高分子PTC熱敏電阻工作原理介紹

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高分子PTC熱敏電阻用于過流保護(hù)

1.PTC效應(yīng)

說一種材料具有PTC (Positive Temperature Coefficient) 效應(yīng), 即正溫度系數(shù)效應(yīng)，僅指此材料的電阻會(huì)隨溫度的升高而增加。如大多數(shù)金屬材料都具有PTC效應(yīng)。在這些材料中，PTC效應(yīng)表現(xiàn)為電阻隨溫度增加而線性增加，這就是通常所說的線性PTC效應(yīng)。

2.非線性PTC效應(yīng)

經(jīng)過相變的材料會(huì)呈現(xiàn)出電阻沿狹窄溫度范圍內(nèi)急劇增加幾個(gè)至十幾個(gè)數(shù)量級(jí)的現(xiàn)象，即非線性PTC效應(yīng)，如圖1所示。相當(dāng)多種類型的導(dǎo)電聚合體會(huì)呈現(xiàn)出這種效應(yīng)，如高分子PTC熱敏電阻。這些導(dǎo)電聚合體對(duì)于制造過電流保護(hù)裝置來說非常有用。

3. 高分子PTC熱敏電阻用于過流保護(hù)

高分子PTC熱敏電阻又經(jīng)常被人們稱為自恢復(fù)保險(xiǎn)絲（下面簡稱為熱敏電阻），由于具有獨(dú)特的正溫度系數(shù)電阻特性（即PTC特性，如圖1所示），因而極為適合用作過流保護(hù)器件。熱敏電阻的使用方法象普通保險(xiǎn)絲一樣，是串聯(lián)在電路中使用，如圖2所示。


圖1


圖2

當(dāng)電路正常工作時(shí)，熱敏電阻溫度與室溫相近、電阻很小，串聯(lián)在電路中不會(huì)阻礙電流通過；而當(dāng)電路因故障而出現(xiàn)過電流時(shí)，熱敏電阻由于發(fā)熱功率增加導(dǎo)致溫度上升，當(dāng)溫度超過開關(guān)溫度（Ts，見圖3）時(shí)，電阻瞬間會(huì)劇增,回路中的電流迅速減小到安全值.為熱敏電阻對(duì)交流電路保護(hù)過程中電流的變化示意圖。熱敏電阻動(dòng)作后，電路中電流有了大幅度的降低，圖中t為熱敏電阻的動(dòng)作時(shí)間。由于高分子PTC熱敏電阻的可設(shè)計(jì)性好，可通過改變自身的開關(guān)溫度（Ts）來調(diào)節(jié)其對(duì)溫度的敏感程度，因而可同時(shí)起到過溫保護(hù)和過流保護(hù)兩種作用，如KT16－1700DL規(guī)格熱敏電阻由于動(dòng)作溫度很低，因而適用于鋰離子電池和鎳氫電池的過流及過溫保護(hù)。



圖3

環(huán)境溫度對(duì)高分子PTC熱敏電阻的影響

高分子PTC熱敏電阻是一種直熱式、階躍型熱敏電阻，其電阻變化過程與自身的發(fā)熱和散熱情況有關(guān)，因而其維持電流（Ihold）、動(dòng)作電流（Itrip）及動(dòng)作時(shí)間受環(huán)境溫度影響。圖4為熱敏電阻典型的維持電流、動(dòng)作電流與環(huán)境溫度的關(guān)系示意圖。當(dāng)環(huán)境溫度和電流處于A區(qū)時(shí)，熱敏電阻發(fā)熱功率大于散熱功率而會(huì)動(dòng)作；當(dāng)環(huán)境溫度和電流處于B區(qū)時(shí)發(fā)熱功率小于散熱功率，熱敏電阻將長期處于不動(dòng)作狀態(tài)；當(dāng)環(huán)境溫度和電流處于C區(qū)時(shí)，熱敏電阻的散熱功率與發(fā)熱功率接近，因而可能動(dòng)作也可能不動(dòng)作。圖5為熱敏電阻的動(dòng)作時(shí)間與電流及環(huán)境溫度的關(guān)系示意圖。熱敏電阻在環(huán)境溫度相同時(shí)，動(dòng)作時(shí)間隨著電流的增加而急劇縮短；熱敏電阻在環(huán)境溫度相對(duì)較高時(shí)具有更短的動(dòng)作時(shí)間和較小的維持電流及動(dòng)作電流。  



圖4



圖5

高分子PTC熱敏電阻動(dòng)作后的恢復(fù)特性

高分子PTC熱敏電阻由于電阻可恢復(fù)，因而可以重復(fù)多次使用。圖6為熱敏電阻動(dòng)作后，恢復(fù)過程中電阻隨時(shí)間變化的示意圖。電阻一般在十幾秒到幾十秒中即可恢復(fù)到初始值1.6倍左右的水平，此時(shí)熱敏電阻的維持電流已經(jīng)恢復(fù)到額定值，可以再次使用了。一般說來，面積和厚度較小的熱敏電阻恢復(fù)相對(duì)較快；而面積和厚度較大的熱敏電阻恢復(fù)相對(duì)較慢。



圖6

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