PTC自恢复保险丝中的物理学知识

2017年05月09日
PTC是英文Positive Temperature Coefficient 的字头缩写,意思是正的温度系数,泛指正温度系的半导体材料或元器件。通常我们提到的PTC是指正温度系数的热敏电阻;与PTC相对应的是Negative Temperature Coefficient,负温度系数的热敏电阻,又叫NTC,它的特性与PTC正好相反,即超过一定的温度时, 它的电阻值会随着温度的升高而下降。 

PTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻,它经过特殊的工艺研制而成,当低于居里温度时, 它的电阻值将不随着温度的升高而发生明显的变化;一旦超过居里温度时, 它的电阻值将随着温度的升高呈阶跃性的迅速增高. 其电阻值的变化相对于温度的变化不成正比,是非线性关系,又称为非线性热敏电阻,当热量散发出去,它的电阻值有恢复到原始的状态,我们利用PTC的这个特性,可以研制并生产出不同使用条件下的过流保护器件,也叫做可恢复保险丝,使用时PTC不分极性,与负载串联。

这里面会遇到以下3个基本的物理学定律:

1、欧姆定律:I=U/R

2、焦耳定律:Q=0.24*I^2*R*t

3、电功率:P = U*I =I^2*R

由欧姆定律可知,当施加在负载两端的电压U保持不变时,整个回路的工作电流I,与回路的电阻值R成反比,这个电阻值R越大,电流I将会越小。

由焦耳定律可知,电流流过一个导体产生的热量Q,与电流I的平方成正比,当回路的电流I只要增加一点,产生的热量Q将急剧增加,一旦PTC内部累积的热量到达它动作所需要的温度,PTC内部的导电通路将局部融化或断裂,于是立刻呈现出很高的电阻值,从而将整个回路的电流限制在一个很小的范围内。

由电功率的公式可知,在PTC发生保护的情况下,此刻:

P输入=PRt+ PRL。

式中:P输入:电源的输入功率

PRt:PTC承受的功率

PRL:负载获得的功率

由于可恢复保险丝发生保护动作以后,Rt>>RL

式中:Rt:PTC的电阻值

RL:负载的等效电阻值

虽然流过二者的电流完全一致,但:PRt (=I^2*Rt) >> PRL(=I^2*RL)

故:电源输入的功率,几乎都由PTC来承担了,负载不再能够获得电功率,从而达到了保护负载的目的。
来源:东莞市钰云电子科技有限公司

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