Thermistance PTC
Origine de la thermistance PTC
Le titanate de baryum (BaTiO3), découvert par le Japon, les États-Unis et l'Union soviétique au début des années 1940, présente généralement une résistivité supérieure à 1010 Ω·cm à température ambiante. En 1952, Haayman et al. de Philips (Pays-Bas) ont découvert qu'en ajoutant une petite quantité de terres rares (Y, Bi, Sb, etc.), sa résistivité atteignait 10~106 Ω·cm et que les caractéristiques de température du matériau correspondaient au point de Curie. Cependant, ils n'ont publié aucune littérature à l'époque, se contentant de déposer un brevet ; le titanate n'a donc été connu du public que vers 1954. En 1961, les thermistances PTC ont été produites en série pour la première fois par Murata Manufacturing et ont obtenu la marque déposée POSISTOR. Vers 1963, des entreprises européennes, américaines et japonaises ont commencé à industrialiser les thermistances PTC, qui ont été appliquées à la compensation de température, à la détection du niveau d'eau, à la prévention de la surchauffe des moteurs, aux radiateurs à contrôle automatique de la température, aux circuits de démagnétisation des téléviseurs couleur et à d'autres domaines.
Paramètres de sélection de la thermistance PTC
Il est essentiel de comprendre les paramètres clés pour choisir la thermistance PTC adaptée à votre application. Voici les cinq facteurs essentiels à prendre en compte.
1. Tension de fonctionnement maximale
Les thermistances PTC sont connectées en série dans le circuit. En fonctionnement normal, seule une faible partie de la tension reste présente sur la thermistance PTC. Lorsque la thermistance PTC démarre à haute résistance, elle doit supporter la quasi-totalité de la tension d'alimentation. Par conséquent, lors du choix d'une thermistance PTC, il est essentiel de sélectionner une tension de fonctionnement maximale suffisamment élevée et de tenir compte des éventuelles fluctuations de la tension d'alimentation.
2. Courant hors fonctionnement et courant de fonctionnement
Pour obtenir une commutation fiable, le courant de fonctionnement doit être au moins deux fois supérieur au courant à l'arrêt. La température ambiante ayant une grande influence sur les courants à l'arrêt et à l'arrêt (voir figure ci-dessous), il convient de prendre en compte le cas le plus défavorable. Le courant à l'arrêt doit être sélectionné à la température ambiante maximale admissible, tandis que le courant de fonctionnement doit être sélectionné à une température ambiante inférieure.
3. Courant maximal autorisé à la tension de fonctionnement maximale
Lorsque la thermistance PTC assure la protection, vérifiez si le circuit présente des conditions générant un courant supérieur au courant maximal autorisé, ce qui indique généralement un risque de court-circuit. La valeur maximale du courant est indiquée dans les spécifications. Une utilisation au-delà de cette valeur peut endommager la thermistance PTC ou provoquer une défaillance prématurée.
4. Température de commutation (température de Curie)
Nous proposons des composants de protection contre les surintensités avec des températures de Curie de 80 °C, 100 °C, 120 °C, 140 °C, etc. Le courant à l'arrêt dépend de la température de Curie et du diamètre de la puce de thermistance CTP. Afin de réduire les coûts, il est recommandé de choisir des composants à température de Curie élevée et de petite taille. Par ailleurs, il faut tenir compte du fait que la température de surface de la thermistance CTP ainsi sélectionnée sera plus élevée, ce qui peut entraîner des effets secondaires indésirables dans le circuit. En général, la température de Curie doit dépasser de 20 à 40 °C la température ambiante maximale d'utilisation.
5. Influence de l'environnement d'utilisation
Lors du contact avec des réactifs chimiques ou de l'utilisation de matériaux d'enrobage ou de charges, des précautions particulières doivent être prises pour éviter la réduction de la céramique de titanate de baryum, ce qui peut entraîner une diminution de l'effet de la thermistance PTC, et des changements de conductivité thermique causés par l'enrobage, ce qui peut provoquer une surchauffe locale et endommager la thermistance PTC.
Exemple de sélection d'une thermistance PTC pour un transformateur de puissance
La tension primaire du transformateur de puissance est de 220 V, la tension secondaire de 16 V et le courant secondaire de 1,5 A. En cas d'anomalie du secondaire, le courant primaire est d'environ 350 mA. Le transformateur doit donc être protégé dans les 10 minutes. La température ambiante de fonctionnement du transformateur est de -10 à 40 °C, et son échauffement est de 15 à 20 °C en fonctionnement normal. Une thermistance PTC est installée à proximité du transformateur. Veuillez choisir une thermistance PTC pour la protection primaire.
1. Déterminer la tension de fonctionnement maximale
La tension de fonctionnement du transformateur est de 220 V. Compte tenu des fluctuations de l'alimentation, la tension de fonctionnement maximale doit atteindre 220 V × (1 + 20 %) = 264 V. La tension de fonctionnement maximale de la thermistance PTC est de 265 V.
2. Déterminer le courant hors fonctionnement
Après calcul et mesure, le courant primaire du transformateur est de 125 mA en fonctionnement normal. Sachant que la température ambiante du lieu d'installation de la thermistance PTC peut atteindre 60 °C, le courant hors fonctionnement devrait être de 130 à 140 mA à 60 °C.
