Nhiệt điện trở PTC
Nguồn gốc nhiệt điện trở PTC
Bari titanat (BaTiO3), được Nhật Bản, Hoa Kỳ và Liên Xô phát hiện vào đầu những năm 1940, thường có điện trở suất lớn hơn 1010Ω·cm ở nhiệt độ phòng. Năm 1952, Haayman và cộng sự của Philips (Hà Lan) phát hiện ra rằng khi thêm một lượng nhỏ các nguyên tố đất hiếm (Y, Bi, Sb, v.v.), điện trở suất của vật liệu này tăng lên 10~106Ω·cm, và đặc tính nhiệt độ của vật liệu này tương ứng với điểm Curie. Tuy nhiên, họ không công bố bất kỳ tài liệu nào vào thời điểm đó mà chỉ nộp đơn xin cấp bằng sáng chế, nên công chúng mới biết đến nó vào khoảng năm 1954. Năm 1961, điện trở nhiệt PTC lần đầu tiên được Murata Manufacturing sản xuất hàng loạt và được đăng ký nhãn hiệu POSISTOR. Khoảng năm 1963, các công ty châu Âu, Mỹ và Nhật Bản bắt đầu công nghiệp hóa nhiệt điện trở PTC, được ứng dụng trong việc bù nhiệt độ, phát hiện mực nước, ngăn ngừa động cơ quá nhiệt, bộ gia nhiệt điều khiển nhiệt độ tự động, mạch khử từ TV màu và các lĩnh vực khác.
Thông số lựa chọn nhiệt điện trở PTC
Việc hiểu rõ các thông số chính là điều cần thiết để lựa chọn nhiệt điện trở PTC phù hợp cho ứng dụng của bạn. Dưới đây là năm yếu tố quan trọng cần xem xét.
1. Điện áp hoạt động tối đa
Nhiệt điện trở PTC được mắc nối tiếp trong mạch. Trong quá trình hoạt động bình thường, chỉ một phần nhỏ điện áp còn lại trên nhiệt điện trở PTC. Khi nhiệt điện trở PTC khởi động ở trạng thái điện trở cao, nó phải chịu được gần như toàn bộ điện áp nguồn. Do đó, khi lựa chọn nhiệt điện trở PTC, cần chọn điện áp hoạt động tối đa đủ cao và cũng cần cân nhắc đến các biến động có thể xảy ra của điện áp nguồn.
2. Dòng điện không hoạt động và dòng điện hoạt động
Để đạt được chức năng đóng cắt đáng tin cậy, dòng điện hoạt động phải ít nhất gấp đôi dòng điện không hoạt động. Vì nhiệt độ môi trường có ảnh hưởng lớn đến dòng điện không hoạt động và dòng điện hoạt động (xem hình bên dưới), nên cần tính đến trường hợp xấu nhất. Dòng điện không hoạt động nên được chọn ở nhiệt độ môi trường cho phép cao nhất, và đối với dòng điện hoạt động, nên chọn giá trị được sử dụng ở nhiệt độ môi trường thấp hơn.
3. Dòng điện tối đa cho phép ở điện áp hoạt động tối đa
Khi nhiệt điện trở PTC thực hiện chức năng bảo vệ, hãy kiểm tra xem có điều kiện nào trong mạch tạo ra dòng điện vượt quá dòng điện tối đa cho phép hay không, thường ám chỉ khả năng xảy ra đoản mạch. Giá trị dòng điện tối đa đã được nêu trong thông số kỹ thuật. Nếu sử dụng vượt quá giá trị này, nhiệt điện trở PTC có thể bị hỏng hoặc hỏng sớm.
4. Nhiệt độ chuyển mạch (nhiệt độ Curie)
Chúng tôi có thể cung cấp các linh kiện bảo vệ quá dòng với nhiệt độ Curie 80℃, 100℃, 120℃, 140°C, v.v. Dòng điện không hoạt động phụ thuộc vào nhiệt độ Curie và đường kính của chip nhiệt điện trở PTC. Để giảm chi phí, nên chọn linh kiện có nhiệt độ Curie cao và kích thước nhỏ; mặt khác, cần cân nhắc rằng nhiệt điện trở PTC được chọn theo cách này sẽ có nhiệt độ bề mặt cao hơn, liệu nó có gây ra các tác dụng phụ không mong muốn trong mạch hay không. Nhìn chung, nhiệt độ Curie nên cao hơn nhiệt độ môi trường tối đa sử dụng từ 20-40°C.
