PTC特性与各种使用条件对PTC发热体的影响.docx

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PTC特性与各种使用条件对PTC发热体的影响

PTC特性与各种使用条件对PTC发热体的影响

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对于同一个PTC发热体，其稳定功率随着散热条件的不同而改变。

相关材料的导热系数，绝缘层的厚度，导热面的间隙，都会影响散热，从而影响稳定功率。

各种因素对PTC稳定功率的影响，见热平衡节的详细描述。

此外，PTC片的厚度减薄时，会使导热加快，从而使功率增加。

散热较快时的PTC稳定功率可能会比散热较慢时大几十倍。

PTC发热体的开关温度越高，则稳定功率也越大。

大多数的新用户都要求PTC生产厂提供PTC发热体的功率数据，但是应当知道，功率是随散热条件而变化的。

在确定的电压下，PTC发热体的起始功率和最大功率基本上不受散热条件的影响；但是稳定功率取决于使用场合的散热条件。

虽然在不同的使用电压下，PTC的起始功率不同，但稳定功率相差不大。

4.发热与散热的平衡。

发热与散热平衡，是指PTC的发热功率与散热功率一致，PTC相对稳定在某个温度点。

以下是各种因素对PTC热平衡的影响的示意图。

散热功率

P（dis）=H*（Ts-Te）

H是散热系数，其取决于传热用的金属材料、绝缘材料的导热系数，绝缘材料的厚度，接触面的状况，散热面的尺寸和形状，冷却风流、水流等。

金属导热系数比较大，约为绝缘材料的10~100倍，所以，绝缘材料对导热的影响更大。

当有风吹时，PTC发热组件的散热系数H会增加5~10倍。

Ts是PTC发热体的表面温度，Te是环境温度。

散热功率与Ts和Te的差成正比。

当发热功率与散热功率相等时，发热与散热达成平衡，PTC的温度不再变化。

发热功率曲线与散热功率曲线的交叉点，是发热与散热的平衡点，它决定了PTC发热体的温度和发热功率。

温度低于交叉点温度时，发热功率大于散热功率，PTC温度上升；温度高于交叉点温度时，发热功率小于散热功率，PTC温度自动下降，保持温度恒定。

但是如果散热极慢，发热曲线与散热曲线没有交叉点，发热功率总是大于散热功率，PTC无法达到平衡，从而导致PTC的热击穿。

因此，在使用PTC发热片时，应使PTC能够比较好地散热，以防PTC击穿。

为了获得较大的功率，应当增加散热，或选择较高开关温度、较小电阻的PTC，或者较低的环境温度。

在大多数场合下，我们需要PTC发热体具有确定的表面温度，而不是确定的功率。

此时，我们不必考虑它的功率。

在空气加热、煮水等场合下，我们应更多地考虑发热功率。

二、各种使用条件对PTC发热体的影响

1.表面温度。

电压的影响:

 在发热/散热平衡图中，若PTC工作在正常工作点B段时，工作电压对PTC的表面温度的影响不大。

性能优异、电阻适当的PTC发热片，电压增加1倍，表面温度提高10℃左右。

若PTC电阻随温度的变化过缓，性能不佳，则在正常工作点B段时，电压变化对其表面温度的影响比较大，这对于需要同时在不同电压使用下的情形不利。

当PTC发热片在工作点A段（比如工作电压太低、PTC电阻太大、散热太快等情况）时，电压对表面温度的影响比较大。

对于电压太低或PTC电阻太大的情况，应避免；对于只重视输出功率的情况，散热快可以提高输出功率，表面温度则可以不必重视。

当电压过高，使PTC发热片的工作点处在C段时，温度将会失去控制，使表面温度快速上升，导致PTC的热击穿。

PTC常温电阻的影响:

 PTC电阻减小与工作电压增加所产生的影响相似。

在工作点B段，电阻减小，表面温度则稍微上升。

但是若PTC电阻过大，工作点处在A段，PTC电阻变化则对表面温度产生较大的影响。

如果PTC的电阻过小，工作点可能会处于C点，PTC发热片容易出现热击穿。

若PTC的电极制作有问题，则可能出现假电阻，即PTC成品的电阻比陶瓷体的电阻要大得多，则电阻对表面温度的影响将被假电阻现象掩盖，因而无法判定表面温度与电阻的变化关系。

散热的影响:

 在工作点B段，散热加快，表面温度则稍微下降。

但是由于散热过快，工作点处在A段，PTC散热则对表面温度产生较大的影响。

当散热过慢，工作点处在C段，则PTC将出现热击穿。

开关温度的影响:

