مقاومة حرارية PTC
أصل الثرمستور PTC
تيتانات الباريوم (BaTiO3)، الذي اكتشفته اليابان والولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي في أوائل أربعينيات القرن العشرين، يتميز عادةً بمقاومية كهربائية أكبر من 1010Ω·cm في درجة حرارة الغرفة. في عام 1952، وجد هايمان وآخرون من شركة فيليبس (هولندا) أنه عند إضافة كمية صغيرة من العناصر الأرضية النادرة (Y، Bi، Sb، إلخ)، تصبح مقاومته الكهربائية من 10 إلى 106Ω·cm، وأن خصائص درجة حرارة المادة تتوافق مع نقطة كوري. مع ذلك، لم ينشروا أي دراسات في ذلك الوقت، بل تقدموا بطلب للحصول على براءة اختراع فقط، لذلك لم يكن معروفًا للعامة حتى حوالي عام 1954. في عام 1961، أنتجت شركة موراتا للتصنيع لأول مرة كميات كبيرة من الثرمستورات PTC، وحصلت على العلامة التجارية المسجلة POSISTOR. حوالي عام 1963، بدأت الشركات الأوروبية والأمريكية واليابانية في تصنيع الثرمستورات PTC، والتي تم تطبيقها في تعويض درجة الحرارة، وكشف مستوى المياه، ومنع ارتفاع درجة حرارة المحرك، وسخانات التحكم التلقائي في درجة الحرارة، ودوائر إزالة المغناطيسية للتلفزيون الملون، وغيرها من المجالات.
معلمات اختيار الثرمستور PTC
يُعد فهم المعايير الرئيسية أمرًا أساسيًا لاختيار الثرمستور PTC المناسب لتطبيقك. إليك خمسة عوامل أساسية يجب مراعاتها.
1. أقصى جهد تشغيل
تُوصَل مقاومات PTC الحرارية على التوالي في الدائرة. أثناء التشغيل العادي، يبقى جزء صغير فقط من الجهد على مقاوم PTC. عندما يبدأ مقاوم PTC في حالة مقاومة عالية، يجب أن يتحمل جهد مصدر الطاقة بأكمله تقريبًا. لذلك، عند اختيار مقاوم PTC، يجب اختيار جهد تشغيل أقصى مرتفع بما يكفي، مع مراعاة التقلبات المحتملة في جهد مصدر الطاقة.
2. التيار غير التشغيلي والتيار التشغيلي
لضمان كفاءة التبديل، يجب أن يكون تيار التشغيل ضعف تيار التشغيل على الأقل. ونظرًا لتأثير درجة الحرارة المحيطة بشكل كبير على تيار التشغيل وتيار التشغيل (انظر الشكل أدناه)، يجب مراعاة أسوأ الاحتمالات. يجب اختيار تيار التشغيل عند أعلى درجة حرارة محيطة مسموح بها، وتيار التشغيل عند درجة حرارة محيطة أقل.
3. الحد الأقصى للتيار المسموح به عند أقصى جهد تشغيل
عند أداء الثرمستور PTC وظيفة الحماية، تأكد من عدم وجود أي ظروف في الدائرة تُنتج تيارًا يتجاوز الحد الأقصى المسموح به للتيار، والذي يُشير عادةً إلى احتمال حدوث قصر في الدائرة. وقد ذُكرت قيمة التيار الأقصى في المواصفات. في حال تجاوز هذه القيمة، قد يتلف الثرمستور PTC أو يتعطل قبل الأوان.
4. درجة الحرارة المتغيرة (درجة حرارة كوري)
يمكننا توفير مكونات حماية من التيار الزائد بدرجات حرارة كوري تتراوح بين 80 و100 و120 و140 درجة مئوية، إلخ. من ناحية، يعتمد تيار عدم التشغيل على درجة حرارة كوري وقطر رقاقة الثرمستور PTC. لتقليل التكاليف، يجب اختيار مكونات ذات درجة حرارة كوري عالية وحجم صغير؛ ومن ناحية أخرى، يجب مراعاة أن الثرمستور PTC المختار بهذه الطريقة ستكون درجة حرارته السطحية أعلى، مما قد يُسبب آثارًا جانبية غير مرغوب فيها في الدائرة. بشكل عام، يجب أن تتجاوز درجة حرارة كوري الحد الأقصى لدرجة الحرارة المحيطة للاستخدام بمقدار 20 إلى 40 درجة مئوية.
