ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับ PTC

PTC เป็นตัวย่อของค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเชิงบวก โดยทั่วไปหมายถึงวัสดุเซมิคอนดักเตอร์หรือส่วนประกอบที่มีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวกสูง โดยปกติ เมื่อเราพูดถึง PTC เราจะหมายถึงเทอร์มิสเตอร์ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเชิงบวก หรือที่รู้จักกันทั่วไปในชื่อเทอร์มิสเตอร์ PTC เทอร์มิสเตอร์เทอร์มิสเตอร์ PTC เป็นตัวต้านทานเซมิคอนดักเตอร์ชนิดหนึ่งที่มีความไวต่ออุณหภูมิ และเมื่ออุณหภูมิสูงเกินเกณฑ์ที่กำหนด (อุณหภูมิคูรี) ความต้านทานจะเพิ่มขึ้นทันทีเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น

วัสดุเซรามิกมักใช้เป็นฉนวนที่ดีเยี่ยมและมีความต้านทานสูง เทอร์มิสเตอร์เทอร์มิสเตอร์ PTC แบบเซรามิกผลิตขึ้นโดยใช้แบเรียมไททาเนตเป็นฐานและเจือด้วยวัสดุเซรามิกโพลีคริสตัลไลน์อื่นๆ ส่งผลให้ความต้านทานและคุณลักษณะของเซมิคอนดักเตอร์ลดลง สิ่งนี้เกิดขึ้นได้จากการเติมองค์ประกอบทางเคมีโดยเจตนาซึ่งมีเวเลนซ์สูงกว่าเป็นจุดขัดแตะของคริสตัล แบเรียมไอออนหรือไททาเนตไอออนบางส่วนในโครงตาข่ายจะถูกแทนที่ด้วยเวเลนซ์ไอออนที่สูงกว่า ทำให้เกิดอิเล็กตรอนอิสระจำนวนหนึ่งซึ่งมีส่วนช่วยในการนำไฟฟ้า

สาเหตุของผลกระทบของ PTC (ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเชิงบวก) กล่าวคือ ความต้านทานเพิ่มขึ้นอย่างกะทันหันนั้น อยู่ที่การจัดวางของวัสดุ ซึ่งประกอบด้วยไมโครคริสตัลขนาดเล็กจำนวนมาก ที่ส่วนต่อประสานของผลึกเหล่านี้ หรือที่เรียกว่าขอบเขตเกรน จะมีการสร้างสิ่งกีดขวางขึ้น ขัดขวางการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนไปยังบริเวณที่อยู่ติดกัน ส่งผลให้มีแนวต้านสูง ผลกระทบนี้จะถูกชดเชยที่อุณหภูมิต่ำเนื่องจากค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสูงและความแข็งแรงของโพลาไรเซชันที่เกิดขึ้นเองที่ขอบเขตเกรน ซึ่งป้องกันการก่อตัวของสิ่งกีดขวางและทำให้อิเล็กตรอนไหลได้อย่างอิสระ อย่างไรก็ตาม ที่อุณหภูมิสูง ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกและความแข็งแรงของโพลาไรเซชันจะลดลงอย่างมาก ส่งผลให้สิ่งกีดขวางและความต้านทานเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว แสดงผล PTC ที่รุนแรง

การชั่งน้ำหนักและการผสม: วัสดุ เช่น แบเรียมคาร์บอเนต ไทเทเนียมไดออกไซด์ และสารเติมแต่งอื่นๆ ได้รับการชั่งน้ำหนักและผสมอย่างแม่นยำเพื่อให้ได้คุณสมบัติทางไฟฟ้าและความร้อนตามที่ต้องการ

1. การบดแบบเปียก: ส่วนผสมผ่านการบดแบบเปียกเพื่อให้ได้เนื้อครีมที่สม่ำเสมอ

2. การคายน้ำและการอบแห้ง: จากนั้นเนื้อครีมจะถูกทำให้แห้งและทำให้แห้งเพื่อขจัดความชื้นส่วนเกิน

3. การอัดแบบแห้ง: วัสดุที่แห้งจะถูกอัดแบบแห้งเป็นรูปทรงต่างๆ เช่น จาน สี่เหลี่ยม วงแหวน หรือโครงสร้างแบบรังผึ้ง

4. การเผาผนึก: ช่องว่างที่ถูกกดจะถูกเผาที่อุณหภูมิสูง (ประมาณ 1,400 องศา) เพื่อสร้างส่วนประกอบเซรามิก

