PTCの基礎知識

PTC は Positive Temperment Coefficient の略称で、一般に大きな正の温度係数を持つ半導体材料または部品を指します。 通常、PTC について言及するときは、一般に PTC サーミスタとして知られる正温度係数サーミスタのことを指します。 PTCサーミスタは温度に敏感な半導体抵抗器の一種で、温度が一定の閾値（キュリー温度）を超えると、温度上昇とともに抵抗値が急激に増加します。

セラミック材料は、高抵抗の優れた絶縁体として一般的に使用されています。 セラミック PTC サーミスタは、チタン酸バリウムをベースとして使用し、他の多結晶セラミック材料をドープして作られているため、抵抗が低くなり、半導体特性が向上します。 これは、結晶の格子点としてより高い価数の化学元素を意図的にドーピングすることによって実現されます。 格子内のバリウムイオンまたはチタン酸イオンの一部がより高い価数のイオンに置き換えられ、導電性に寄与する一定数の自由電子が生成されます。

PTC (正の温度係数) 効果、つまり抵抗の急激な増加の理由は、多くの小さな微結晶で構成される材料の組織にあります。 粒界として知られるこれらの結晶の界面には障壁が形成され、隣接する領域への電子の移動が妨げられます。 その結果、抵抗が高くなる。 この効果は、粒界の誘電率と自発分極強度が高いため、低温では相殺され、障壁の形成が防止され、電子が自由に流れることができます。 しかし、高温では誘電率と分極強度が大幅に低下し、障壁と抵抗が急激に増加し、強力な PTC 効果を示します。

計量と混合: 炭酸バリウム、二酸化チタン、その他の添加剤などの材料は、必要な電気的および熱的特性を達成するために正確に計量され、混合されます。

1. 湿式粉砕: 混合物を湿式粉砕して均一なペーストを形成します。

2. 脱水および乾燥: 次に、ペーストを脱水および乾燥して、余分な水分を除去します。

3. 乾式プレス: 乾燥した材料を乾式プレスして、ディスク、長方形、リング、ハニカム構造などのさまざまな形状にします。

4. 焼結: プレスされたブランクは高温 (約 1400 度) で焼結され、セラミック部品が形成されます。

5. 電極の塗布: セラミック部品の表面に電極を塗布して導電性を高めます。

6. 抵抗選別: コンポーネントは抵抗選別を受け、抵抗値に基づいて分類されます。

7. ワイヤーボンディング：最終製品の構造に応じて、コンポーネントを接続するためにワイヤーボンディングが実行されます。

8. 絶縁カプセル化: コンポーネントは保護のために絶縁材で囲まれています。

9. 組み立て: コンポーネントは組み立てられ、必要に応じて保護ケースに入れられます。

10. 耐電圧試験: 組み立てられた PTC サーミスタは、電気的安全性を確保するために耐電圧試験を受けます。

11. 抵抗テスト: PTC サーミスタの抵抗をチェックして、その性能を検証します。

12. 最終テスト: PTC サーミスタの全体的な機能を評価するために、包括的なテストが実施されます。

13. 梱包: テストおよび承認された PTC サーミスタは出荷用に梱包されます。

14. 保管: パッケージ化された PTC サーミスタは、配布またはさまざまな用途で使用されるまで、適切な環境に保管されます。

PTC サーミスタは、一般に抵抗温度 (RT) 特性として知られる、抵抗と温度の間に温度依存の関係を示します。 RT 特性は、指定された電圧下での PTC サーミスタのゼロ電力抵抗の温度依存性を表します。

ゼロ電力抵抗とは、電力損失による抵抗変化が無視できるほど低い、非常に低い印加電力で、特定の温度で測定した場合の PTC サーミスタの抵抗値を指します。 定格ゼロ電力抵抗は、周囲温度 25 度で測定した値を表します。

 

 

 

• Rmin: 最小抵抗

• Tmin: 温度 (Rmin)

• Rtc: Rmin の 2 倍

• TC:

RT 特性の品質を特徴付ける重要なパラメータは、RT 曲線の急峻さを反映する温度係数 ( ) です。 より高い温度係数 ( ) は、PTC サーミスタが温度変化に対してより敏感であることを示し、その結果、PTC 効果がより顕著になります。 言い換えれば、温度係数が高いほど、PTC サーミスタの性能が向上し、寿命が長くなるということです。

PTC サーミスタの温度係数 ( ) は、温度変化によって生じる抵抗の相対変化として定義されます。 次の式を使用して計算できます:=(log(R2) - log(R1)) / (T2 - T1)

通常、T1 は Tc + 15 度、T2 は Tc + 25 度として解釈されます。ここで、Tc は PTC サーミスタのキュリー温度です。

 

VI 特性

 

電圧 - 電流 (VI) 特性は、電流 - 電圧特性または単に VI 特性とも呼ばれ、電気負荷下で熱平衡に達したときの PTC サーミスタの電圧と電流の相互依存性を示します。

 

 

 

• Ik：印加電圧Vkにおける動作電流

• Ir：Vmax印加時の残留電流

• Vmax: 最大電圧

• VN: 定格電圧

• VD: 降伏電圧

PTC サーミスタの VI 特性は、一般に次の 3 つの領域に分類できます。

線形領域 (0-Vk): この領域では、電圧と電流の関係はオームの法則に従い、重大な非線形変動はありません。 PTC サーミスタは抵抗に目立った変化を示さないため、非動作領域としても知られています。

遷移領域 (Vk-Vmax): 遷移領域またはスイッチング領域として知られるこの領域では、PTC サーミスタの抵抗が自己発熱により急速に変化します。 電圧が増加すると電流が減少し、その結果、PTC サーミスタが低抵抗状態から高抵抗状態に切り替わります。 この領域はアクション領域とも呼ばれます。

ブレークダウン領域 (VD 以上): ブレークダウン領域またはトリップ領域として知られるこの領域では、電圧の増加に伴って電流が増加します。 PTC サーミスタの抵抗は指数関数的に減少し、その結果、電圧が高くなると電流も大きくなります。 その結果、PTC サーミスタの温度が上昇し、抵抗がさらに低下します。 最終的には、熱破壊や PTC サーミスタのトリップを引き起こす可能性があります。

VI 特性は、PTC サーミスタによる過電流保護の重要な基準です。 これは、さまざまな電圧および電流条件下でのサーミスタの動作を決定するのに役立ち、過剰な電流の流れに対する効果的な保護を保証します。

電流時間特性とは、電圧の印加中に電流が時間とともに変化する PTC サーミスタの特性を指します。

最初に PTC サーミスタに電圧が印加されるとき、その瞬間の電流を開始電流といいます。 PTC サーミスタが熱平衡に達すると、残る電流は残留電流と呼ばれます。

特定の周囲温度で、初期電流 (動作電流であることを確認) が PTC サーミスタに印加されるとき、電流が開始電流の 50% に減少するまでにかかる時間を、応答時間または応答時定数と呼びます。 電流時間特性は、自動消磁、遅延起動、過負荷保護など、PTC サーミスタのさまざまなアプリケーションにとって重要な基準となります。