5. Ảnh hưởng của môi trường sử dụng
Khi tiếp xúc với thuốc thử hóa học hoặc sử dụng vật liệu đóng gói hoặc chất độn, phải đặc biệt cẩn thận để ngăn ngừa sự khử gốm titan bari, có thể dẫn đến giảm hiệu ứng của nhiệt điện trở PTC và thay đổi độ dẫn nhiệt do đóng gói, có thể gây quá nhiệt cục bộ và làm hỏng nhiệt điện trở PTC.
Ví dụ về việc lựa chọn nhiệt điện trở PTC cho máy biến áp điện
Được biết, điện áp sơ cấp của máy biến áp là 220V, điện áp thứ cấp là 16V, dòng điện thứ cấp là 1,5A, dòng điện sơ cấp khoảng 350mA khi thứ cấp bất thường, và sẽ chuyển sang trạng thái bảo vệ trong vòng 10 phút. Nhiệt độ môi trường làm việc của máy biến áp là -10 ~ 40℃, và nhiệt độ tăng từ 15 ~ 20℃ trong quá trình hoạt động bình thường. Nhiệt điện trở PTC được lắp đặt gần máy biến áp. Vui lòng chọn nhiệt điện trở PTC cho bảo vệ sơ cấp.
1. Xác định điện áp làm việc tối đa
Được biết, điện áp làm việc của máy biến áp là 220V. Xét đến hệ số dao động của nguồn điện, điện áp làm việc tối đa phải đạt 220V×(1+20%) =264V<br/>Điện áp làm việc tối đa của nhiệt điện trở PTC là 265V.
2. Xác định dòng điện không hoạt động
Sau khi tính toán và đo đạc thực tế, dòng điện sơ cấp của máy biến áp khi hoạt động bình thường là 125mA. Xét đến nhiệt độ môi trường xung quanh vị trí lắp đặt cảm biến nhiệt PTC lên tới 60℃, có thể xác định dòng điện không hoạt động ở 60℃ phải là 130~140mA.
3. Xác định dòng điện hoạt động
Xét đến nhiệt độ môi trường xung quanh vị trí lắp đặt nhiệt điện trở PTC có thể thấp tới -10℃ hoặc 25℃, có thể xác định dòng điện hoạt động phải là 340~350mA ở -10℃ hoặc 25℃ và thời gian hoạt động là khoảng 5 phút.
4. Xác định điện trở công suất định mức R25
Điện trở nhiệt PTC được mắc nối tiếp trong cuộn sơ cấp, và độ sụt áp sinh ra phải càng nhỏ càng tốt. Công suất tỏa nhiệt của bản thân điện trở nhiệt PTC cũng phải càng nhỏ càng tốt. Nhìn chung, độ sụt áp của điện trở nhiệt PTC phải nhỏ hơn 1% tổng công suất nguồn. R25 được tính như sau:<br/>220V x 1% ÷ 0,125A = 17,6Ω
5. Xác định dòng điện cực đại
Theo phép đo thực tế, khi cuộn thứ cấp của máy biến áp bị ngắn mạch, dòng điện sơ cấp có thể đạt tới 500mA. Nếu dòng điện lớn hơn chạy qua khi xảy ra ngắn mạch cục bộ ở cuộn sơ cấp, dòng điện cực đại của nhiệt điện trở PTC được xác định là trên 1A.
6. Xác định nhiệt độ Curie và kích thước
Xét đến nhiệt độ môi trường xung quanh vị trí lắp đặt cảm biến nhiệt PTC có thể lên đến 60°C, nhiệt độ Curie được chọn bằng cách cộng thêm 40°C, và nhiệt độ Curie là 100°C. Tuy nhiên, xét đến chi phí thấp và việc cảm biến nhiệt PTC không được lắp đặt trong cuộn dây máy biến áp, nhiệt độ bề mặt cao hơn của cảm biến sẽ không ảnh hưởng xấu đến máy biến áp, do đó có thể chọn nhiệt độ Curie là 120°C, nhờ đó có thể giảm đường kính cảm biến nhiệt PTC xuống một bậc và giảm chi phí.
7. Xác định mô hình của nhiệt điện trở PTC
Theo các yêu cầu trên, hãy tham khảo bảng thông số kỹ thuật của công ty chúng tôi và chọn MZ11-10P15RH265<br/>Nghĩa là: điện áp hoạt động tối đa 265V, giá trị điện trở công suất bằng không định mức 15Q±25%, dòng điện không hoạt động 140mA, dòng điện hoạt động 350 mA, dòng điện tối đa 1,2A, nhiệt độ Curie 120°C và kích thước tối đa 11,0mm.
