热敏电阻的原理及应用_刘林中_百度空间

       热敏电阻是对温度敏感的半导体元件,主要特征是随着外界环境温度的变化,其阻值会相应发生较大改变。电阻值对温度的依赖关系称为阻温特性。热敏电阻根据温度系数分为两类:正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻。由于特性上的区别,应用场合互不相同。

      
正温度系数热敏电阻简称PTC(是Positive Temperature Coefficient 的缩写),超过一定的温度(居里温度---
居里温度是指材料可以在铁磁体和顺磁体之间改变的温度。低于居里温度时该物质成为铁磁体,此时和材料有关的磁场很难改变。当温度高于居里温度时,该物质成为顺磁体,磁体的磁场很容易随周围磁场的改变而改变。这时的磁敏感度约为10的负6次方。)时,它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。其原理是在陶瓷材料中引入微量稀土元素,如La、Nb...可使其电阻率下降到10Ω.cm以下,成为良好的半导体陶瓷材料。这种材料具有很大的正电阻温度系数,在居里温度以上几十度的温度范围内,其电阻率可增大4~10个数量级,即产生所谓PTC效应。
     
目前大量被使用的PTC热敏电阻种类: 恒温加热用PTC热敏电阻; 低电压加热用PTC热敏电阻; 空气加热用热敏电阻; 过电流保护用PTC热敏电阻;   过热保护用PTC热敏电阻; 温度传感用PTC热敏电阻;   延时启动用PTC热敏电阻;
        
负温度系数热敏电阻简称NTC(是Negative Temperature Coefficient 的缩写),它的阻值是随着温度的升高而下降的。主要是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料,采用陶瓷工艺制造而成的。这些金属氧化物材料都具有半导体性质,因为在导电方式上xx类似锗、硅等半导体材料。 NTC热敏电阻器温度系数-2%~-6.5%, 可广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。

   

        过流保护PTC热敏电阻:  


      过流保护用PTC热敏电阻是一种对异常温度及异常电流自动保护、自动恢复的保护元件,
      俗称"自复保险丝""万次保险丝"。它取代传统的保险丝,可广泛用于马达、变压器、开关电源、电子线路等的过流过热保护,过流保护用PTC热敏电阻通过其阻值突变限制整个线路中的消耗来减少残余电流值。
      传统的保险丝在线路熔断后无法自行恢复,而过流保护用PTC热敏电阻在故障撤除后即可恢复到预保护状态,当再次出现故障时又可以实现其过流过热保护功能。
                         
      选用过流保护用PTC热敏电阻作为过流过热保护元件,
      首先确认线路{zd0}正常工作电流(就是过流保护用PTC热敏电阻的不动作电流)和过流保护用PTC热敏电阻安装位置(正常工作时){zg}环境温度、其次是保护电流(就是过流保护用PTC热敏电阻的动作电流)、{zd0}工作电压、额定零功率电阻,同时也应考虑元件的外形尺寸等因素。
       如下图所示:使用环境温度,不动作电流及动作电流三者之间的关系。

    应用原理
      当电路处于正常状态时,通过过流保护用PTC热敏电阻的电流小于额定电流,
过流保护用PTC热敏电阻处于常态,阻值很小,不会影响被保护电路的正常工作。当电路出现故障,电流大大超过额定电流时,过流保护用PTC热敏电阻陡然发热,呈高阻态,使电路处于相对"断开"状态,从而保护电路不受破坏。当故障排除后,过流保护用PTC热敏电阻亦自动回复至低阻态,电路恢复正常工作。



         图2为电路正常工作时的伏-安特性曲线和负载曲线示意图,由A点到B点,施加在PTC热敏电阻上的电压逐步升高,流过PTC热敏电阻的电流也线性增加,表明PTC热敏电阻的电阻值基本不变,
      即保持在低电阻态;由B点到E点,电压逐步升高,PTC热敏电阻由于发热而电阻迅速增大,流过PTC热敏电阻的电流的也迅速降低,表明PTC热敏电阻进入保护状态。正常的负载曲线低于B点,PTC热敏电阻就不会进入保护状态。
          通常而言有三种过流过热保护的类型:

        1、电流过流(图3):RL1为正常工作时的负载曲线,当负载阻值减少, 如变压器线路短路,负载曲线由RL1变为RL2,超过B点, PTC热敏电阻器进入保护状态;


          2、电压过流(图4):电源电压增加,如220V电源线突然升到380V,负载曲线由RL1变为RL2,超过B点, PTC热敏电阻器进入保护状态;
             


          
      3、温度过热(图5):当环境温度升高超过一定限度,PTC热敏电阻器伏-安特性曲线由A-B-E变成A-B1-F,负载曲线RL超过B1点,PTC热敏电阻器进入保护状态;

  


        过流保护电路图



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       零功率电阻

       是指在某一温度下测量PTC热敏电阻值时,加在PTC热敏电阻上的功耗极低,低到因其功耗引起的PTC热敏电阻的阻值变化可以忽略不计。额定零功率电阻指环境温度25℃条件下测得的零功率电阻值。

  居里温度 Tc

  对于PTC热敏电阻的应用来说,电阻值开始陡峭地增高时的温度是重要的,我们将其定义为居里温度。居里温度对应的PTC热敏电阻的电阻 RTc = 2*Rmin。

  温度系数 α

  PTC热敏电阻的温度系数定义为温度变化导致的电阻的相对变化。温度系数越大, PTC热敏电阻对温度变化的反应越灵敏。 α = (lgR2-lgR1)/lge(T2-T1)

  额定电压 VN

  额定电压是在{zd0}工作电压Vmax以下的供电电压。通常 Vmax = VN + 15%

  击穿电压 VD

  击穿电压是指PTC热敏电阻{zg}的电压承受能力。PTC热敏电阻在击穿电压以上时将会击穿失效。

  表面温度 Tsurf

  表面温度Tsurf是指当PTC热敏电阻在规定的电压下并且与周围环境间处于热平衡状态已达较长时间时,PTC热敏电阻表面的温度。

  动作电流 Ik

  流过PTC热敏电阻的电流,足以使PTC热敏电阻自热温升超过居里温度,这样的电流称为动作电流。 动作电流的最小值称为最小动作电流。

  不动作电流 INk

  流过PTC热敏电阻的电流,不足以使PTC热敏电阻自热温升超过居里温度, 这样的电流称为不动作电流。不动作电流的{zd0}值称为{zd0}不动作电流.



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