Connaissance de base de PTC

PTC est l'abréviation de Positive Temperature Coefficient, qui fait généralement référence aux matériaux ou composants semi-conducteurs présentant un coefficient de température positif élevé. Habituellement, lorsque nous parlons de PTC, nous faisons référence aux thermistances à coefficient de température positif, communément appelées thermistances PTC. Les thermistances PTC sont un type de résistance semi-conductrice sensible à la température, et lorsque la température dépasse un certain seuil (température de Curie), leur résistance augmente brusquement avec l'augmentation de la température.

Les matériaux céramiques sont couramment utilisés comme excellents isolants à haute résistance. Les thermistances PTC en céramique sont fabriquées à partir de titanate de baryum comme base et dopées avec d'autres matériaux céramiques polycristallins, ce qui entraîne une résistance et des caractéristiques semi-conductrices inférieures. Ceci est réalisé grâce au dopage intentionnel d’un élément chimique avec une valence plus élevée comme point du réseau du cristal. Une partie des ions baryum ou ions titanate du réseau est remplacée par des ions de valence supérieure, créant un certain nombre d'électrons libres qui contribuent à la conductivité électrique.

La raison de l'effet PTC (Positive Temperature Coefficient), c'est-à-dire de l'augmentation brutale de la résistance, réside dans l'organisation du matériau, constitué de nombreux petits microcristaux. Aux interfaces de ces cristaux, appelées joints de grains, des barrières se forment, empêchant le mouvement des électrons vers les régions adjacentes. En conséquence, la résistance devient élevée. Cet effet est compensé à basse température en raison de la constante diélectrique élevée et de la force de polarisation spontanée aux joints de grains, qui empêchent la formation de barrières et permettent aux électrons de circuler librement. Cependant, à des températures élevées, la constante diélectrique et la force de polarisation diminuent considérablement, provoquant une forte augmentation des barrières et de la résistance, présentant un fort effet PTC.

Pesée et mélange : les matériaux, tels que le carbonate de baryum, le dioxyde de titane et d'autres additifs, sont pesés et mélangés avec précision pour obtenir les propriétés électriques et thermiques requises.

1. Broyage humide : Le mélange subit un broyage humide pour former une pâte uniforme.

2. Déshydratation et séchage : La pâte est ensuite déshydratée et séchée pour éliminer l'excès d'humidité.

3. Pressage à sec : Le matériau séché est pressé à sec sous diverses formes, telles que des disques, des rectangles, des anneaux ou des structures en nid d'abeille.

4. Frittage : Les ébauches pressées sont frittées à haute température (environ 1 400 degrés) pour former des composants en céramique.

5. Application des électrodes : Des électrodes sont appliquées à la surface des composants en céramique pour les rendre conducteurs.

6. Tri par résistance : Les composants subissent un tri par résistance pour les classer en fonction de leurs valeurs de résistance.

7. Liaison filaire : En fonction de la structure du produit final, une liaison filaire est effectuée pour connecter les composants.

8. Encapsulation d'isolation : les composants sont enfermés dans un matériau isolant pour leur protection.

9. Assemblage : Les composants sont assemblés et, si nécessaire, placés dans des boîtiers de protection.

10. Test de tension de tenue : Les thermistances PTC assemblées sont soumises à des tests de tension de tenue pour garantir leur sécurité électrique.

11. Test de résistance : La résistance des thermistances PTC est vérifiée pour vérifier leurs performances.

12. Test final : des tests complets sont effectués pour évaluer la fonctionnalité globale des thermistances PTC.

13. Emballage : Les thermistances PTC testées et approuvées sont emballées pour l'expédition.

14. Stockage : Les thermistances PTC emballées sont stockées dans un environnement approprié jusqu'à ce qu'elles soient distribuées ou utilisées dans diverses applications.

Les thermistances PTC présentent une relation dépendante de la température entre la résistance et la température, communément appelée caractéristique Résistance-Température (RT). La caractéristique RT décrit la dépendance de la résistance à puissance nulle de la thermistance PTC sur sa température, sous une tension spécifiée.