Ưu điểm của lõi nhiệt điện trở PTC
Nhiệt điện trở PTC có những ưu điểm độc đáo khiến chúng trở nên lý tưởng cho nhiều ứng dụng bảo vệ và điều khiển trong mạch điện tử.
Chức năng tự bảo vệ
Khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng, điện trở của nhiệt điện trở tăng mạnh, tự động giới hạn dòng điện. Ví dụ bao gồm bảo vệ quá dòng động cơ và bảo vệ pin lithium.
Không cần kiểm soát bên ngoài
Tính chất thụ động của nhiệt điện trở phản ứng trực tiếp với những thay đổi về nhiệt độ, giúp đơn giản hóa thiết kế mạch và giảm độ phức tạp của hệ thống.
Cuộc sống lâu dài
Việc không có các tiếp điểm cơ học giúp ngăn ngừa lão hóa, khiến chúng trở thành giải pháp thay thế bền bỉ cho cầu chì truyền thống với tuổi thọ hoạt động kéo dài.
Khả năng tùy chỉnh
Khả năng điều chỉnh điểm Curie thông qua việc cải tiến vật liệu, với PTC gốm có khả năng đạt nhiệt độ từ 20-300°C cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Khi mạch ở trạng thái bình thường, dòng điện chạy qua nhiệt điện trở PTC bảo vệ quá dòng nhỏ hơn dòng điện định mức, và nhiệt điện trở PTC bảo vệ quá dòng ở trạng thái bình thường với giá trị điện trở rất nhỏ, điều này sẽ không ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của mạch được bảo vệ. Khi mạch bị sự cố và dòng điện vượt quá dòng điện định mức, nhiệt điện trở PTC bảo vệ quá dòng đột ngột nóng lên và chuyển sang trạng thái điện trở cao, đưa mạch vào trạng thái "ngắt kết nối" tương đối, do đó bảo vệ mạch khỏi hư hỏng. Khi sự cố được loại bỏ, nhiệt điện trở PTC bảo vệ quá dòng cũng tự động trở về trạng thái điện trở thấp và mạch trở lại hoạt động bình thường.
Khi mạch ở trạng thái bình thường, dòng điện chạy qua nhiệt điện trở PTC bảo vệ quá dòng nhỏ hơn dòng điện định mức, và nhiệt điện trở PTC bảo vệ quá dòng ở trạng thái bình thường với giá trị điện trở rất nhỏ, điều này sẽ không ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của mạch được bảo vệ. Khi mạch bị sự cố và dòng điện vượt quá dòng điện định mức, nhiệt điện trở PTC bảo vệ quá dòng đột ngột nóng lên và chuyển sang trạng thái điện trở cao, đưa mạch vào trạng thái "ngắt kết nối" tương đối, do đó bảo vệ mạch khỏi hư hỏng. Khi sự cố được loại bỏ, nhiệt điện trở PTC bảo vệ quá dòng cũng tự động trở về trạng thái điện trở thấp và mạch trở lại hoạt động bình thường.
Quy trình sản xuất nhiệt điện trở PTC
Quá trình sản xuất điện trở nhiệt PTC bắt đầu bằng hỗn hợp bari cacbonat, titan oxit và các vật liệu khác tạo ra các đặc tính điện và nhiệt mong muốn. Hỗn hợp này được nghiền, trộn và nén thành các đĩa hoặc hình chữ nhật, sau đó thiêu kết, tốt nhất là ở nhiệt độ dưới 1400°C. Sau đó, chúng được kết nối cẩn thận với nhau, được trang bị các bộ phận kết nối tùy theo model, và cuối cùng được phủ hoặc đóng gói.
Ứng dụng điển hình của nhiệt điện trở PTC
Bảo vệ quá dòng: thiết bị gia dụng (máy sấy tóc, máy pha cà phê), thiết bị điện tử ô tô. Cảm biến và bù nhiệt độ: hệ thống kiểm soát nhiệt độ thiết bị công nghiệp. Tự điều chỉnh nhiệt độ: bộ gia nhiệt nhiệt độ không đổi (điện trở PTC gốm ổn định gần điểm Curie). Bảo vệ mạch điện tử: Giới hạn dòng điện USB, bảo vệ quá nhiệt PCB.
