各種使用條件對PTC應用的影響
散熱功率
H是散熱系數,其取決于傳熱用的金屬材料、絕緣材料的導熱系數,絕緣材料的厚度,接觸面的狀況,散熱面的尺寸和形狀,冷卻風流、水流等。金屬導熱系數比較大,約為絕緣材料的10~100倍,所以,絕緣材料對導熱的影響更大。當有風吹時,PTC發(fā)熱組件的散熱系數H 會增加5~10倍。
發(fā)熱功率曲線與散熱功率曲線的交叉點,是發(fā)熱與散熱的平衡點,它決定了PTC發(fā)熱體的溫度和發(fā)熱功率。溫度低于交叉點溫度時,發(fā)熱功率大于散熱功率,PTC溫度上升;溫度高于交叉點溫度時,發(fā)熱功率小于散熱功率,PTC溫度自動下降,保持溫度恒定。但是如果散熱極慢,發(fā)熱曲線與散熱曲線沒有交叉點,發(fā)熱功率總是大于散熱功率, PTC無法達到平衡,從而導致PTC的熱擊穿。因此,在使用PTC發(fā)熱片時,應使PTC能夠比較好地散熱,以防PTC擊穿。
為了獲得較大的功率,應當增加散熱,或選擇較高開關溫度、較小電阻的PTC,或者較低的環(huán)境溫度。
在大多數場合下,我們需要PTC發(fā)熱體具有確定的表面溫度,而不是確定的功率。此時,我們不必考慮它的功率。在空氣加熱、煮水等場合下,我們應更多地考慮發(fā)熱功率。
5. 表面溫度。
電壓的影響。在發(fā)熱/散熱平衡圖中,若PTC 工作在正常工作點B段時,工作電壓對PTC 的表面溫度的影響不大。性能優(yōu)異、電阻適當的PTC發(fā)熱片,電壓增加1倍,表面溫度提高10℃左右。若PTC電阻隨溫度的變化過緩,性能不佳,則在正常工作點B段時,電壓變化對其表面溫度的影響比較大,這對于需要同時在不同電壓使用下的情形不利。
當PTC 發(fā)熱片在工作點A段(比如工作電壓太低、PTC電阻太大、散熱太快等情況)時,電壓對表面溫度的影響比較大。對于電壓太低或PTC電阻太大的情況,應避免;對于只重視輸出功率的情況,散熱快可以提高輸出功率,表面溫度則可以不必重視。
當電壓過高,使PTC發(fā)熱片的工作點處在C段時,溫度將會失去控制,使表面溫度快速上升,導致PTC的熱擊穿。
PTC常溫電阻的影響。PTC電阻減小與工作電壓增加所產生的影響相似。在工作點B段,電阻減小,表面溫度則稍微上升。但是若PTC電阻過大,工作點處在A段,PTC電阻變化則對表面溫度產生較大的影響。如果PTC的電阻過小,工作點可能會處于C點,PTC 發(fā)熱片容易出現(xiàn)熱擊穿。若PTC的電極制作有問題,則可能出現(xiàn)假電阻,即PTC成品的電阻比陶瓷體的電阻要大得多,則電阻對表面溫度的影響將被假電阻現(xiàn)象掩蓋,因而無法判定表面溫度與電阻的變化關系。
散熱的影響。在工作點B段,散熱加快,表面溫度則稍微下降。但是由于散熱過快,工作點處在A段,PTC散熱則對表面溫度產生較大的影響。當散熱過慢,工作點處在C段,則PTC將出現(xiàn)熱擊穿。
開關溫度的影響。在工作點B段,開關溫度的降低或提高,將使PTC發(fā)熱片的表面溫度降低或提高。這是改變PTC發(fā)熱片表面溫度最常用的做法。但是,當開關溫度接近室溫時,單純降低開關溫度很難使表面溫度下降,必須同時增加PTC的常溫電阻才能使表面溫度下降。
當用PTC發(fā)熱片組裝成組件時,組件的溫度與發(fā)熱片的溫度會有一差距。通常這一差距在10~40 ℃之間。影響組件與發(fā)熱片的溫度差的因素有:組件外部散熱條件(組件外部散熱快則溫度差大),PTC與組件之間的散熱(散熱快則溫度差?。?,發(fā)熱溫度與環(huán)境溫度之差(此溫差大則組件與發(fā)熱片的溫度差大),以及裝配方法。發(fā)熱片與組件間的導熱不良,絕緣材料太厚,絕緣材料的導熱系數小,組件表面與發(fā)熱片的距離較遠,PTC發(fā)熱片的發(fā)熱面積與散熱面積比相對較小,組件表面散熱較快,則組件的表面溫度下降較多。
6.
PTC電阻的影響。從電流--時間曲線可以看出,當施加固定電壓到PTC發(fā)熱片時,其初始一段時間,電流比較大。電流達到最大時的電流即是最大電流。電阻越小,則最大電流越大。若需要多個PTC并聯(lián)時,最大電流會較大,可能超過電流的允許電流,此時應選用電阻大些的PTC發(fā)熱片。有時,需要發(fā)熱片的發(fā)熱速度快些,則應選用電阻小些的發(fā)熱片。但是,若PTC發(fā)熱片存在假電阻,則無法判定最大電流與電阻之間的關系。
最小電阻的影響。在PTC電阻—溫度曲線中,介紹了常溫電阻R25和最小電阻Rmin。R25/Rmin的比值越大,則最大電流越大。開關溫度較高的PTC,R25/Rmin的比值往往要比開關溫度較低的大。
電壓效應影響。用較高的電壓來測量PTC的電阻,會比較低電壓測量的電阻小,稱為電壓效應。電壓效應大,則最大電流也大。
電阻搭配的影響。不同電阻的發(fā)熱片的電流—時間曲線不同,到達最大最大電流的時間也不同。多個PTC發(fā)熱片并聯(lián)使用時,若各片的電阻差別較大,最大電流的峰值被拉平,最大電流則比電阻接近的情況小。但是,如果PTC發(fā)熱體不是在室溫下通電加熱,而是在較高溫度下通電,特別是在R-T曲線的Tmin的溫度下通電,組裝在一起的每片PTC的電阻同時是最小值,最大電流的峰值不會被拉平,組件的最大電流將會很大。
單片PTC最大電流的估算。
I max = A * U / R25
其中I max為最大電流 A是與材料開關溫度,生產配方和工藝有關的系數。對于我公司生產的PTC發(fā)熱片,A值基本符合下表的經驗值:
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