La résistance à puissance nulle fait référence à la valeur de résistance de la thermistance PTC lorsqu'elle est mesurée à une certaine température, avec une puissance appliquée très faible, si faible que le changement de résistance provoqué par la dissipation de puissance peut être négligé. La résistance nominale à puissance nulle représente la valeur mesurée à une température ambiante de 25 degrés.

 

 

 

• Rmin : résistance minimale

• Tmin : Température en Rmin

• Rtc : 2 fois Rmin

• TC :

Le paramètre clé qui caractérise la qualité de la caractéristique RT est le coefficient de température ( ), qui reflète la pente de la courbe RT. Un coefficient de température plus élevé ( ) indique que la thermistance PTC est plus sensible aux changements de température, ce qui entraîne un effet PTC plus prononcé. En d’autres termes, un coefficient de température plus élevé signifie de meilleures performances et une durée de vie plus longue pour la thermistance PTC.

Le coefficient de température ( ) d'une thermistance PTC est défini comme le changement relatif de résistance provoqué par un changement de température. Il peut être calculé à l'aide de la formule :=(log(R2) - log(R1)) / (T2 - T1)

Habituellement, T1 est pris comme Tc + 15 degré et T2 est pris comme Tc + 25 degré, où Tc est la température de Curie de la thermistance PTC.

 

Caractéristique VI

 

La caractéristique tension-courant (VI), également connue sous le nom de caractéristique courant-tension ou simplement caractéristique VI, illustre l'interdépendance entre la tension et le courant dans une thermistance PTC lorsqu'elle atteint l'équilibre thermique sous charge électrique.

 

 

 

• Ik : courant de fonctionnement à la tension appliquée Vk

• Ir : courant résiduel lorsque Vmax est appliqué

• Vmax : tension maximale

• VN : tension normale

• VD : tension de claquage

La caractéristique VI d'une thermistance PTC peut généralement être divisée en trois régions :

Région linéaire (0-Vk) : dans cette région, la relation entre la tension et le courant suit la loi d'Ohm et il n'y a pas de variation non linéaire significative. Elle est également connue sous le nom de région de non-action car la thermistance PTC ne présente aucun changement notable dans sa résistance.

Région de transition (Vk-Vmax) : Dans cette région, connue sous le nom de région de transition ou de commutation, la résistance de la thermistance PTC subit un changement rapide en raison de l'auto-échauffement. À mesure que la tension augmente, le courant diminue, ce qui fait passer la thermistance PTC d'un état de faible résistance à un état de résistance élevée. Cette région est également appelée région d’action.

Région de claquage (VD et supérieur) : Dans cette région, connue sous le nom de région de claquage ou de déclenchement, le courant augmente avec l'augmentation de la tension. La résistance de la thermistance PTC présente une diminution exponentielle, ce qui entraîne des courants plus élevés pour des tensions plus élevées. En conséquence, la température de la thermistance PTC augmente, entraînant une nouvelle diminution de la résistance. Finalement, cela peut provoquer une panne thermique ou un déclenchement de la thermistance PTC.

La caractéristique VI est une référence importante pour la protection contre les surintensités fournie par les thermistances PTC. Il aide à déterminer le comportement de la thermistance dans différentes conditions de tension et de courant, garantissant ainsi une protection efficace contre un flux de courant excessif.

La caractéristique courant-temps fait référence à la caractéristique d'une thermistance PTC où le courant change avec le temps lors de l'application d'une tension.

Lorsque la tension est initialement appliquée à la thermistance PTC, le courant à ce moment-là est appelé courant de démarrage. Lorsque la thermistance PTC atteint l'équilibre thermique, le courant qui reste est appelé courant résiduel.

À une certaine température ambiante, lorsqu'un courant initial (garantissant qu'il s'agit bien du courant de fonctionnement) est appliqué à la thermistance PTC, le temps nécessaire pour que le courant diminue jusqu'à 50 % du courant de démarrage est appelé temps de réponse ou constante de temps de réponse. La caractéristique courant-temps constitue une référence importante pour diverses applications des thermistances PTC, telles que la démagnétisation automatique, le démarrage différé et la protection contre les surcharges.