Termistore PTC
Origine del termistore PTC
Il titanato di bario (BaTiO3), scoperto da Giappone, Stati Uniti e Unione Sovietica all'inizio degli anni '40, ha generalmente una resistività superiore a 1010Ω·cm a temperatura ambiente. Nel 1952, Haayman et al. della Philips (Paesi Bassi) scoprirono che aggiungendo una piccola quantità di terre rare (Y, Bi, Sb, ecc.), la sua resistività diventava 10~106Ω·cm e le caratteristiche di temperatura del materiale corrispondevano al punto di Curie. Tuttavia, all'epoca non pubblicarono alcuna documentazione, ma si limitarono a richiedere un brevetto, quindi il materiale non fu noto al pubblico fino al 1954 circa. Nel 1961, i termistori PTC furono prodotti in serie per la prima volta da Murata Manufacturing e ottennero il marchio registrato POSISTOR. Intorno al 1963, aziende europee, americane e giapponesi iniziarono a industrializzare i termistori PTC, che vennero impiegati nella compensazione della temperatura, nel rilevamento del livello dell'acqua, nella prevenzione del surriscaldamento dei motori, nei riscaldatori con controllo automatico della temperatura, nei circuiti di smagnetizzazione dei televisori a colori e in altri campi.
Parametri di selezione del termistore PTC
Comprendere i parametri chiave è essenziale per scegliere il termistore PTC più adatto alla propria applicazione. Ecco i cinque fattori critici da considerare.
1. Tensione massima di esercizio
I termistori PTC sono collegati in serie nel circuito. Durante il normale funzionamento, solo una piccola parte della tensione rimane sul termistore PTC. Quando il termistore PTC si avvia in uno stato di alta resistenza, deve resistere a quasi tutta la tensione di alimentazione. Pertanto, quando si seleziona un termistore PTC, è necessario selezionare una tensione di esercizio massima sufficientemente elevata e considerare anche le possibili fluttuazioni della tensione di alimentazione.
2. Corrente non operativa e corrente operativa
Per ottenere una commutazione affidabile, la corrente di esercizio deve essere almeno il doppio della corrente a riposo. Poiché la temperatura ambiente ha una notevole influenza sulla corrente a riposo e sulla corrente di esercizio (vedere la figura seguente), si dovrebbe considerare il caso peggiore. La corrente a riposo dovrebbe essere selezionata alla massima temperatura ambiente consentita, mentre per la corrente di esercizio dovrebbe essere selezionato il valore utilizzato a una temperatura ambiente inferiore.
3. Corrente massima consentita alla massima tensione di esercizio
Quando il termistore PTC svolge la funzione di protezione, verificare se nel circuito sono presenti condizioni che producono una corrente superiore alla corrente massima consentita, che generalmente si riferisce alla possibilità di un cortocircuito. Il valore di corrente massima è indicato nelle specifiche. Se utilizzato oltre questo valore, il termistore PTC potrebbe danneggiarsi o guastarsi prematuramente.
4. Temperatura di commutazione (temperatura di Curie)
Possiamo fornire componenti di protezione da sovracorrente con temperature di Curie di 80°C, 100°C, 120°C, 140°C, ecc. Da un lato, la corrente non operativa dipende dalla temperatura di Curie e dal diametro del chip del termistore PTC. Per ridurre i costi, è opportuno selezionare componenti con temperature di Curie elevate e dimensioni ridotte; dall'altro, è necessario considerare che il termistore PTC selezionato in questo modo avrà una temperatura superficiale più elevata, il che potrebbe causare effetti collaterali indesiderati nel circuito. In generale, la temperatura di Curie dovrebbe superare la temperatura ambiente massima di utilizzo di 20~40°C.
5. Influenza dell'ambiente di utilizzo
In caso di contatto con reagenti chimici o di utilizzo di materiali di riempimento o riempitivi, è necessario prestare particolare attenzione per evitare la riduzione della ceramica di titanato di bario, che potrebbe portare a una diminuzione dell'effetto del termistore PTC, e modifiche nella conduttività termica causate dal riempimento, che potrebbero causare surriscaldamento locale e danni al termistore PTC.
Esempio di selezione del termistore PTC per il trasformatore di potenza
È noto che la tensione primaria del trasformatore di potenza è di 220 V, la tensione secondaria è di 16 V, la corrente secondaria è di 1,5 A, la corrente primaria è di circa 350 mA quando il secondario è anomalo e dovrebbe entrare in stato di protezione entro 10 minuti. La temperatura ambiente di lavoro del trasformatore è compresa tra -10 e 40 °C e l'aumento di temperatura è di 15 ~ 20 °C durante il normale funzionamento. Il termistore PTC è installato vicino al trasformatore. Si prega di selezionare un termistore PTC per la protezione primaria.
1. Determinare la tensione di lavoro massima
È noto che la tensione di lavoro del trasformatore è di 220 V. Considerando il fattore di fluttuazione dell'alimentazione, la tensione di lavoro massima dovrebbe raggiungere 220 V × (1 + 20%) = 264 V. La tensione di lavoro massima del termistore PTC è di 265 V.
2. Determinare la corrente non operativa
Dopo il calcolo e la misurazione effettiva, la corrente primaria del trasformatore è di 125 mA quando funziona normalmente. Considerando che la temperatura ambiente del luogo di installazione del termistore PTC può raggiungere i 60 °C, si può determinare che la corrente non operativa dovrebbe essere di 130~140 mA a 60 °C.