5. تأثير بيئة الاستخدام
عند ملامسة الكواشف الكيميائية أو استخدام مواد التغليف أو الحشوات، يجب اتخاذ عناية خاصة لمنع انخفاض سيراميك تيتانات الباريوم، مما قد يؤدي إلى انخفاض في تأثير الثرمستور PTC، والتغيرات في الموصلية الحرارية الناجمة عن التغليف، مما قد يتسبب في ارتفاع درجة الحرارة المحلية وتلف الثرمستور PTC.
مثال لاختيار الثرمستور PTC لمحول الطاقة
من المعروف أن الجهد الأساسي لمحول الطاقة هو ٢٢٠ فولت، والجهد الثانوي ١٦ فولت، والتيار الثانوي ١.٥ أمبير، وعندما يكون التيار الأساسي حوالي ٣٥٠ مللي أمبير، يجب أن يدخل المحول في حالة الحماية خلال ١٠ دقائق. تتراوح درجة حرارة بيئة عمل المحول بين -١٠ و٤٠ درجة مئوية، وترتفع درجة الحرارة بين ١٥ و٢٠ درجة مئوية أثناء التشغيل العادي. تم تركيب مقاوم حراري PTC بالقرب من المحول. يرجى اختيار مقاوم حراري PTC للحماية الأساسية.
1. تحديد أقصى جهد تشغيل
من المعروف أن جهد تشغيل المحول هو ٢٢٠ فولت. مع مراعاة معامل تذبذب مصدر الطاقة، يجب أن يصل أقصى جهد تشغيل إلى ٢٢٠ فولت × (١ + ٢٠٪) = ٢٦٤ فولت. أقصى جهد تشغيل للثرمستور PTC هو ٢٦٥ فولت.
2. تحديد التيار غير التشغيلي
بعد الحساب والقياس الفعلي، يبلغ التيار الأساسي للمحول ١٢٥ مللي أمبير عند التشغيل العادي. وبما أن درجة حرارة محيط موقع تركيب الثرمستور PTC تصل إلى ٦٠ درجة مئوية، يُمكن تحديد أن تيار عدم التشغيل يجب أن يتراوح بين ١٣٠ و١٤٠ مللي أمبير عند ٦٠ درجة مئوية.
3. تحديد تيار التشغيل
بالنظر إلى أن درجة الحرارة المحيطة لموقع تركيب الثرمستور PTC يمكن أن تكون منخفضة مثل -10 درجة مئوية أو 25 درجة مئوية، يمكن تحديد أن تيار التشغيل يجب أن يكون 340 ~ 350 مللي أمبير عند -10 درجة مئوية أو 25 درجة مئوية، ووقت التشغيل حوالي 5 دقائق.
4. حدد مقاومة القدرة الصفرية المقدرة R25
يُوصَل الثرمستور PTC على التوالي في الدائرة الأولية، ويجب أن يكون انخفاض الجهد الناتج صغيرًا قدر الإمكان. كما يجب أن تكون قدرة تسخين الثرمستور PTC صغيرة قدر الإمكان. بشكل عام، يجب أن يكون انخفاض جهد الثرمستور PTC أقل من 1% من إجمالي مصدر الطاقة. تُحسب قيمة R25 كالتالي:<br/>220 فولت × 1% ÷ 0.125 أمبير = 17.6 أوم.
5. تحديد الحد الأقصى للتيار
وفقًا للقياسات الفعلية، عند حدوث قصر في الدائرة الثانوية للمحول، يمكن أن يصل تيار الابتدائي إلى 500 مللي أمبير. إذا مر تيار أكبر عند حدوث قصر جزئي في الدائرة الابتدائية، يُحدد أن أقصى تيار للثرمستور PTC أعلى من 1 أمبير.
6. تحديد درجة حرارة كوري وأبعادها
بما أن درجة الحرارة المحيطة بموقع تركيب الثرمستور PTC قد تصل إلى 60 درجة مئوية، يتم اختيار درجة حرارة كوري بإضافة 40 درجة مئوية على هذا الأساس، لتصبح 100 درجة مئوية. ومع ذلك، نظرًا لانخفاض تكلفته وعدم تركيب الثرمستور PTC في ملف المحول، فإن ارتفاع درجة حرارة سطحه لن يؤثر سلبًا على المحول، لذا يمكن اختيار درجة حرارة كوري عند 120 درجة مئوية، مما يقلل قطر الثرمستور PTC بمقدار درجة واحدة، وبالتالي تنخفض التكلفة.