5. การใช้งานอิเล็กโทรด: อิเล็กโทรดถูกนำไปใช้กับพื้นผิวของส่วนประกอบเซรามิกเพื่อให้เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า

6. การเรียงลำดับความต้านทาน: ส่วนประกอบต่างๆ ได้รับการคัดแยกความต้านทานเพื่อจำแนกตามค่าความต้านทาน

7. การติดลวด: ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย การติดลวดจะดำเนินการเพื่อเชื่อมต่อส่วนประกอบต่างๆ

8. การห่อหุ้มฉนวน: ส่วนประกอบต่างๆ ถูกห่อหุ้มไว้ในวัสดุฉนวนเพื่อการป้องกัน

9. การประกอบ: ส่วนประกอบต่างๆ ได้รับการประกอบเข้าด้วยกัน และหากจำเป็น ส่วนประกอบเหล่านั้นจะอยู่ในปลอกป้องกัน

10. การทดสอบการทนต่อแรงดันไฟฟ้า: เทอร์มิสเตอร์ PTC ที่ประกอบไว้ผ่านการทดสอบการทนต่อแรงดันไฟฟ้าเพื่อความปลอดภัยทางไฟฟ้า

11. การทดสอบความต้านทาน: มีการตรวจสอบความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์ PTC เพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพ

12. การทดสอบขั้นสุดท้าย: มีการทดสอบที่ครอบคลุมเพื่อประเมินการทำงานโดยรวมของเทอร์มิสเตอร์ PTC

13. บรรจุภัณฑ์: เทอร์มิสเตอร์ PTC ที่ผ่านการทดสอบและรับรองแล้วได้รับการบรรจุหีบห่อเพื่อการขนส่ง

14. การจัดเก็บ: เทอร์มิสเตอร์ PTC แบบแพ็คเกจจะถูกจัดเก็บไว้ในสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมจนกว่าจะมีการแจกจ่ายหรือใช้ในการใช้งานต่างๆ

เทอร์มิสเตอร์ PTC แสดงความสัมพันธ์ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิระหว่างความต้านทานและอุณหภูมิ หรือที่เรียกกันทั่วไปว่าเป็นคุณลักษณะความต้านทาน-อุณหภูมิ (RT) คุณลักษณะ RT อธิบายการขึ้นต่อกันของความต้านทานเป็นศูนย์ของเทอร์มิสเตอร์ PTC กับอุณหภูมิภายใต้แรงดันไฟฟ้าที่ระบุ

ความต้านทานเป็นศูนย์หมายถึงค่าความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์ PTC เมื่อวัดที่อุณหภูมิที่กำหนด โดยมีกำลังที่ใช้ต่ำมาก ต่ำมากจนสามารถละเลยการเปลี่ยนแปลงความต้านทานที่เกิดจากการกระจายพลังงานได้ พิกัดความต้านทานกำลังเป็นศูนย์แสดงถึงค่าที่วัดได้ที่อุณหภูมิแวดล้อม 25 องศา

 

 

 

• Rmin: ความต้านทานขั้นต่ำ

• Tmin: อุณหภูมิเป็น Rmin

• Rtc: 2 เท่าของ Rmin

• ทีซี:

พารามิเตอร์หลักที่กำหนดคุณลักษณะคุณภาพของคุณลักษณะ RT คือค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ ( ) ซึ่งสะท้อนถึงความชันของเส้นโค้ง RT ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิที่สูงขึ้น ( ) บ่งชี้ว่าเทอร์มิสเตอร์ PTC มีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิมากกว่า ส่งผลให้เกิดเอฟเฟกต์ PTC ที่เด่นชัดยิ่งขึ้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิที่สูงขึ้นหมายถึงประสิทธิภาพที่ดีขึ้นและอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นของเทอร์มิสเตอร์ PTC

ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ ( ) ของเทอร์มิสเตอร์ PTC ถูกกำหนดให้เป็นการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ของความต้านทานที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร:=(log(R2) - log(R1)) / (T2 - T1)

โดยปกติแล้ว T1 จะถือเป็น Tc + 15 องศา และ T2 จะถือเป็น Tc + 25 องศา โดยที่ Tc คืออุณหภูมิกูรีของเทอร์มิสเตอร์ PTC

 

ลักษณะเฉพาะของ VI

 

คุณลักษณะแรงดันไฟฟ้า-กระแส (VI) หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่าคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันหรือเรียกง่ายๆ ว่าคุณลักษณะ VI แสดงให้เห็นถึงการพึ่งพาซึ่งกันและกันระหว่างแรงดันไฟฟ้าและกระแสในเทอร์มิสเตอร์ PTC เมื่อถึงสมดุลทางความร้อนภายใต้โหลดทางไฟฟ้า