3. Determinare la corrente di esercizio
Considerando che la temperatura ambiente del luogo di installazione del termistore PTC può essere bassa fino a -10℃ o 25℃, si può stabilire che la corrente di esercizio dovrebbe essere 340~350mA a -10℃ o 25℃ e il tempo di esercizio è di circa 5 minuti.
4. Determinare la resistenza nominale a potenza zero R25
Il termistore PTC è collegato in serie al primario e la caduta di tensione generata dovrebbe essere la più piccola possibile. Anche la potenza di riscaldamento del termistore PTC stesso dovrebbe essere la più piccola possibile. In genere, la caduta di tensione del termistore PTC dovrebbe essere inferiore all'1% della potenza totale. R25 è calcolata come: 220 V x 1% ÷ 0,125 A = 17,6 Ω
5. Determinare la corrente massima
Secondo le misurazioni effettive, quando il secondario del trasformatore è in cortocircuito, la corrente primaria può raggiungere i 500 mA. Se passa una corrente maggiore quando si verifica un cortocircuito parziale nella bobina primaria, la corrente massima del termistore PTC è determinata essere superiore a 1 A.
6. Determinare la temperatura di Curie e le dimensioni
Considerando che la temperatura ambiente del luogo di installazione del termistore PTC può raggiungere i 60 °C, la temperatura di Curie viene selezionata aggiungendo 40 °C su questa base, ottenendo così una temperatura di Curie di 100 °C. Tuttavia, considerando il basso costo e il fatto che il termistore PTC non è installato nella bobina del trasformatore, la sua maggiore temperatura superficiale non avrà effetti negativi sul trasformatore, quindi la temperatura di Curie può essere selezionata a 120 °C, riducendo così il diametro del termistore PTC di un livello e riducendone i costi.
7. Determinare il modello del termistore PTC
In base ai requisiti sopra indicati, fare riferimento alla tabella delle specifiche della nostra azienda e selezionare MZ11-10P15RH265<br/>Ovvero: tensione di esercizio massima 265 V, valore di resistenza nominale a potenza zero 15 Q±25%, corrente non operativa 140 mA, corrente operativa 350 mA, corrente massima 1,2 A, temperatura di Curie 120 °C e dimensione massima 11,0 mm.
Vantaggi del nucleo del termistore PTC
I termistori PTC offrono vantaggi unici che li rendono ideali per varie applicazioni di protezione e controllo nei circuiti elettronici.
Funzione di autoprotezione
Quando la temperatura supera la soglia, la resistenza del termistore aumenta bruscamente, limitando automaticamente la corrente. Esempi di questo tipo di protezione includono la protezione da sovracorrente del motore e la protezione delle batterie al litio.
Nessun controllo esterno richiesto
La natura passiva del termistore risponde direttamente alle variazioni di temperatura, semplificando la progettazione del circuito e riducendo la complessità del sistema.
Lunga vita
L'assenza di contatti meccanici ne previene l'invecchiamento, rendendoli un'alternativa durevole ai fusibili tradizionali con una maggiore durata operativa.
Personalizzazione
La possibilità di regolare il punto di Curie modificando il materiale, con PTC ceramici in grado di raggiungere temperature comprese tra 20 e 300 °C per varie applicazioni.
Quando il circuito è in stato normale, la corrente che attraversa il termistore PTC di protezione da sovracorrente è inferiore alla corrente nominale e il termistore PTC di protezione da sovracorrente si trova in stato normale con un valore di resistenza molto basso, che non influisce sul normale funzionamento del circuito protetto. Quando un circuito si guasta e la corrente supera notevolmente la corrente nominale, il termistore PTC di protezione da sovracorrente si riscalda improvvisamente e passa a uno stato di alta resistenza, ponendo il circuito in uno stato relativamente "disconnesso", proteggendolo così da eventuali danni. Una volta eliminato il guasto, anche il termistore PTC di protezione da sovracorrente torna automaticamente a uno stato di bassa resistenza e il circuito riprende il normale funzionamento.
Quando il circuito è in stato normale, la corrente che attraversa il termistore PTC di protezione da sovracorrente è inferiore alla corrente nominale e il termistore PTC di protezione da sovracorrente si trova in stato normale con un valore di resistenza molto basso, che non influisce sul normale funzionamento del circuito protetto. Quando un circuito si guasta e la corrente supera notevolmente la corrente nominale, il termistore PTC di protezione da sovracorrente si riscalda improvvisamente e passa a uno stato di alta resistenza, ponendo il circuito in uno stato relativamente "disconnesso", proteggendolo così da eventuali danni. Una volta eliminato il guasto, anche il termistore PTC di protezione da sovracorrente torna automaticamente a uno stato di bassa resistenza e il circuito riprende il normale funzionamento.
Processo di produzione del termistore PTC
La produzione dei termistori PTC inizia con una miscela di carbonato di bario, ossido di titanio e altri materiali che producono le caratteristiche elettriche e termiche desiderate. Questi vengono macinati, miscelati e compressi in dischi o rettangoli e quindi sinterizzati, preferibilmente a una temperatura inferiore a 1400 °C. Successivamente, vengono accuratamente collegati tra loro, dotati di elementi di collegamento a seconda del modello e infine rivestiti o incapsulati.
Applicazioni tipiche del termistore PTC
Protezione da sovracorrente: elettrodomestici (asciugacapelli, macchine da caffè), elettronica automobilistica. Rilevamento e compensazione della temperatura: sistema di controllo della temperatura per apparecchiature industriali. Riscaldamento autoregolante: riscaldatore a temperatura costante (la resistenza del PTC ceramico è stabile vicino al punto di Curie). Protezione dei circuiti elettronici: limitazione di corrente USB, protezione da sovratemperatura PCB.
