流，足以使PTC热敏电阻自热温升超过居里温度，这 样的电流称为动作电流。 动作电流的最小值称为最小动作电流。 1）恒流输入时，电流小于动作电流，导致PTC无法正常启动，PTC处于NTC段，不能正 常工作； 2）恒压输入时，即输入电压低于一定值，P

9、TC电流过小，达不到动作电流，PTC无法正 常启动，不能正常工作； n不动作电流 Ink：流过PTC热敏电阻的电流，不足以使PTC热敏电阻自热温升超过居里温 度， 这样的电流称为不动作电流。不动作电流的最大值称为最大不动作电流 3.33.3伏安特性伏安特性 n电压-电流特性简称伏安特性，PTC的伏安特性不符合欧姆定律。 n伏安特性曲线上有三个区间：线性上升区-双曲线区-NTC区，Imax ：动作电流或保护电流， 根据这一特性，可以将PTC用于各种不同的电流过流保护元件。伏安特性曲线随环境温度 的上升而下移 。不同的室温电阻和居里点的PTC具有不同的伏安特性曲线，因此可以从动 作电流对应的不同电

10、压选择各种电压下需要的室温电阻值。在伏安特性曲线上的双曲线区， 电压*电流 定值，即功率随电压的的增大变化很小。 n额定电压 VN：额定电压是在最大工作电压Vmax以下的供电电压。通常 Vmax = VN + 15% n击穿电压 VR：击穿电压是指PTC热敏电阻最高的电压承受能力。PTC热敏电阻在击穿电 压以上时将会击穿失效。 3.4陶瓷PTC作为发热元件主要特点 n有恒温、调温、自动控温的特殊功能有恒温、调温、自动控温的特殊功能：当在PTC元件施加交流或直流电压升温时，在居里 点温度以下，电阻率很低；当一旦超越居里点温度，电阻率突然增长，使其电流下降至稳 定值，达到自动控制温度、恒温目的。

11、n安全可靠：安全可靠：PTC元件发热时不发红，无明火（电热丝发热时发红），且发热器最高温度一 般在280以内，不会造成其他物品燃烧，非常安全可靠。 n热转换效率高，省电：热转换效率高，省电：PTC只发热，不发光，且工作温度较低，热效率高； n寿命长：寿命长：PTC元件本身为氧化物，且内部结构稳定，寿命长，可达10万小时。 n结构简单：结构简单：PTC元件本身自动控温，不需另加自动控制温度线路装置； n电压适应性强：电压适应性强：电压波动20%-30%，PTC加热效果不会产生明显变化；可在不改变结构的情 况下，制造出100240V全部可以使用的发热器； 3.5 PTC元件常规参 数 n工作电压、

12、室温电阻工作电压、室温电阻 360V： 5 200 （常用）（常用） 100 127V： 100 1500 （常用）（常用） 220 240V： 0.5 8.0K （常用）（常用） 300350V: 5K120k （常用（常用） 350-650V： 1203000k （常用（常用） n居里点居里点Tc（表面温度（表面温度Ts） 低温低温Tc60 Tc100 中温中温Tc100Tc260 高温高温Tc260 Tc295 PTC片表面温度范围片表面温度范围5； 一般情况一般情况Ts=Tc+(15 25 ) n形状尺寸形状尺寸 长度：长度：45、40、35、30、24、18mm等等 宽度：宽度：20

13、、15、13、10、8、6、5、4mm等等 厚度：厚度：3.0、2.5、2.4、2.1、2.0、1.8mm等等 长方形、圆形、环形长方形、圆形、环形 不同的产品选择不同的温度范围 根据产品需要 选择合适的规格 n电极类型 用陶瓷制作电子元件必须有电极，电极用于消除接触电阻，对于陶 瓷PTC ，要使陶瓷和 金属电极之间形成欧姆接触，通常使用 的电极有 镀镀Ni电极、银浆电极和铝电极电极、银浆电极和铝电极。铝电极铝电极由于具有易于粘接的优点在发热 体领域得到了广泛的应用。 PTC片有单面电极和双面电极两类。 n冲击电流 根据产品需要，单PTC片冲击电流0.16A； 额定电压下通电，达最小电阻时的电

14、流 冲击电流较大时，制热速度快，达到稳定功率的时间较短，但对电路冲 击也相对大 冲击电流较小时，制热速度慢，达到稳定功率的时间较长，但对电路冲 击也小 以上性能在设计使用发热器时要综合考虑，根据实际情况选择发热器。以上性能在设计使用发热器时要综合考虑，根据实际情况选择发热器。 推荐尽量采用有一定冲击电流的发热器，虽然瞬间电流较大，但由于是推荐尽量采用有一定冲击电流的发热器，虽然瞬间电流较大，但由于是 较短时间内的冲击，一般对电路中温控、熔断器不会造成影响，而发热较短时间内的冲击，一般对电路中温控、熔断器不会造成影响，而发热 迅速，到达稳定功率的时间就大大缩短，同时发热器的性能也较稳定。迅速，到达稳定功率的时间就大大缩短，同时发热器的性能也较稳定。 4.陶瓷PTC应用 n恒温加热：恒温加热： 直发器、卷发器直发器、卷发器、发梳、发梳、动力锂电