Termistor PTC
Origen del termistor PTC
El titanato de bario (BaTiO₃), descubierto por Japón, Estados Unidos y la Unión Soviética a principios de la década de 1940, generalmente presenta una resistividad superior a 10⁻¹⁺⁻¹⁺⁻¹⁺ a temperatura ambiente. En 1952, Haayman et al., de Philips (Países Bajos), descubrieron que, al añadir una pequeña cantidad de tierras raras (Y, Bi, Sb, etc.), su resistividad se situaba entre 10⁻¹⁺ ... Alrededor de 1963, las empresas europeas, estadounidenses y japonesas comenzaron a industrializar los termistores PTC, que se aplicaron en compensación de temperatura, detección de nivel de agua, prevención de sobrecalentamiento de motores, calentadores de control automático de temperatura, circuitos de desmagnetización de TV en color y otros campos.
Parámetros de selección del termistor PTC
Comprender los parámetros clave es fundamental para seleccionar el termistor PTC adecuado para su aplicación. A continuación, se presentan los cinco factores críticos a considerar.
1. Voltaje máximo de funcionamiento
Los termistores PTC se conectan en serie en el circuito. Durante el funcionamiento normal, solo una pequeña parte de la tensión permanece en el termistor PTC. Cuando el termistor PTC arranca en un estado de alta resistencia, debe soportar casi toda la tensión de alimentación. Por lo tanto, al seleccionar un termistor PTC, se debe seleccionar una tensión de funcionamiento máxima suficientemente alta y considerar también las posibles fluctuaciones en la tensión de alimentación.
2. Corriente de no funcionamiento y corriente de funcionamiento
Para obtener una función de conmutación fiable, la corriente de operación debe ser al menos el doble de la corriente de reposo. Dado que la temperatura ambiente influye considerablemente en la corriente de reposo y la de operación (véase la figura siguiente), se debe considerar el peor caso. La corriente de reposo debe seleccionarse a la temperatura ambiente más alta admisible, y para la corriente de operación, el valor utilizado a una temperatura ambiente más baja.
3. Corriente máxima permitida a la tensión máxima de funcionamiento
Cuando el termistor PTC cumple la función de protección, verifique si existen condiciones en el circuito que produzcan una corriente superior a la máxima admisible, lo que generalmente indica la posibilidad de un cortocircuito. El valor máximo de corriente se indica en las especificaciones. Si se utiliza por encima de este valor, el termistor PTC podría dañarse o fallar prematuramente.
4. Temperatura de conmutación (temperatura de Curie)
Ofrecemos componentes de protección contra sobrecorriente con temperaturas de Curie de 80 °C, 100 °C, 120 °C, 140 °C, etc. Por un lado, la corriente de reposo depende de la temperatura de Curie y del diámetro del chip del termistor PTC. Para reducir costos, se recomienda seleccionar componentes con alta temperatura de Curie y tamaño pequeño. Por otro lado, se debe considerar que el termistor PTC seleccionado de esta manera tendrá una temperatura superficial más alta, lo que podría causar efectos secundarios indeseables en el circuito. En general, la temperatura de Curie debe superar la temperatura ambiente máxima de uso en 20 a 40 °C.
5. Influencia del entorno de uso
Al entrar en contacto con reactivos químicos o utilizar materiales de encapsulado o rellenos, se debe tener especial cuidado para evitar la reducción de la cerámica de titanato de bario, que puede conducir a una disminución en el efecto del termistor PTC y cambios en la conductividad térmica causados por el encapsulado, que pueden causar sobrecalentamiento local y daños al termistor PTC.
Ejemplo de selección de un termistor PTC para un transformador de potencia
Se sabe que la tensión primaria del transformador de potencia es de 220 V, la tensión secundaria es de 16 V, la corriente secundaria es de 1,5 A y la corriente primaria es de aproximadamente 350 mA cuando la tensión secundaria es anormal. El transformador debe entrar en estado de protección en 10 minutos. La temperatura ambiente de trabajo del transformador es de -10 ~ 40 ℃, y el aumento de temperatura es de 15 ~ 20 ℃ durante el funcionamiento normal. El termistor PTC está instalado cerca del transformador. Seleccione un termistor PTC para la protección primaria.
1. Determine el voltaje máximo de trabajo.
Se sabe que la tensión de trabajo del transformador es de 220 V. Considerando el factor de fluctuación de la fuente de alimentación, la tensión de trabajo máxima debería ser de 220 V × (1 + 20 %) = 264 V. La tensión de trabajo máxima del termistor PTC es de 265 V.
2. Determine la corriente de no funcionamiento
Tras el cálculo y la medición real, la corriente primaria del transformador es de 125 mA en funcionamiento normal. Considerando que la temperatura ambiente del lugar de instalación del termistor PTC alcanza los 60 °C, se puede determinar que la corriente en reposo debería ser de 130 a 140 mA a 60 °C.
3. Determine la corriente de operación
Teniendo en cuenta que la temperatura ambiente del lugar de instalación del termistor PTC puede ser tan baja como -10 ℃ o 25 ℃, se puede determinar que la corriente de funcionamiento debe ser de 340 ~ 350 mA a -10 ℃ o 25 ℃, y el tiempo de funcionamiento es de aproximadamente 5 minutos.