7. تحديد نموذج الثرمستور PTC
وفقًا للمتطلبات المذكورة أعلاه، راجع جدول مواصفات شركتنا وحدد MZ11-10P15RH265<br/>أي: أقصى جهد تشغيل 265 فولت، قيمة مقاومة الطاقة الصفرية المقدرة 15Q±25٪، التيار غير التشغيلي 140 مللي أمبير، التيار التشغيلي 350 مللي أمبير، التيار الأقصى 1.2 أمبير، درجة حرارة كوري 120 درجة مئوية، والحجم الأقصى 11.0 مم.
مزايا قلب الثرمستور PTC
توفر الثرمستورات PTC مزايا فريدة تجعلها مثالية لتطبيقات الحماية والتحكم المختلفة في الدوائر الإلكترونية.
وظيفة الحماية الذاتية
عندما تتجاوز درجة الحرارة الحد الأقصى، تزداد مقاومة الثرمستور بشكل حاد، مما يحدّ تلقائيًا من التيار. ومن الأمثلة على ذلك حماية المحرك من التيار الزائد وحماية بطارية الليثيوم.
لا يتطلب أي تحكم خارجي
تستجيب الطبيعة السلبية للثرمستور بشكل مباشر لتغيرات درجة الحرارة، مما يبسط تصميم الدائرة ويقلل من تعقيد النظام.
حياة طويلة
يمنع غياب الاتصالات الميكانيكية الشيخوخة، مما يجعلها بديلاً متينًا للصمامات التقليدية مع عمر تشغيلي أطول.
إمكانية التخصيص
القدرة على ضبط نقطة كوري من خلال تعديل المواد، حيث تتمتع PTCs الخزفية بالقدرة على الوصول إلى درجات حرارة تتراوح بين 20 إلى 300 درجة مئوية لتطبيقات مختلفة.
عندما تكون الدائرة في حالة طبيعية، يكون التيار المار عبر مقاوم PTC لحماية التيار الزائد أقل من التيار المقنن، ويكون مقاوم PTC في حالة طبيعية بقيمة مقاومة صغيرة جدًا، مما لا يؤثر على التشغيل الطبيعي للدائرة المحمية. عند تعطل الدائرة وتجاوز التيار التيار المقنن بشكل كبير، يسخن مقاوم PTC فجأةً ويصبح في حالة مقاومة عالية، مما يضع الدائرة في حالة "انفصال" نسبي، وبالتالي يحميها من التلف. عند زوال العطل، يعود مقاوم PTC تلقائيًا إلى حالة مقاومة منخفضة، وتستأنف الدائرة التشغيل الطبيعي.
عندما تكون الدائرة في حالة طبيعية، يكون التيار المار عبر مقاوم PTC لحماية التيار الزائد أقل من التيار المقنن، ويكون مقاوم PTC في حالة طبيعية بقيمة مقاومة صغيرة جدًا، مما لا يؤثر على التشغيل الطبيعي للدائرة المحمية. عند تعطل الدائرة وتجاوز التيار التيار المقنن بشكل كبير، يسخن مقاوم PTC فجأةً ويصبح في حالة مقاومة عالية، مما يضع الدائرة في حالة "انفصال" نسبي، وبالتالي يحميها من التلف. عند زوال العطل، يعود مقاوم PTC تلقائيًا إلى حالة مقاومة منخفضة، وتستأنف الدائرة التشغيل الطبيعي.
عملية تصنيع الثرمستور PTC
يبدأ تصنيع الثرمستورات PTC بمزيج من كربونات الباريوم وأكسيد التيتانيوم ومواد أخرى تُنتج الخصائص الكهربائية والحرارية المطلوبة. تُطحن هذه المواد وتُخلط وتُضغط في أقراص أو مستطيلات، ثم تُلبَّد، ويفضل أن يكون ذلك عند درجة حرارة أقل من 1400 درجة مئوية. بعد ذلك، تُوصل بعناية مع بعضها البعض، وتُجهز بعناصر توصيل حسب الطراز، ثم تُطلى أو تُغلَّف.
التطبيقات النموذجية لمقاومات PTC
حماية من التيار الزائد: الأجهزة المنزلية (مجففات الشعر، ماكينات القهوة)، إلكترونيات السيارات. استشعار درجة الحرارة وتعويضها: نظام التحكم في درجة حرارة المعدات الصناعية. تسخين ذاتي التنظيم: سخان بدرجة حرارة ثابتة (مقاومة PTC السيراميكية مستقرة بالقرب من نقطة كوري). حماية الدائرة الإلكترونية: تحديد تيار USB، حماية لوحة الدوائر المطبوعة من ارتفاع درجة الحرارة.
