Conocimientos básicos de PTC

PTC es una abreviatura de Coeficiente de temperatura positivo y generalmente se refiere a materiales o componentes semiconductores con un gran coeficiente de temperatura positivo. Generalmente, cuando mencionamos PTC, nos referimos a termistores de coeficiente de temperatura positivo, comúnmente conocidos como termistores PTC. Los termistores PTC son un tipo de resistencia semiconductora con sensibilidad a la temperatura, y cuando la temperatura excede un cierto umbral (temperatura de Curie), su resistencia aumenta abruptamente con el aumento de temperatura.

Los materiales cerámicos se utilizan comúnmente como excelentes aislantes con alta resistencia. Los termistores cerámicos PTC se fabrican utilizando titanato de bario como base y dopados con otros materiales cerámicos policristalinos, lo que da como resultado una menor resistencia y características semiconductoras. Esto se logra mediante el dopaje intencional de un elemento químico con una valencia más alta como punto de red del cristal. Parte de los iones de bario o titanato de la red se reemplazan por iones de valencia superior, creando una cierta cantidad de electrones libres que contribuyen a la conductividad eléctrica.

La razón del efecto PTC (Coeficiente de Temperatura Positivo), es decir, del brusco aumento de la resistencia, reside en la organización del material, que se compone de muchos microcristales pequeños. En las interfaces de estos cristales, conocidas como límites de grano, se forman barreras que dificultan el movimiento de electrones hacia regiones adyacentes. Como resultado, la resistencia aumenta. Este efecto se compensa a bajas temperaturas debido a la alta constante dieléctrica y la fuerza de polarización espontánea en los límites de los granos, que evitan la formación de barreras y permiten que los electrones fluyan libremente. Sin embargo, a altas temperaturas, la constante dieléctrica y la fuerza de polarización disminuyen significativamente, lo que hace que las barreras y la resistencia aumenten bruscamente, exhibiendo un fuerte efecto PTC.

Pesaje y mezcla: los materiales, como carbonato de bario, dióxido de titanio y otros aditivos, se pesan y mezclan con precisión para lograr las propiedades eléctricas y térmicas requeridas.

1. Molienda en húmedo: La mezcla se muele en húmedo para formar una pasta uniforme.

2. Deshidratación y secado: Luego la pasta se deshidrata y se seca para eliminar el exceso de humedad.

3. Prensado en seco: El material seco se prensa en seco para darle diversas formas, como discos, rectángulos, anillos o estructuras alveolares.

4. Sinterización: Las piezas prensadas se sinterizan a alta temperatura (alrededor de 1400 grados) para formar componentes cerámicos.

5. Aplicación de electrodos: Se aplican electrodos a la superficie de los componentes cerámicos para hacerlos conductores.

6. Clasificación de resistencia: Los componentes se someten a una clasificación de resistencia para clasificarlos según sus valores de resistencia.

7. Unión de cables: Dependiendo de la estructura del producto final, se realiza una unión de cables para conectar los componentes.

8. Encapsulación de aislamiento: Los componentes están encerrados en material aislante para protección.

9. Montaje: Se ensamblan los componentes y si es necesario se colocan en carcasas protectoras.

10. Prueba de tensión soportada: Los termistores PTC ensamblados se someten a pruebas de tensión soportada para garantizar su seguridad eléctrica.

11. Prueba de resistencia: Se verifica la resistencia de los termistores PTC para verificar su desempeño.

12. Prueba final: Se realizan pruebas exhaustivas para evaluar la funcionalidad general de los termistores PTC.

13. Embalaje: Los termistores PTC probados y aprobados se embalan para su envío.

14. Almacenamiento: Los termistores PTC empaquetados se almacenan en un ambiente adecuado hasta su distribución o uso en diversas aplicaciones.

Los termistores PTC exhiben una relación dependiente de la temperatura entre resistencia y temperatura, comúnmente conocida como característica Resistencia-Temperatura (RT). La característica RT describe la dependencia de la resistencia de potencia cero del termistor PTC de su temperatura, bajo un voltaje específico.

