دانش اولیه PTC

PTC مخفف Positive Temperature Coefficient است که عموماً به مواد نیمه هادی یا اجزایی با ضریب دمایی مثبت زیاد اشاره دارد. معمولاً وقتی از PTC نام می‌بریم، منظور از ترمیستورهای ضریب دمای مثبت است که معمولاً به ترمیستورهای PTC معروف هستند. ترمیستورهای PTC نوعی مقاومت نیمه هادی با حساسیت دما هستند و زمانی که دما از آستانه معینی (دمای کوری) فراتر رود، مقاومت آنها به طور ناگهانی با افزایش دما افزایش می یابد.

مواد سرامیکی معمولاً به عنوان عایق های عالی با مقاومت بالا استفاده می شوند. ترمیستورهای سرامیکی PTC با استفاده از تیتانات باریم به عنوان پایه ساخته می شوند و با سایر مواد سرامیکی پلی کریستالی دوپ می شوند و در نتیجه مقاومت و ویژگی های نیمه هادی کمتری دارند. این امر از طریق دوپینگ عمدی یک عنصر شیمیایی با ظرفیت بالاتر به عنوان نقطه شبکه کریستال به دست می آید. بخشی از یون‌های باریم یا یون‌های تیتانات در شبکه با یون‌های ظرفیت بالاتر جایگزین می‌شوند و تعداد مشخصی الکترون آزاد ایجاد می‌کنند که به هدایت الکتریکی کمک می‌کنند.

دلیل اثر PTC (ضریب دمای مثبت)، یعنی افزایش ناگهانی مقاومت، در سازماندهی مواد نهفته است که از میکروکریستال های کوچک بسیاری تشکیل شده است. در سطح مشترک این کریستال ها که به مرز دانه ها معروف هستند، موانعی تشکیل می شود که مانع حرکت الکترون ها به مناطق مجاور می شود. در نتیجه مقاومت بالا می رود. این اثر در دماهای پایین به دلیل ثابت دی الکتریک بالا و قدرت پلاریزاسیون خود به خود در مرزهای دانه خنثی می شود که از تشکیل موانع جلوگیری می کند و به الکترون ها اجازه می دهد آزادانه جریان پیدا کنند. با این حال، در دماهای بالا، ثابت دی الکتریک و قدرت پلاریزاسیون به طور قابل توجهی کاهش می یابد، که باعث می شود موانع و مقاومت به شدت افزایش یابد، و یک اثر PTC قوی را نشان می دهد.

توزین و اختلاط: موادی مانند کربنات باریم، دی اکسید تیتانیوم و سایر مواد افزودنی به دقت وزن شده و مخلوط می شوند تا خواص الکتریکی و حرارتی مورد نیاز حاصل شود.

1. آسیاب مرطوب: مخلوط تحت آسیاب مرطوب قرار می گیرد تا خمیری یکنواخت ایجاد شود.

2. آبگیری و خشک کردن: سپس خمیر را آبگیری کرده و خشک می کنند تا رطوبت اضافی از بین برود.

3. پرس خشک: مواد خشک شده به شکل های مختلف مانند دیسک، مستطیل، حلقه یا ساختار لانه زنبوری به صورت خشک فشرده می شود.

4. تف جوشی: بلنک های فشرده در دمای بالا (حدود 1400 درجه) زینتر می شوند تا اجزای سرامیکی را تشکیل دهند.

5. کاربرد الکترود: الکترودها بر روی سطح اجزای سرامیکی اعمال می شوند تا آنها را رسانا کنند.

6. مرتب سازی مقاومتی: قطعات تحت مرتب سازی مقاومتی قرار می گیرند تا بر اساس مقادیر مقاومتشان طبقه بندی شوند.

7. اتصال سیم: بسته به ساختار محصول نهایی، اتصال سیم برای اتصال قطعات انجام می شود.

8. عایق کپسوله سازی: اجزاء برای محافظت در مواد عایق قرار می گیرند.

9. مونتاژ: اجزاء مونتاژ می شوند و در صورت نیاز در محفظه های محافظ قرار می گیرند.

10. تست ولتاژ مقاومتی: ترمیستورهای PTC مونتاژ شده تحت آزمایش ولتاژ مقاومتی قرار می گیرند تا از ایمنی الکتریکی آنها اطمینان حاصل شود.

11. تست مقاومت: مقاومت ترمیستورهای PTC برای بررسی عملکرد آنها بررسی می شود.

12. تست نهایی: آزمایش جامع برای ارزیابی عملکرد کلی ترمیستورهای PTC انجام می شود.

13. بسته بندی: ترمیستورهای PTC تست شده و تایید شده برای حمل و نقل بسته بندی می شوند.

14. ذخیره سازی: ترمیستورهای PTC بسته بندی شده تا زمان توزیع یا استفاده در کاربردهای مختلف در محیطی مناسب نگهداری می شوند.

ترمیستورهای PTC یک رابطه وابسته به دما بین مقاومت و دما را نشان می‌دهند که معمولاً به عنوان مشخصه مقاومت - دما (RT) شناخته می‌شود. مشخصه RT وابستگی مقاومت توان صفر ترمیستور PTC را به دمای آن، تحت یک ولتاژ مشخص توصیف می کند.