 在工作点B段，开关温度的降低或提高，将使PTC发热片的表面温度降低或提高。

这是改变PTC发热片表面温度最常用的做法。

但是，当开关温度接近室温时，单纯降低开关温度很难使表面温度下降，必须同时增加PTC的常温电阻才能使表面温度下降。

当用PTC发热片组装成组件时，组件的温度与发热片的温度会有一差距。

通常这一差距在10~40℃之间。

影响组件与发热片的温度差的因素有：

组件外部散热条件（组件外部散热快则温度差大），PTC与组件之间的散热（散热快则温度差小），发热温度与环境温度之差（此温差大则组件与发热片的温度差大），以及装配方法。

发热片与组件间的导热不良，绝缘材料太厚，绝缘材料的导热系数小，组件表面与发热片的距离较远，PTC发热片的发热面积与散热面积比相对较小，组件表面散热较快，则组件的表面温度下降较多。

2.最大电流（冲击电流）

PTC电阻的影响:

从电流--时间曲线可以看出，当施加固定电压到PTC发热片时，其初始一段时间，电流比较大。

电流达到最大时的电流即是最大电流。

电阻越小，则最大电流越大。

若需要多个PTC并联时，最大电流会较大，可能超过电流的允许电流，此时应选用电阻大些的PTC发热片。

有时，需要发热片的发热速度快些，则应选用电阻小些的发热片。

但是，若PTC发热片存在假电阻，则无法判定最大电流与电阻之间的关系。

最小电阻的影响:

在PTC电阻—温度曲线中，介绍了常温电阻R25和最小电阻Rmin。

R25/Rmin的比值越大，则最大电流越大。

开关温度较高的PTC，R25/Rmin的比值往往要比开关温度较低的大。

电压效应影响:

用较高的电压来测量PTC的电阻，会比较低电压测量的电阻小，称为电压效应。

电压效应大，则最大电流也大。

电阻搭配的影响。

不同电阻的发热片的电流—时间曲线不同，到达最大最大电流的时间也不同。

多个PTC发热片并联使用时，若各片的电阻差别较大，最大电流的峰值被拉平，最大电流则比电阻接近的情况小。

但是，如果PTC发热体不是在室温下通电加热，而是在较高温度下通电，特别是在R-T曲线的Tmin的温度下通电，组装在一起的每片PTC的电阻同时是最小值，最大电流的峰值不会被拉平，组件的最大电流将会很大。

单片PTC最大电流的估算。

Imax=A*U/R25

其中Imax为最大电流A是与材料开关温度，生产配方和工艺有关的系数。

对于我公司生产的PTC发热片，A值基本符合下表的经验值：

表面温度/℃50100150200250300A值1.11.51.82.53.86.0

3.发热（升温）速度。

PTC电阻的影响:

在电压相同的情况下，电阻越小，初始的发热功率越大，发热速度也越快，达到最大最大电流以及恒定表面温度的时间也越短。

但PTC存在较大假电阻的情况除外。

使用电压的影响:

对于同一PTC发热片，电压越高，初始的发热功率越大，发热速度也越快，达到最大最大电流以及恒定表面温度的时间也越短。

组件导热情况的影响:

正常使用的PTC发热片，在非强制散热（如吹风、直接浸水等）的情况下，一般10~30秒即可达到恒定表面温度。

但是，若将PTC发热片组装成组件，组件的达到恒定表面温度的时间要长得多。

许多初初使用PTC发热片的厂商，由于不了解PTC发热片的特性，不重视导热问题，以致使导热严重不良。

导热不良的原因有：

导热面不平整，存在较大的空气间隙，绝缘层太厚。

导热不良会使传导功率的速度减慢，组件到达恒定表面温度的时间延长。

PTC导热面积的影响:

 PTC导热面积的增加，可使传导功率增加，组件到达恒定表面温度的时间缩短。

对于同样的散热结构，多用一些同样的种类的发热片，也可以使组件到达恒定表面温度的时间缩短。

组件热容量的影响:

若组件的热容量增加，温升时所需要的热量增加，组件到达恒定表面温度的时间延长。

导热硅脂的使用:

在PTC与电极片之间，或其他传热面之间涂上导热硅脂，可使传热速度加快。

但是导热硅脂不要太厚，接触面之间一定要压紧。

4.PTC发热体的选择方法。

常温电阻的选择。

根据使用电压、发热速度、最大电流、发热面积、表面温度等方面的要求，选择适合的常温电阻。

需要发热速度快，功率大的场合，电阻可选择小些。

用于恒温发热的片，电阻稍大些。

用于延时电路的发热体，电阻应更大些。

多片并联使用时，为了防止电流过大，应选择电阻大些，而且大小电阻搭配使用。