4. Determine la resistencia nominal de potencia cero R25
El termistor PTC se conecta en serie en el primario, y la caída de tensión generada debe ser lo más baja posible. La potencia de calentamiento del propio termistor PTC también debe ser lo más baja posible. Generalmente, la caída de tensión del termistor PTC debe ser inferior al 1 % de la alimentación total. R25 se calcula:<br/>220 V x 1 % ÷ 0,125 A = 17,6 Ω
5. Determine la corriente máxima
Según mediciones reales, al cortocircuitar el secundario del transformador, la corriente primaria puede alcanzar los 500 mA. Si circula una corriente mayor al producirse un cortocircuito parcial en la bobina primaria, la corriente máxima del termistor PTC se determina como superior a 1 A.
6. Determine la temperatura de Curie y las dimensiones.
Considerando que la temperatura ambiente del lugar de instalación del termistor PTC puede alcanzar los 60 °C, la temperatura de Curie se selecciona sumando 40 °C a esta base, obteniendo un valor de 100 °C. Sin embargo, considerando su bajo costo y que el termistor PTC no está instalado en la bobina del transformador, su mayor temperatura superficial no afectará negativamente al transformador. Por lo tanto, se puede seleccionar una temperatura de Curie de 120 °C, lo que permite reducir el diámetro del termistor PTC en un nivel y, por lo tanto, el costo.
7. Determine el modelo del termistor PTC
De acuerdo con los requisitos anteriores, consulte la tabla de especificaciones de nuestra empresa y seleccione MZ11-10P15RH265<br/>Es decir: voltaje operativo máximo 265 V, valor de resistencia de potencia cero nominal 15 Q ± 25 %, corriente sin funcionamiento 140 mA, corriente operativa 350 mA, corriente máxima 1,2 A, temperatura de Curie 120 °C y tamaño máximo 11,0 mm.
Ventajas del núcleo del termistor PTC
Los termistores PTC ofrecen ventajas únicas que los hacen ideales para diversas aplicaciones de protección y control en circuitos electrónicos.
Función de autoprotección
Cuando la temperatura supera el umbral, la resistencia del termistor aumenta bruscamente, limitando automáticamente la corriente. Algunos ejemplos son la protección contra sobrecorriente del motor y la protección de la batería de litio.
No requiere control externo
La naturaleza pasiva del termistor responde directamente a los cambios de temperatura, lo que simplifica el diseño del circuito y reduce la complejidad del sistema.
Larga vida
La ausencia de contactos mecánicos evita el envejecimiento, convirtiéndolos en una alternativa duradera a los fusibles tradicionales con una vida útil operativa prolongada.
Personalización
La capacidad de ajustar el punto de Curie mediante la modificación del material, con PTC cerámicos capaces de alcanzar temperaturas entre 20-300°C para diversas aplicaciones.
Cuando el circuito se encuentra en estado normal, la corriente que pasa por el termistor PTC de protección contra sobrecorriente es inferior a la corriente nominal, y dicho termistor se encuentra en estado normal con una resistencia muy baja, lo que no afecta al funcionamiento normal del circuito protegido. Si un circuito falla y la corriente supera considerablemente la corriente nominal, el termistor PTC de protección contra sobrecorriente se calienta repentinamente y alcanza un estado de alta resistencia, lo que provoca que el circuito se desconecte y lo proteja de daños. Una vez solucionada la falla, el termistor PTC de protección contra sobrecorriente también vuelve automáticamente a un estado de baja resistencia y el circuito reanuda su funcionamiento normal.
Cuando el circuito se encuentra en estado normal, la corriente que pasa por el termistor PTC de protección contra sobrecorriente es inferior a la corriente nominal, y dicho termistor se encuentra en estado normal con una resistencia muy baja, lo que no afecta al funcionamiento normal del circuito protegido. Si un circuito falla y la corriente supera considerablemente la corriente nominal, el termistor PTC de protección contra sobrecorriente se calienta repentinamente y alcanza un estado de alta resistencia, lo que provoca que el circuito se desconecte y lo proteja de daños. Una vez solucionada la falla, el termistor PTC de protección contra sobrecorriente también vuelve automáticamente a un estado de baja resistencia y el circuito reanuda su funcionamiento normal.
Proceso de fabricación de termistores PTC
La fabricación de termistores PTC comienza con una mezcla de carbonato de bario, óxido de titanio y otros materiales que producen las características eléctricas y térmicas deseadas. Estos materiales se muelen, mezclan y comprimen en discos o rectángulos, y posteriormente se sinterizan, preferiblemente a una temperatura inferior a 1400 °C. Posteriormente, se conectan cuidadosamente entre sí, se equipan con elementos de conexión según el modelo y, finalmente, se recubren o encapsulan.
Aplicaciones típicas del termistor PTC
Protección contra sobrecorriente: electrodomésticos (secadores de pelo, cafeteras), electrónica automotriz. Detección y compensación de temperatura: sistema de control de temperatura para equipos industriales. Calefacción autorregulada: calentador de temperatura constante (la resistencia del PTC cerámico es estable cerca del punto de Curie). Protección de circuitos electrónicos: limitación de corriente USB, protección contra sobretemperatura de la PCB.
