PCT的应用

摘要：

PTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻，超过一定的温度(居里温度)时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。应用于电池，安防，医疗、科研、工业电机马达、航天航空等电子电气温度控制相关的领域。灵敏度较高，工作温度范围宽，体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度，使用方便，电阻值可在0.1～100kΩ间任意选择，易加工成复杂的形状，可大批量生产，稳定性好、过载能力强。

关键词：

PTC、热敏电阻、居里温度、半导体电阻、温度敏感性

PTC是Positive Temperature Coefficient 的缩写，意思是正的温度系数， 泛指正温度系数很大的半导体材料。通常我们提到的PTC是指正温度系数热敏电阻，简称PTC热敏电阻(PTC Thermistor)。

PTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻，超过一定的温度(居里温度)时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。热敏电阻按照温度系数的不同分为：正温度系数热敏电阻(简称PTC热敏电阻)，负温度系数热敏电阻(简称NTC热敏电阻)。

陶瓷材料通常用作高电阻的优良绝缘体，而陶瓷PTC热敏电阻是以钛酸钡为基，掺杂其它的多晶陶瓷材料制造的，具有较低的电阻及半导特性。通过有目的的掺杂一种化学价较高的材料作为晶体的点阵元来达到的： 在晶格中钡离子或钛酸盐离子的一部分被较高价的离子所替代，因而得到了一定数量产生导电性的自由电子。对于PTC热敏电阻效应，也就是电阻值阶跃增高的原因，在于材料组织是由许多小的微晶构成的，在晶粒的界面上， 即所谓的晶粒边界(晶界)上形成势垒，阻碍电子越界进入到相邻区域中去，因此而产生高的电阻，这种效应在温度低时被抵消：在晶界上高的介电常数和自发的极化强度在低温时阻碍了势垒的形成并使电子可以自由地流动。 而这种效应在高温时，介电常数和极化强度大幅度地降低，导致势垒及电阻大幅度地增高，呈现出强烈的PTC效应。

目前大量被使用的PTC热敏电阻种类：

一、恒温加热用PTC热敏电阻器

恒温加热用PTC热敏电阻的恒温发热特性， 是由材料特性决定的。其原理是当PTC热敏电阻通上电后，因为自热，导致元件本体温度上升，电阻值进入跃变区，电流迅速下降，于是恒温加热PTC热敏电阻表面温度持续保持恒定值。该温度只与PTC热敏电阻的居里温度和外加电压有关，而与环境温度基本无关。

PTC恒温加热器就是利用恒温加热PTC热敏电阻恒温发热特性设计的加热器件。在中小功率加热场合，PTC加热器具有恒温发热、无明火、热转换率高、受电源电压影响极小、自然寿命长等传统发热元件无法比拟的优势， 在电热器具中的应用越来越受到研发工程师的青睐。

恒温加热PTC热敏电阻可制作成多种外形结构和不同规格， 常见的有圆片形、长方形、长条形 、圆环以及蜂窝多孔状等。把上述PTC发热元件和金属构件进行组合可以形成各种形式的大功率PTC加热器。

二、低电压PTC恒温加热器

低电压PTC恒温加热器只需3~24V电压即可恒温发热，其原理是PTC热敏电阻加电后自热升温使阻值进入跃变区，低电压PTC恒温加热器表面温度将保持恒定值，该温度只与PTC热敏电阻的居里温度和外加电压有关，而与环境温度基本无关。

PTC加热器就是利用低电压PTC恒温加热器恒温发热特性设计的加热器件。在中小功率加热场合，PTC加热器具有恒温发热、无明火、热转换率高、受电源电压影响极小、自然寿命长等传统发热元件无法比拟的优势， 在电热器具中的应用越来越受到研发工程师的青睐。

恒温加热PTC热敏电阻可制作成多种外形结构和不同规格，常见的有圆片形、长方形、长条形 、 圆环以及蜂窝多孔状等。把上述PTC发热元件和金属构件进行组合可以形成各种形式的较大功率的PTC加热器。

三、液体加热用PTC热敏电阻器

液体加热用PTC热敏电阻器特别适合于安全性及产品寿命要求高的高档产品，作为液体保温元件性能优异，相比普通的电热丝加热器，液体加热用PTC热敏电阻器省去了控温系统，成本也低。