 

 

 

• Ik: กระแสไฟฟ้าที่ใช้งานที่แรงดันไฟฟ้าที่ใช้ Vk

• Ir: กระแสตกค้างเมื่อใช้ Vmax

• Vmax: แรงดันไฟฟ้าสูงสุด

• VN: แรงดันไฟฟ้าปกติ

• VD: แรงดันพังทลาย

ลักษณะ VI ของเทอร์มิสเตอร์ PTC โดยทั่วไปสามารถแบ่งออกเป็นสามส่วน:

บริเวณเชิงเส้น (0-Vk): ในภูมิภาคนี้ ความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันและกระแสเป็นไปตามกฎของโอห์ม และไม่มีการเปลี่ยนแปลงที่ไม่ใช่เชิงเส้นที่มีนัยสำคัญ เรียกอีกอย่างว่าบริเวณที่ไม่มีการกระทำเนื่องจากเทอร์มิสเตอร์ PTC ไม่แสดงการเปลี่ยนแปลงความต้านทานที่เห็นได้ชัดเจน

บริเวณการเปลี่ยนผ่าน (Vk-Vmax): ในภูมิภาคนี้เรียกว่าบริเวณเปลี่ยนผ่านหรือเปลี่ยน ความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์ PTC จะมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วเนื่องจากการทำความร้อนในตัวเอง เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น กระแสไฟฟ้าจะลดลง ส่งผลให้เทอร์มิสเตอร์ PTC เปลี่ยนจากสถานะต้านทานต่ำไปเป็นสถานะต้านทานสูง ภูมิภาคนี้เรียกอีกอย่างว่าภูมิภาคปฏิบัติการ

ภูมิภาคพังทลาย (VD ขึ้นไป): ในภูมิภาคนี้เรียกว่าบริเวณพังทลายหรือสะดุด กระแสจะเพิ่มขึ้นตามแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น ความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์ PTC มีค่าลดลงแบบเอ็กซ์โปเนนเชียล ส่งผลให้กระแสไฟฟ้าสูงขึ้นสำหรับแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น เป็นผลให้อุณหภูมิของเทอร์มิสเตอร์ PTC เพิ่มขึ้น ส่งผลให้ความต้านทานลดลงอีก ในที่สุด สิ่งนี้สามารถทำให้เกิดการพังทลายของความร้อนหรือการสะดุดของเทอร์มิสเตอร์ PTC

คุณลักษณะ VI เป็นข้อมูลอ้างอิงที่สำคัญสำหรับการป้องกันกระแสเกินที่ได้รับจากเทอร์มิสเตอร์ PTC ช่วยกำหนดพฤติกรรมของเทอร์มิสเตอร์ภายใต้สภาวะแรงดันไฟฟ้าและกระแสที่แตกต่างกัน ทำให้มั่นใจได้ถึงการป้องกันที่มีประสิทธิภาพจากการไหลของกระแสไฟฟ้าที่มากเกินไป

ลักษณะเวลาปัจจุบัน หมายถึงคุณลักษณะของเทอร์มิสเตอร์ PTC โดยที่กระแสเปลี่ยนแปลงตามเวลาระหว่างการใช้แรงดันไฟฟ้า

เมื่อแรงดันไฟฟ้าถูกจ่ายให้กับเทอร์มิสเตอร์ PTC ในตอนแรก กระแสในขณะนั้นเรียกว่ากระแสเริ่มต้น เมื่อเทอร์มิสเตอร์ PTC เข้าสู่สมดุลทางความร้อน กระแสไฟฟ้าที่เหลืออยู่จะเรียกว่ากระแสคงเหลือ

ที่อุณหภูมิแวดล้อมที่กำหนด เมื่อมีการจ่ายกระแสเริ่มต้น (เพื่อให้มั่นใจว่าเป็นกระแสในการทำงาน) กับเทอร์มิสเตอร์ PTC เวลาที่กระแสไฟฟ้าจะลดลงเหลือ 50% ของกระแสเริ่มต้นเรียกว่าเวลาตอบสนองหรือค่าคงที่เวลาตอบสนอง คุณลักษณะเวลาปัจจุบันเป็นข้อมูลอ้างอิงที่สำคัญสำหรับการใช้งานต่างๆ ของเทอร์มิสเตอร์ PTC เช่น การล้างอำนาจแม่เหล็กอัตโนมัติ การสตาร์ทล่าช้า และการป้องกันการโอเวอร์โหลด