3. Déterminer le courant de fonctionnement
Considérant que la température ambiante de l'emplacement d'installation de la thermistance PTC peut être aussi basse que -10℃ ou 25℃, il peut être déterminé que le courant de fonctionnement doit être de 340~350mA à -10℃ ou 25℃, et le temps de fonctionnement est d'environ 5 minutes.
4. Déterminer la résistance nominale à puissance nulle R25
La thermistance PTC est connectée en série au primaire, et la chute de tension générée doit être aussi faible que possible. La puissance de chauffage de la thermistance PTC doit également être aussi faible que possible. En général, la chute de tension de la thermistance PTC doit être inférieure à 1 % de l'alimentation totale. R25 est calculé comme suit :<br/>220 V x 1 % ÷ 0,125 A = 17,6 Ω
5. Déterminer le courant maximal
D'après les mesures réelles, lorsque le secondaire du transformateur est court-circuité, le courant primaire peut atteindre 500 mA. Si un courant plus important circule lors d'un court-circuit partiel dans la bobine primaire, le courant maximal de la thermistance PTC est supérieur à 1 A.
6. Déterminer la température de Curie et les dimensions
Étant donné que la température ambiante du lieu d'installation de la thermistance CTP peut atteindre 60 °C, la température de Curie est sélectionnée en ajoutant 40 °C à cette valeur, soit 100 °C. Cependant, compte tenu du faible coût et du fait que la thermistance CTP n'est pas intégrée à la bobine du transformateur, sa température de surface plus élevée n'aura pas d'effet négatif sur le transformateur. La température de Curie peut donc être sélectionnée à 120 °C, ce qui permet de réduire le diamètre de la thermistance CTP d'un niveau et de réduire le coût.
7. Déterminer le modèle de la thermistance PTC
Conformément aux exigences ci-dessus, reportez-vous au tableau des spécifications de notre société et sélectionnez MZ11-10P15RH265<br/>C'est-à-dire : tension de fonctionnement maximale 265 V, valeur de résistance nominale à puissance nulle 15Q±25 %, courant hors fonctionnement 140 mA, courant de fonctionnement 350 mA, courant maximal 1,2 A, température de Curie 120 °C et taille maximale 11,0 mm.
Avantages du noyau de thermistance PTC
Les thermistances PTC offrent des avantages uniques qui les rendent idéales pour diverses applications de protection et de contrôle dans les circuits électroniques.
Fonction d'autoprotection
Lorsque la température dépasse le seuil, la résistance de la thermistance augmente fortement, limitant automatiquement le courant. Exemples : protection contre les surintensités de moteur et protection des batteries au lithium.
Aucun contrôle externe requis
La nature passive de la thermistance réagit directement aux changements de température, ce qui simplifie la conception du circuit et réduit la complexité du système.
Longue vie
L'absence de contacts mécaniques empêche le vieillissement, ce qui en fait une alternative durable aux fusibles traditionnels avec une durée de vie opérationnelle prolongée.
Personnalisation
La possibilité d'ajuster le point de Curie par modification du matériau, avec des PTC en céramique capables d'atteindre des températures comprises entre 20 et 300 °C pour diverses applications.
Lorsque le circuit est en état normal, le courant traversant la thermistance PTC de protection contre les surintensités est inférieur au courant nominal. Cette thermistance est en état normal avec une très faible résistance, ce qui n'affecte pas le fonctionnement normal du circuit protégé. En cas de défaillance d'un circuit et de dépassement important du courant nominal, la thermistance PTC de protection contre les surintensités chauffe brusquement et atteint une résistance élevée, plaçant le circuit dans un état relativement « déconnecté », le protégeant ainsi des dommages. Une fois le défaut éliminé, la thermistance PTC de protection contre les surintensités revient automatiquement à un état de faible résistance et le circuit reprend son fonctionnement normal.
Lorsque le circuit est en état normal, le courant traversant la thermistance PTC de protection contre les surintensités est inférieur au courant nominal. Cette thermistance est en état normal avec une très faible résistance, ce qui n'affecte pas le fonctionnement normal du circuit protégé. En cas de défaillance d'un circuit et de dépassement important du courant nominal, la thermistance PTC de protection contre les surintensités chauffe brusquement et atteint une résistance élevée, plaçant le circuit dans un état relativement « déconnecté », le protégeant ainsi des dommages. Une fois le défaut éliminé, la thermistance PTC de protection contre les surintensités revient automatiquement à un état de faible résistance et le circuit reprend son fonctionnement normal.
Processus de fabrication de thermistances PTC
La fabrication des thermistances CTP commence par un mélange de carbonate de baryum, d'oxyde de titane et d'autres matériaux produisant les caractéristiques électriques et thermiques souhaitées. Ces matériaux sont broyés, malaxés et comprimés en disques ou en rectangles, puis frittés, de préférence à une température inférieure à 1400 °C. Ils sont ensuite soigneusement assemblés, équipés d'éléments de connexion selon le modèle, puis enfin revêtus ou encapsulés.
Applications typiques des thermistances PTC
Protection contre les surintensités : appareils électroménagers (sèche-cheveux, cafetières), électronique automobile. Détection et compensation de température : systèmes de contrôle de température des équipements industriels. Chauffage autorégulé : chauffage à température constante (la résistance du PTC céramique est stable près du point de Curie). Protection des circuits électroniques : limitation de courant USB, protection contre la surchauffe du circuit imprimé.