液体加热用PTC热敏电阻器的加热功率随着使用条件的不同而不同。要使PTC的散热功率增加，被加热的液体应有良好的流通或对流。潜入式加热器的功率密度（加热功率/水接触的面积）大约为6W /cm2（水温25℃时）。流体式加热器的功率密度（加热功率/水接触的面积）大约为4~10W /cm2（水温25℃时）。水温越高，加热功率越小。

PTC液体恒温加热器在干烧时的温度越高，加热液体时的功率就会越大。为了追求相对低成本的解决方案，一般设计PTC液体恒温加热器的干烧温度为220~280℃。若要求降低干烧温度，则需要相应增加PTC液体恒温加热器的体积或数量，才能达到等效功率。

四、过热保护PTC热敏电阻

PTC热敏电阻传感器的居里温度从40-300℃，在PTC热敏电阻传感器的R-T特性曲线上，电阻值进入跃变区后陡升的一段可以作为温度、液位、流量传感方面的应用。根据PTC热敏电阻对温度敏感的特性，设计用在过热保护及温度传感的场合，应用于开关电源，电器设备(电机、变压器)，功率器件(晶体管)。特点是体积小，反应时间快、安装方便。

生产中需要连续运转的车床，电热烘箱，球蘑机等机电设备以及其它无人值守的设备， 因电机过热或温控失灵造成的事故比较常见，使用电机过热保护用PTC热敏电阻可以有效预防事故发生。

对电机过热保护常用的方法是在电机定子的绕组里埋设体积极小的传感器用PTC热敏电阻感温头，在正常情况下电机过热保护用PTC热敏电阻处于低阻态，不影响电机的正常运转。 当电机内部因故障过热时，电机过热保护用PTC热敏电阻受热阻值跃变，与之配合的继电器失电释放， 电机停止运转，等候排除故障后重新运转。这种保护方法的优点在于直接监测绕组内部的温度变化，在过热温度突破电机的绝缘等级之前使电机得到保护， 同时由于TC热敏电阻的可恢复性，不必象温度保险丝一样必需更换新的。

五、延时启动PTC热敏电阻

电机在启动时，要克服本身的惯性， 同时还要克服负载的反作用力（如冰箱压缩机启动时必须克服制冷剂的反作用力），因此电机启动时需要较大的电流和转矩。 当转动正常后，为了节约能源，需要的转矩又要大幅度下降。给电机加一组辅助线圈，只在启动时工作，正常后它就断开。将PTC热敏电阻串联在启动辅助线圈，启动后PTC热敏电阻进入高阻态切断辅助线圈，正好可以达到这种效果.

将PTC热敏电阻用在节能灯电子镇流器上，不必改动线路将产品直接跨接在灯管的谐振电容两端，可以改变电子镇流器、电子节能灯的硬启动为预热启动，灯丝的预热时间达0.4-2.0秒，可延长灯管寿命四倍以上。

参考文献：

[1]PTC Heating wire. Kojima, Tatsuo, Azuma Yukinori; Ikeda, Masao (Ohsin Co., Ltd, Japan). Jpn. Kokal Tokkyo. Koho JP 2009 129,816(Cl,H05B3/56), 11 Jun. 2009, Appl. 2007/305,778, 27Nov2007;3pp.(Japan)

[2]PTC Polymer heating element. Nakajima, Keizo; Umeda, Akihiro; Ishii, Takahito; Uno, Kastsuhiko, Fukuda, Hiroshi (Panasonic Corporation, Japan) PCT Int. Appl. WO 2009 104,361 (Cl.H05B3/14), 27 Aug 2009, JP Appl. 2008/316,382,12 Dec 2008; 47pp. (Japan)

[3]High temperature lead free PTC. Material and manufacture process thereof. GAO, Changfu (Peop. Rep. China) Faming Zhuanli Shenqing Gongkai Shuoming Shu CN 101,565,305 (Cl.C04B35/475), 28 Oct 2009 Appl. 10,106,240,27 Mar 2009; 18pp.(CH)

[4]Electrical pre-resistor and resistor element.Bielesch, Thomas; Sohweizer, Bejamin; Reinhardt, Reinhardt, Ralph-Peter; Munkow, Eckhard(Pantrac GmbH, Germany) PCT Int. Appl. WO 2009 127,444 (Cl. H01C7/00), 22 Oct 2009, PE Appl. 1,008,020,754,18 Apr 2008; 42 pp. (Ger)