La resistencia de potencia cero se refiere al valor de resistencia del termistor PTC cuando se mide a una temperatura determinada, con una potencia aplicada muy baja, tan baja que el cambio de resistencia causado por la disipación de potencia puede despreciarse. La resistencia nominal de potencia cero representa el valor medido a una temperatura ambiente de 25 grados.

 

 

 

• Rmin: resistencia mínima

• Tmin: Temperatura en Rmin

• Rtc: 2 veces de Rmin

• Tc:

El parámetro clave que caracteriza la calidad de la característica RT es el coeficiente de temperatura (), que refleja la pendiente de la curva RT. Un coeficiente de temperatura más alto ( ) indica que el termistor PTC es más sensible a los cambios de temperatura, lo que resulta en un efecto PTC más pronunciado. En otras palabras, un coeficiente de temperatura más alto significa un mejor rendimiento y una vida útil más larga para el termistor PTC.

El coeficiente de temperatura ( ) de un termistor PTC se define como el cambio relativo en la resistencia causado por un cambio de temperatura. Se puede calcular mediante la fórmula:=(log(R2) - log(R1)) / (T2 - T1)

Por lo general, T1 se toma como Tc + 15 grados y T2 se toma como Tc + 25 grados, donde Tc es la temperatura de Curie del termistor PTC.

 

Característica VI

 

La característica voltaje-corriente (VI), también conocida como característica corriente-voltaje o simplemente característica VI, ilustra la interdependencia entre voltaje y corriente en un termistor PTC cuando alcanza el equilibrio térmico bajo carga eléctrica.

 

 

 

• Ik: Corriente de funcionamiento a tensión aplicada Vk

• Ir: corriente residual cuando se aplica Vmax

• Vmax: tensión máxima

• VN: Tensión normal

• VD: voltaje de ruptura

La característica VI de un termistor PTC generalmente se puede dividir en tres regiones:

Región lineal (0-Vk): en esta región, la relación entre voltaje y corriente sigue la ley de Ohm y no hay una variación no lineal significativa. También se la conoce como región de no acción porque el termistor PTC no muestra ningún cambio notable en su resistencia.

Región de transición (Vk-Vmax): en esta región, conocida como región de transición o conmutación, la resistencia del termistor PTC sufre un cambio rápido debido al autocalentamiento. A medida que aumenta el voltaje, la corriente disminuye, lo que hace que el termistor PTC cambie de un estado de baja resistencia a un estado de alta resistencia. Esta región también se conoce como región de acción.

Región de ruptura (VD y superior): en esta región, conocida como región de ruptura o disparo, la corriente aumenta con un aumento en el voltaje. La resistencia del termistor PTC muestra una disminución exponencial, lo que resulta en corrientes más altas para voltajes más altos. Como consecuencia, la temperatura del termistor PTC aumenta, lo que provoca una mayor disminución de la resistencia. Con el tiempo, esto puede causar una falla térmica o el disparo del termistor PTC.

La característica VI es una referencia importante para la protección contra sobrecorriente proporcionada por los termistores PTC. Ayuda a determinar el comportamiento del termistor bajo diferentes condiciones de voltaje y corriente, asegurando una protección efectiva contra el flujo excesivo de corriente.

La característica de tiempo-corriente se refiere a la característica de un termistor PTC donde la corriente cambia con el tiempo durante la aplicación de voltaje.

Cuando se aplica voltaje inicialmente al termistor PTC, la corriente en ese momento se llama corriente de arranque. Cuando el termistor PTC alcanza el equilibrio térmico, la corriente que queda se denomina corriente residual.

A una determinada temperatura ambiente, cuando se aplica una corriente inicial (asegurando que sea la corriente de funcionamiento) al termistor PTC, el tiempo que tarda la corriente en disminuir al 50 % de la corriente inicial se denomina tiempo de respuesta o constante de tiempo de respuesta. La característica de tiempo actual es una referencia importante para diversas aplicaciones de termistores PTC, como desmagnetización automática, arranque retardado y protección contra sobrecarga.