各种使用条件对ptc应用的影响
散热功率
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。
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。
5. 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。
6.
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。
i max = a * u / r25
其中i max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:
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