مقاومت توان صفر به مقدار مقاومت ترمیستور PTC اشاره دارد که در دمای معین اندازه گیری می شود، با توان اعمالی بسیار کم، آنقدر کم که می توان از تغییر مقاومت ناشی از اتلاف توان چشم پوشی کرد. مقاومت نامی توان صفر نشان دهنده مقدار اندازه گیری شده در دمای محیط 25 درجه است.

 

 

 

• Rmin: حداقل مقاومت

• Tmin: دما بر حسب Rmin

• Rtc: 2 برابر Rmin

• Tc:

پارامتر کلیدی که کیفیت مشخصه RT را مشخص می کند ضریب دما ( ) است که شیب منحنی RT را منعکس می کند. ضریب دمایی بالاتر ( ) نشان می دهد که ترمیستور PTC نسبت به تغییرات دما حساس تر است و در نتیجه اثر PTC بارزتر است. به عبارت دیگر، ضریب دمای بالاتر به معنای عملکرد بهتر و طول عمر بیشتر برای ترمیستور PTC است.

ضریب دمایی ( ) ترمیستور PTC به عنوان تغییر نسبی مقاومت ناشی از تغییر دما تعریف می شود. می توان آن را با استفاده از فرمول محاسبه کرد:=(log(R2) - log(R1)) / (T2 - T1)

معمولاً T1 به عنوان Tc + 15 درجه و T2 به عنوان Tc + 25 درجه در نظر گرفته می‌شود که Tc دمای کوری ترمیستور PTC است.

 

ویژگی VI

 

مشخصه ولتاژ-جریان (VI) که به عنوان مشخصه جریان-ولتاژ یا به سادگی مشخصه VI نیز شناخته می شود، وابستگی متقابل بین ولتاژ و جریان را در یک ترمیستور PTC هنگامی که تحت بار الکتریکی به تعادل حرارتی می رسد، نشان می دهد.

 

 

 

• Ik: جریان کاری در ولتاژ اعمال شده Vk

• Ir: جریان باقیمانده هنگام اعمال Vmax

• Vmax: حداکثر ولتاژ

• VN: ولتاژ معمولی

• VD: ولتاژ شکست

مشخصه VI یک ترمیستور PTC به طور کلی می تواند به سه منطقه تقسیم شود:

منطقه خطی (0-Vk): در این ناحیه، رابطه بین ولتاژ و جریان از قانون اهم پیروی می‌کند و تغییر غیرخطی قابل توجهی وجود ندارد. همچنین به عنوان منطقه غیر عملی شناخته می شود زیرا ترمیستور PTC هیچ تغییر قابل توجهی در مقاومت خود نشان نمی دهد.

منطقه انتقال (Vk-Vmax): در این ناحیه که به منطقه انتقال یا سوئیچینگ معروف است، مقاومت ترمیستور PTC به دلیل خودگرم شدن سریع تغییر می کند. با افزایش ولتاژ، جریان کاهش می یابد و در نتیجه ترمیستور PTC از حالت مقاومت کم به حالت مقاومت بالا تغییر می کند. از این منطقه به عنوان منطقه عمل نیز یاد می شود.

منطقه شکست (VD و بالاتر): در این منطقه که به منطقه شکست یا قطع شدن معروف است، جریان با افزایش ولتاژ افزایش می یابد. مقاومت ترمیستور PTC کاهش تصاعدی را نشان می دهد و در نتیجه جریان های بالاتری برای ولتاژهای بالاتر ایجاد می کند. در نتیجه، دمای ترمیستور PTC افزایش می‌یابد که منجر به کاهش بیشتر مقاومت می‌شود. در نهایت، این می تواند باعث شکست حرارتی یا خاموش شدن ترمیستور PTC شود.

مشخصه VI یک مرجع مهم برای حفاظت در برابر جریان اضافه است که توسط ترمیستورهای PTC ارائه می شود. این به تعیین رفتار ترمیستور در شرایط مختلف ولتاژ و جریان کمک می کند و از محافظت موثر در برابر جریان بیش از حد جریان اطمینان می دهد.

مشخصه جریان-زمان به ویژگی ترمیستور PTC اشاره دارد که در آن جریان با زمان در طول اعمال ولتاژ تغییر می کند.

هنگامی که در ابتدا ولتاژ به ترمیستور PTC اعمال می شود، جریان در آن لحظه، جریان شروع نامیده می شود. هنگامی که ترمیستور PTC به تعادل حرارتی می رسد، جریان باقی مانده به عنوان جریان باقیمانده نامیده می شود.

در دمای محیط معین، زمانی که یک جریان اولیه (با اطمینان از جریان عملیاتی بودن آن) به ترمیستور PTC اعمال می شود، زمان کاهش جریان به 50 درصد جریان شروع، زمان پاسخ یا ثابت زمان پاسخ نامیده می شود. مشخصه زمان جاری یک مرجع مهم برای کاربردهای مختلف ترمیستورهای PTC، مانند مغناطیس زدایی خودکار، راه اندازی تاخیری و حفاظت از اضافه بار است.